運營鐵路鋼板梁更換施工技術

摘 要：繁忙干線鋼板梁出現病害后，受行車影響，干擾因素多，更換難度較大，文章結合京廣線漢水橋換梁工程，闡述了在120分鐘封鎖天窗內通過新舊梁同步橫移的換梁施工方案、施工流程和施工工藝。

關鍵詞：橋梁工程；鋼板梁；更換；施工技術

1 工程概況

京廣線漢水橋上行線1954年建成，下行線1957年竣工通車，是新中國成立后最早修建的鋼梁橋之一。孔跨布置為4-20m，鉚焊上承鋼板梁+3-55m，鉚焊下承式桁梁+3-16m，普通鋼筋混凝土∏形梁，位于京廣線漢西～漢陽區間，橋梁中心里程為1199.411km，橋梁全長315.6m，上承鋼板梁主梁高度2.0m，主梁中心距2.0m，橋跨布置如圖1所示。

2010年該橋上下行第2、3、7、8孔共8片鋼板梁梁端下翼緣產生了多處穿透式裂紋，上蓋板銹蝕嚴重，經橋梁檢定試驗，鋼板梁橫、豎向剛度均不足，檢定承載能力不滿足中-活載的要求，結構功能劣化（A1級）嚴重，進一步發展會危及行車安全。2010年8月起設備管理單位對該橋采取了限速、看守等臨時安保措施，并研究制定整治方案。

2 方案比選

由于對鋼板梁進行處置的同時不能中斷線路的正常運營，只能利用固定的封鎖天窗時間，通過深入研究、多方論證。有三種處理方案：一是對既有結構進行加固處理。考慮到加固既有鋼梁使用壽命受限，不具有良好經濟效益，且更換梁體重要組件受到封鎖點時間的限制，施工條件困難，在有限的施工天窗難以一次完成整體梁的加固流程，分批加固滿足不了鋼梁的強度、剛度和穩定性；二是將既有鋼板梁整體更換。采取預制新梁，一次性整體吊裝替換既有梁，梁本身的幾何尺寸、技術參數容易控制，使用壽命大大延長，施工工藝雖相對復雜，但整體經濟效益明顯；三是更換成混凝土梁。該橋自建成以來河床受沖刷較嚴重，出現過墩臺下沉、橋墩滑移、墩基管樁（38根）裂紋等病害，地基承載能力不能達到更換為大跨度混凝土梁的要求。通過比選，采取原地整體更換成同型號鋼梁方案。

換梁施工主要集中在新舊鋼梁更換等橋面施工上，具體制定了三套施工方案，分別是：一是施工前，新鋼梁上鋪設新橋枕及外側護木，點內拆除舊鋼板梁線路外側護木，起頂鋼軌最低高度不小于100mm，點內新鋼梁落梁到位后，再安裝新鋼梁內側的護木及橋面恢復；二是施工前，新鋼梁上鋪設新橋枕及兩側護木，點內起頂鋼軌最低高度不小于250mm，點內新鋼梁落梁到位后，直接進行橋面恢復；三是施工前，新鋼梁上鋪設新橋枕及兩側護木，并鋪設新鋼軌及端頭鉆眼，點內按照新梁上新鋼軌的長度對應切割既有橋面鋼軌，點內新鋼梁落梁到位后，新舊鋼軌接頭采用夾板聯結，再進行橋面恢復，點后焊接鋼軌接頭。方案比較如表1：

通過對三套方案逐個進行優缺點的仔細對比分析，第二套施工方案在確保行車安全和施工安全方面安全系數相對較高，且施工成本較低，存在的施工干擾點較易解決且整體耗時較短，有利于整體施工的順利進行。最終確定采用新舊梁同步橫移的換梁施工方案，即先將新制鋼板梁吊裝上支架，然后縱移至待換舊梁梁體附近，經過新舊梁同步橫移，將新梁換至舊梁梁位處，舊梁移到橋中線處（上下行線間距15m），最后分解的方式拆除舊梁。

