客運專線橋隧交互區(qū)段箱梁過隧道施工方案比選

曹自印 陳 強

(1．南廣鐵路有限責任公司，廣西南寧 530022; 2．蒙西華中鐵路股份有限公司，北京 100073)

客運專線橋隧交互區(qū)段箱梁過隧道施工方案比選

曹自印1陳 強2

(1．南廣鐵路有限責任公司，廣西南寧 530022; 2．蒙西華中鐵路股份有限公司，北京 100073)

從整體鋪架及橋隧綜合施工方案出發(fā)，比較了簡支梁橋的各種施工方案，并研究了隧道擴孔運梁的可行性，最終采用集中預制整孔箱梁通過部分擴孔隧道運梁的施工方案，實踐證明：該方案是經(jīng)濟、合理、可行的。

簡支箱梁，隧道，方案比選

1 工程概況

南廣鐵路黎塘西至肇慶東段正線長401．6 km，其中廣西境內(nèi)252．6 km，廣東境內(nèi)149 km，其中大中橋梁113 809 m(187座)，隧道105 493 m(100座)，橋隧總長219 302 m，占該區(qū)段線路總長的55%。鋪軌方案、橋梁梁型選擇、架設(shè)及鋪軌施工技術(shù)方案必然受到隧道群(或長隧道)的限制;若橋梁運輸通過隧道，梁型與施工方案將影響隧道凈空、建筑限界等空間設(shè)計要素的確定，即橋梁、隧道設(shè)計以及架梁施工方案之間存在較強的互動關(guān)系，處理好這種互動關(guān)系，對本項目能否又快又好地順利完成施工具有至關(guān)重要的影響。

通過全面籌劃項目鋪架方案及橋隧綜合施工方案，避免橋隧施工與鋪架工程在空間和時間上的沖突，利于多專業(yè)間施工方案的協(xié)調(diào)開展，可以顯著提高項目綜合效益。

2 橋隧交互區(qū)段施工方案分析

DK120～DK252段共有1 010孔雙線簡支箱梁，其中32 m箱梁955孔，24 m箱梁55孔，隧道39座總計12 792 m，除了個別路段橋梁相對集中外，橋隧交錯分布是本路段的突出特點，合理選擇1 010孔雙線簡支箱梁的施工方案，研究整孔箱梁過隧道方案是本線設(shè)計、施工面臨的關(guān)鍵問題之一。

2．1 南廣線常用梁型選型方案定性分析

客運專線常用跨度梁通常選用整體性較好的箱形結(jié)構(gòu)，但南廣客運專線橋隧相連地段較多，一般條件下隧道凈空不能滿足整孔箱梁運輸條件。針對此特點，主要考慮以下幾種可能的橋梁過隧道方案，并進行定性分析。

2．1．1 增加制存梁場，避免梁部運輸

若完全避免梁部運輸過隧道，需要設(shè)置多座梁場，梁場布置密度太大，經(jīng)濟性較差，另外受地形、交通等因素控制，很多地方?jīng)]有設(shè)置梁場的條件，因此通過增加制存梁場，避免梁部運輸過隧道，是不現(xiàn)實的。

2．1．2 簡支梁現(xiàn)澆施工

現(xiàn)澆施工部分整孔箱梁，可以使全線梁部結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一，但考慮張拉空間預留等問題，橋墩縱向尺寸要比預制簡支箱梁增大，基礎(chǔ)工程量需要增加。

滿堂支架法因支架直接置于地基上，只適用于低橋、地基條件較好的情況，否則要進行復雜的支架預壓和地基處理，導致施工成本的增加，且需要逐孔施工，工期比較長，否則需增加支架的投入，引起施工費用增加。

移動模架法將支架支于橋墩上，不需要地基處理，不受地質(zhì)條件影響和橋下地形的限制，具有重復使用、操作簡便和便于標準化施工等優(yōu)點。隨著重復使用次數(shù)增加，施工成本將進一步降低，由于該方法的特點是逐跨支模、逐跨澆筑混凝土、逐跨張拉預應(yīng)力筋、逐跨成橋，因此施工速度慢，工期很長，并且受到可能利用的設(shè)備數(shù)量限制。