3 施工流程圖（見圖1）

4 施工工藝

總體按流水施工作業法組織為主，輔以平行施工作業法，按照建設項目管理模式設置工程項目部，制定工程施工進度控制系統、工程質量保證體系、安全保障措施、環境水土保護體系及文明施工規定。

4.1 施工準備

4.1.1 簽訂施工配合及安全協議。與海事、河道運輸、堤防、公路交通、消防、電力等部門，簽訂施工配合及安全協議。

4.1.2 搭設換梁施工作業平臺。采用鋼管柱落地承重支架，支架基礎采用擴大基礎，上部承重結構采用貝雷梁，支架體系上部搭設施工平臺及縱橫移滑道體系。

4.1.3 鋼梁制作。采用20.0米跨徑簡直鋼板梁結構，全長20.6米，梁高1.944米，由兩片主梁和縱、橫聯組成，主梁間距2.0米，主梁與縱、橫聯之間采用高強度螺栓連接；主梁兩側設員工走道和避車臺，員工走道鋪設橡膠步板，主梁下方設檢查小車；在鋼板梁兩側設鋼牛腿，牛腿下方設置臨時支座。

4.1.4 接觸網、通信、信號光電纜改遷。施工前期存在較大困難的是鐵路供電接觸網改遷、橋上通信、信號、鐵通光電纜改遷及防護，以及與橋并行的兩側高壓電力線改遷等，尤其是接觸網改遷，經過多次方案比選，決定采用在兩線間1#、2#墩頂安設“T”型立柱，兩線共用同一立柱，并將2#、7#墩線路外側接觸網倒懸掛后拆除支柱，在鋼桁梁上加裝臨時電纜槽，并在鋼板梁處搭設臨時支撐，附加導線改用電纜過渡，以消除對鋼梁縱橫移及吊裝的影響。

4.1.5 請求施工天窗。按照營業線施工管理辦法，申報局月度施工計劃，換梁施工按I級施工申報施工天窗，共計要點8次，每次封鎖線路至少120分鐘。

4.1.6 鋼梁運輸及吊裝。漢水橋兩側橋頭為交通繁忙的公路、漢江堤防，為此，在夜間運梁，并申請京廣線夜間施工天窗50分鐘，按照營業線施工管理辦法，列為臨近既有線A類施工，將新梁用吊機吊裝至施工平臺上。

4.1.7 澆筑臨時支座墊石，永久支座地腳螺栓鉆孔。臨時支座和永久支座均為QZ球形支座。在原支座兩側澆筑臨時支座墊石，永久支座地腳螺栓預留孔于移梁前一周鉆好。待新鋼板梁就位后安裝臨時支座，在列車限速運行條件下完成舊支撐墊石的鑿除、新支撐墊石的澆筑養護和正式支座的安裝工作。

4.1.8 附屬設施拆除。既有橋面系等影響移梁的附屬設施拆除（包括墩臺頂部圍欄、路燈立柱、1#及8#墩防護墻、梁底檢修車及檢修車軌道、主橋支座防塵罩等）工作在換梁施工平臺搭設完成后即組織施工。所有橋面作業都必須在天窗點內進行。

4.1.9 確定梁中線，消除線橋偏心，安裝限位裝置。首先確定既有鋼板梁線橋偏心情況，將線路中線引出至墩頂，及滑道梁上，做好中線標記，并在墩頂彈出中心“十”字墨線，根據中心線位置測量出新鋼板梁側面和梁端位置，放線過程中注意調整線橋偏心，并做好標記，安裝限位裝置，防止鋼板梁在縱橫移過程中超出設計位置。

4.2 鋼板梁縱移

滑道系統安裝完成后在滑道梁上安裝滑座及千斤頂，將鋼板梁吊裝至滑道上，通過液壓系統將鋼板梁拖拉至待換鋼板梁附近，縱移施工控制措施：

（1）縱移必須控制好鋼板梁的里程位置，確保橫移到位后無需再進行縱向調整，因此在縱移時需提前在梁端滑道梁上設置好限位，通過吊線錘復核縱移是否到位，將誤差控制在2mm以內。

（2）此外為保證橫移過程梁體不出現斜移，必須確保橫向滑道梁與線路中線垂直且縱移到位后新舊梁體處于平行狀態（通過測量兩梁端間距可知兩梁是否平行），否則需通過千斤頂進行微調。

4.3 鋼板梁橫移測試

縱移到位后，拆除待換舊梁及同孔內側人行走道，新梁向線路中心方向橫移1.5m，安裝新梁外側人行道托架，并搭設橋枕安裝施工平臺，橋枕提前在車間按設計要求打孔刻槽，運至現場后按設計要求安裝固定于新制鋼板梁上，安裝橋枕前一天將所有設備調試到位，將新梁向舊梁方向橫移1.5米以測試橫移系統及掌握橫移參數，在橫向移梁1.5米后將新鋼板梁臨時支座安裝在鋼板梁支撐牛腿下，并起頂新制鋼板梁使其比設計標高高出40mm，確保橫移無障礙。新舊梁同步橫移前將新、舊梁的滑塊通過連接桿連接為一個整體，為保證橫移同步，鋼板梁橫移采用同步控制半連續千斤頂系統進行拖拉牽引，并備用一套牽引系統。

4.4 新舊梁同步橫移就位

該工序為核心作業內容，必須制定詳細周全的技術方案及控制措施，確保在規定的天窗點內完成所有的作業項目，并保證設備正常，恢復行車。

4.4.1 天窗點前準備

換梁施工按先下行線后上行線的順序進行，每次更換一片梁，換梁前確保好以下準備工作按標準完成：

（1）人行道板及支架拆除、新梁外側人行道安裝、橋枕安裝平臺搭設。

（2）按照鋼梁預拱度及抄平測量結果，橋枕刻槽，新梁上鋪設橋枕和護木。

（3）護輪軌拆除與軌距拉桿安裝。

（4）試頂舊鋼梁，確保舊鋼梁在封鎖點內順利頂起脫空。

（5）拆除待換鋼梁護木，并準備好施工機具。

4.4.2 天窗點內作業

（1）封鎖線路120分鐘，天窗點開始，拆除待換梁上和兩側各50m鋼軌扣件，分級起頂長鋼軌至頂高250mm（軌道最低點距離橋枕頂面100mm以上），在相鄰孔梁端用枕木將軌道墊穩，并固定牢靠。

（2）采用氧割將原鋼梁支座地腳螺栓齊墊石頂面割平，然后通過移梁同步控制系統橫移鋼梁。

（3）完成鋼軌起道后，起頂舊鋼板梁30～50mm，以確保橫移無障礙為準。

（4）檢查清除橫移障礙，確認無誤后，通過移梁同步控制系統將新舊梁體一起平行向橋中線方向橫移至設計位置。同步系統牽引速度可達400mm/min，正常情況下10min以內即可橫移到位。

（5）鋪設防磨膠墊及鐵墊板，落軌，進行扣件及聯接零件安裝，線路保養。

4.4.3 控制措施

（1）橫移前兩小時在滑道梁上翼緣內側按5mm一格做好刻度或將鋼卷尺固定于滑道梁側面，橫移時由現場技術員時刻監控兩端移粱的同步性，并及時大聲報數兩端橫移量，當兩端偏差超過5mm時，即需進行調整。

（2）橫移前一天將線路中線引出至墩頂上，并由線路中線向兩邊各偏移1300mm做出新鋼板梁下翼緣外邊線。橫移梁時由專人監控，當新梁快就位時，監控人員采用垂球對位，并向指揮人員通報對位情況，至對位準確后，停止移動。