由于梁部現(xiàn)澆施工的經(jīng)濟性、工程質(zhì)量、施工速度等都很難與預制架設(shè)法相媲美，只在個別情況下采用。

2．1．3 采用雙片式箱梁(組合箱梁)替代整孔箱梁

采用組合箱梁可有效解決箱梁運輸通過隧道問題，組合前的單線箱梁具有尺寸小，重量輕，便于運輸、架設(shè)的優(yōu)點，但也存在如下缺點：

1)組合式箱梁較整孔箱梁圬工量增加約10%(32 m整孔箱梁梁體混凝土為310．6 m3，而32 m組合箱梁梁體混凝土為341．84 m3)。

2)組合式箱梁整體性、剛度不如整孔箱梁，對高速行車不利。

3)組合式箱梁梁片數(shù)是整孔箱梁的2倍，運架時間相應(yīng)要增加一倍，或者需要更多的制存梁臺座。

4)組合式箱梁架設(shè)以后，現(xiàn)場需要澆筑橋面濕接頭和橫隔板，增加了施工工序及施工成本。

5)墩臺圬工量增加，繼而基礎(chǔ)的工程量也要增加，經(jīng)設(shè)計比較，相同情況下組合式箱梁的橋墩比整孔箱梁的橋墩增加圬工量5% ～15%。

2．1．4 割除整孔箱梁部分翼緣板

割除整孔箱梁部分翼緣板，滿足過隧道的凈寬要求，待箱梁運輸、架設(shè)就位后，再將缺少的翼緣板補澆。

該方案的特點是箱梁外形尺寸及墩臺尺寸均與整孔箱梁一致，不需擴大隧道斷面，但橋位施工工程量大，特別是高空作業(yè)吊裝模板風險大;由于翼緣板接縫處結(jié)構(gòu)處于受拉區(qū)，需采取可靠措施保證后安裝或澆筑的懸臂板與主體之間的可靠連接，滿足強度和耐久性要求。

綜合前述五個方案，綜合分析結(jié)構(gòu)受力、工程造價、工程質(zhì)量、施工速度等等方面因素，當通過隧道運輸?shù)南淞罕容^多，而需要擴孔拓寬的隧道少并且短時，采用增大隧道斷面的方案優(yōu)勢較為明顯。

具體采用何種橋梁梁型方案及施工方案，針對上述“加大隧道斷面，滿足整孔箱梁運輸?shù)膬魧捯蟆薄傲翰坎扇‖F(xiàn)澆法施工”“梁部采用組合式箱梁，替代整孔箱梁”方案，結(jié)合南廣鐵路各橋隧段落的具體情況，進行綜合分析、確定。

2．2 隧道擴孔運梁的可行性分析

2．2．1 隧道內(nèi)輪廓及運整孔箱梁過隧道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

雙線梁翼緣板寬度12．2 cm，考慮接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)預留鋼筋接頭，雙線梁翼緣板寬度按12．3 cm控制。

接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)箱梁相對翼緣板外檐突出15 cm，當箱梁需要通過隧道運輸時，接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)采用預埋鋼筋接頭、現(xiàn)場澆筑方法施工，以合理控制箱梁寬度，方便箱梁運輸。

箱梁高度為3 m，運梁車高度(地面到梁底)按2．1 m考慮。另外需要考慮箱梁上拱度影響(按20 cm)，雙線整孔箱梁運輸通過隧道的控制高度則為5．3 m。

雙線整孔箱梁運輸通過隧道時，相關(guān)隧道仰拱填充混凝土先填至7．5 m寬左右(運梁車寬度6．3 m)，方便行車，其他絕大部分仰拱填充混凝土(中心厚度h＞80 cm)待架完梁后澆筑。施組中考慮該部分混凝土澆筑工作相應(yīng)工期影響。

按照上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比照運梁輪廓與隧道標準斷面的關(guān)系，箱梁及運梁車尺寸取寬12．3 m，高5．3 m，隧道標準斷面對應(yīng)翼緣板位置的內(nèi)凈空寬度為12．5 m，建議加寬40 cm，使對應(yīng)翼緣板位置的內(nèi)凈空寬度達到12．9 m。運梁時，翼緣板左右兩側(cè)空隙在20 cm～30 cm(不另考慮隧道曲線因素)。

當運梁車高度為3 m時，同樣采用上述各項措施，4．6 m線間距隧道標準斷面對應(yīng)翼緣板位置的內(nèi)凈空寬度為11．98 m，滿足整孔箱梁過隧道運輸時，需要加寬92 cm。隧道擴孔量較大(見圖1，圖 2)。

圖1 線間距4.6 m內(nèi)凈空（運梁車高度2.14 m）

圖2 線間距4.6 m內(nèi)凈空（運梁車高度3 m）

當運梁車的高度為3．5 m的時候，同樣采用上述各項措施，4．6 m線間距隧道標準斷面對應(yīng)翼緣板位置的內(nèi)凈空寬度為11．54 m，滿足整孔箱梁過隧道運輸時，需要加寬136 cm。隧道擴孔量很大。

以下分析僅考慮隧道加寬40 cm一種情況。

現(xiàn)有隧道4．6 m線間距標準內(nèi)凈空不能滿足運梁的安全空間30 cm要求;因此需要對隧道進行擴孔處理，為盡量減小斷面面積，隧道進行擴孔40 cm的斷面相當于采用線間距為5 m的內(nèi)凈空隧道標準設(shè)計斷面，見圖3。