（3）當鋼板梁拖拉至快就位時應緩慢進行，以防止牽引超限，若出現牽引超限的情況則需在新梁外側采用牽引器反方向牽引。

（4）牽引到位后及時進行中線復核對位，同時檢查梁端縱向位置，并及時進行調整，橫向調節可通過牽引系統進行，縱向可以通過20t手搖螺旋千斤頂進行調整。

（5）同步橫移完成并將新梁平面位置調整到位后及可進行落梁作業，落梁時應緩慢進行，使支座平穩地落于預埋鋼板上并量測新鋼板梁頂標高與設計標高差別，根據測量情況及時調整調平層砂漿厚度以有效的保證鋼板梁的頂標高。

（6）標高調整到位后落梁就位并在臨時支座下擺四周焊接限位鋼板限制支座的縱橫向位移。

（7）鋼板梁就位落梁后即可進行鋼軌落槽，緊固鋼軌等工作。

（8）維修養護線路，銷點開通，第一列限速25km/h（限貨車），以后按限速45km/h執行。（該橋長期限速45km/h），當所有換梁工作完成經橋梁檢定后再逐級提速至恢復常速。

4.5 支座安裝及受力轉換

安裝永久支座，待混凝土養生條件滿足后拆除臨時支座，受力轉換至永久支座上，經橋梁檢定后線路逐級提速至恢復正常運營。

4.6 舊梁解體

新鋼板梁安裝到位后，舊鋼板梁已經移至上下行橋間作業平臺上，對其“化整為零”作解體拆除處理，在施工平臺上將舊鋼板梁解體成小塊后從梁底轉移到滑道梁內側，通過兩側的小型提升機吊裝至運輸駁船上運走，所有拆除作業均在作業平臺上進行，作業人員、機具不得侵限，確保施工和人身安全。

4.7 附屬設施恢復

包括橋上遷改供電、電力、通信等設施按照原狀進行恢復、加固，工務線路平縱斷面整治，河道清理，堤岸恢復。

4.8 梁體檢測

所有舊梁更換完畢后，清理現場，對整座梁體綜合檢測，備案存檔。

（1）主梁跨中截面的應力測試。在運營荷載作用下，梁體受力狀態正常，實測應力小于理論計算應力，實測最大彎曲應力換算到設計活載（中-活載）并計入動力影響，與恒載應力疊加后為157. 34MPa，小于《鐵路橋梁檢定規范》規定的鋼材容許彎曲應力260 MPa，主梁強度滿足要求。

（2）主梁跨中撓度測試。在運營荷載作用下，梁體豎向變形正常，實測跨中靜撓度換算到設計活載（中-活載）時的撓跨比在1/1305～1/1157之間，小于《鐵路橋梁檢定規范》規定的撓跨比通常值1/950，主梁豎向剛度滿足要求。

（3）活動支座工作狀態正常，能夠滿足梁端自由伸縮和自由轉動的要求。

（4）實測跨中橫、豎向自振頻率、振幅、加速度均滿足《鐵路橋梁檢定規范》《鐵路橋隧建筑物修理規則》相應規定要求。

經各項指標檢測，該橋新換鋼板梁具有良好的強度、剛度和穩定性，承載能力滿足設計要求。

5 結束語

經實踐說明，該換梁方案安全穩妥，單片鋼梁更換施工優化最短可在90分鐘封鎖天窗內完成，減少了對鐵路運輸的干擾。通過病害鋼梁的更換，該橋由原來限速60公里/小時恢復到目前120公里/ 小時，取得了良好的經濟效益，為既有線繁忙干線更換鋼梁施工提供了一個成功的案例。

參考文獻

[1]鐵路工程施工技術手冊（橋涵）[M].中國鐵道出版社，1998.

[2]橋梁工程概論[M].西南交通大學出版社，2006.

[3]中鐵大橋局勘測設計院.京廣線K1199+411漢水橋換梁工程施工設計，2012.