圖3 線間距5.0 m內(nèi)凈空

2．2．2 隧道加寬引起每延米工程數(shù)量變化分析

不同的擴孔段圍巖分類詳見表1。隧道加寬產(chǎn)生的工程量變化，相應(yīng)的費用測算見表2～表6。

表1 擴孔隧道圍巖分級統(tǒng)計(25座)

表2 Ⅱ級圍巖工程數(shù)量表(每延長米)

表3 Ⅲ級圍巖工程數(shù)量表(每延長米)

表4 Ⅳ級圍巖工程數(shù)量表(每延長米)

3 簡支箱梁施工方案選擇

結(jié)合南廣鐵路橋隧工程交互分布特點，制訂簡支箱梁施工方案比選原則如下：

1)優(yōu)先采用預制梁，并盡可能集中預制以減少場地占用，以場澆梁為輔;

2)經(jīng)濟效益明顯時可考慮隧道擴孔方案;

3)對具體段落進行安全、技術(shù)、經(jīng)濟綜合比較分析后確定最優(yōu)方案。

表5 Ⅴ級圍巖工程數(shù)量表(每延長米)

表6 隧道加寬40 cm費用測算

依據(jù)上述原則綜合分析后，確定牛弼河大橋等8座大橋，總計84孔梁采用現(xiàn)澆法施工;其他簡支箱梁施工方案具體比較見表7。

表7 簡支箱梁施工方案比較

與初步設(shè)計分設(shè)4處梁場方案相比，合并梁場、擴孔隧道的方案節(jié)省1處梁場工程費，914孔簡支梁采用整孔預制方案，預制梁占本段1 010孔梁的90．3%，節(jié)省了部分現(xiàn)澆箱梁改為預制梁的費用，同時，增加25座隧道擴孔工程費，綜合各項費用后共節(jié)約工程費用2 446萬元，并顯著節(jié)約架梁工期，因此隧道擴孔架梁是可行的。

4 施工方案技術(shù)可行性分析

4．1 隧道工程實施安全性

根據(jù)施工組織安排，需要對25座隧道進行擴孔，長度約6 715 m，為盡量減小斷面面積并使斷面達到最優(yōu)，采用線間距為5 m的內(nèi)凈空，隧道斷面面積由112．8 m2增加到了117．8 m2，增加了5 m2。由于4．6 m線間距的隧道斷面和5 m線間距的隧道斷面在同一種圍巖級別條件下可采用相同的支護參數(shù)及輔助措施，因此只要遵循設(shè)計原則，嚴格控制施工質(zhì)量，斷面面積增加不會增加隧道施工的安全風險。

4．2 橋梁工程實施安全性

整孔箱梁的剛度和整體性能均優(yōu)于組合箱梁，因此采用整孔箱梁不僅提升了橋梁工程結(jié)構(gòu)整體性能，更有利于運營行車安全，而且減少了1種梁型(組合箱梁)，降低了施工的復雜程度。梧州南合并梁場，不但提高預制梁比例，而且場地集中，便于箱梁質(zhì)量檢測、控制，提高質(zhì)量控制的可靠性。

5 結(jié)語

通過對南廣鐵路DK120～DK252段簡支箱梁施工方案分析，當通過隧道運輸?shù)南淞狠^多，而需要擴孔拓寬的隧道少且短時，采用增大隧道斷面的方案優(yōu)勢較為明顯，在隧道工程風險增加不大的情況下，橋梁工程質(zhì)量控制條件顯著改善，有效解決了工期和安全的壓力，且施工成本明顯下降，南廣鐵路已于2012年4月份完成上述地段的橋梁架設(shè)施工，達到了良好的預期效益，為其他鐵路橋隧頻繁交互分布線路區(qū)段建設(shè)中橋梁施工方案的選擇提供了一種新的思路。

Construction scheme comparison and selection of transporting box girder through
tunnels at bridge and tunnel staggered distribution section of passenger dedicated railway

CAO Zi-yin1CHEN Qiang2

(1．Nanning-Guangzhou Railway Co．，Ltd，Nanning 530022，China; 2．Mengxi-Huazhong Railway Co．，Ltd，Beijing 100073，China)

Based on comprehensive constructing scheme，different methods of simply-supported girder’s fabrication and erection are compared，the possibility of tunnel section expansion is researched in detail．Eventually，scheme of box girder’s precast and transport through section-expanded tunnel，practice proved：this scheme is economical，reasonable and practicable．

simply-supported girder，tunnel，scheme comparison and selection

U455

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.063

1009-6825(2013)10-0174-04

2013-01-14

曹自印(1976-)，男，工程師; 陳 強(1972-)，男，副研究員