公路橋梁采用鋼箱梁轉體法上跨高鐵營業線設計方案

農紀源，施　智

(廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007)

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公路橋梁采用鋼箱梁轉體法上跨高鐵營業線設計方案

農紀源，施智

(廣西交通科學研究院，廣西南寧530007)

農紀源(1982—)，工程師，主要從事道路橋梁勘察設計工作；

施智(1976—)，高級工程師，碩士，主要從事道路橋梁勘察設計工作。

摘要：文章以廣西濱海公路企沙至茅嶺段長壢分離式立交大橋方案設計為例，介紹鋼箱梁轉體法在公路橋梁跨越高鐵營業線中的設計思路，闡述了鋼箱梁轉體系統組成及施工程序，以期為今后同類橋梁建設提供參考。

關鍵詞：公路橋梁；鋼箱梁；轉體法；高鐵；設計方案

0引言

隨著近兩年來廣西高鐵陸續建成并投入使用，今后會越來越多地遇到擬建公路與高鐵營業線交叉的情況，有時受地形條件等一些客觀因素的限制，不得不采取公路橋梁上跨高鐵的方案。由于鐵路部門對公路橋梁上跨高鐵營業線有著極為嚴格的要求和規定，這就對公路橋梁的結構形式和施工方法提出了更高的要求，因此選取合適的橋型方案和合理的施工方法對施工期間減少對高鐵正常運營的干擾、維護高鐵的運營安全、節約工程造價等有著極其重要的意義。本文所討論的廣西濱海公路企沙至茅嶺段長壢分離式立交大橋即為此類橋梁。

1工程概況

廣西濱海公路企沙至茅嶺段起點位于防城港市企沙鎮牛路村附近，終點位于防城港市茅嶺鄉大寶壩村附近，與已建成的防城至東興高速公路茅嶺互通相接。設計標準為：雙向四車道一級公路；設計速度為100 km/h；路基寬度為33.5 m，終點附近為26 m；汽車荷載等級為公路-Ⅰ級。擬建公路在終點附近分別與已運營欽防高鐵和南防鐵路相交。由于路線終點與茅嶺互通相接處高程比欽防高鐵軌頂高程高出約7.7 m，而水平距離僅300 m左右，無法采用公路下穿高鐵的方案，因此采取修建長壢分離式立交大橋上跨欽防高鐵和南防鐵路的方案。擬建橋梁的難點是上跨欽防高鐵的橋梁結構形式及其施工方法的選取，其也是本文討論的主要內容。

2跨高鐵橋型方案

上跨欽防高鐵的橋型方案設計主要考慮以下幾個因素：

(1)橋梁方案的選擇遵循安全、經濟、適用、美觀以及施工方便的原則；

(2)根據中國鐵路總公司運輸局“運工橋隧涵〔2013〕316號”文件相關要求，公路與已運營高速鐵路

交叉，“當確須采用上跨鐵路的方案時，應采用上跨結構轉體施工方案”，因此所選擇的橋梁結構形式應具備采用轉體法施工的條件；

(3)由于本橋橋面高程受欽防高鐵凈空要求以及與防東高速公路接順高程雙重控制，因此所選擇的橋梁上部結構建筑高度不能過高；

(4)所選擇的橋梁結構形式應滿足跨度要求，使橋墩邊緣與欽防高鐵留有足夠的安全距離，避免橋墩施工時破壞欽防高鐵路基邊坡的穩定性，影響其運營安全。

綜合考慮以上因素，橋梁上部結構擬采用2×50 m連續鋼箱梁上跨欽防高鐵，箱梁中支點處梁高3 m，等高段順橋向長3 m，跨中和端支點處梁高2.5 m，梁高漸變段長9 m，在梁底按直線線性過渡。鋼箱梁采用先按平行欽防高鐵方向搭支架拼焊鋼箱梁，然后再通過轉體設備旋轉就位的施工方法。橋梁下部結構采用蓋梁柱式墩，樁基礎。橋型方案如圖1所示。

3跨高鐵橋梁防護設施

中國鐵路總公司運輸局“運工橋隧涵〔2013〕316號”文件明確要求，上跨高鐵的公路橋梁應設置鋼筋混凝土墻式護欄、防護網、異物侵限監測系統等可靠的防護設施。原鐵道部運輸局“運技基礎〔2013〕739號”文件也對公跨鐵立交橋異物侵限監測裝置的形式和設置范圍做出了規定。本橋擬在上跨欽防高鐵范圍內的鋼箱梁兩側分別設置兩道SS級墻式護欄，在內側護欄頂設置防落網，防落網頂距橋面高度為4 m，同時對異物侵限監測裝置進行優化，取消水平承重網和“L”型支架，直接將豎直監測電網安裝在第二道墻式護欄頂，兩道墻式護欄間設置0.75 m寬的檢修通道。

圖2　上跨欽防高鐵安全防護示意圖

4鋼箱梁轉體法施工

一般橋梁采用轉體法施工時，為了保證梁體在轉動過程中的穩定，通常將轉體球鉸的位置選擇在承臺頂面與橋墩底之間，將墩梁臨時固結后使橋墩與梁同步轉體到位。由于本橋鋼箱梁較寬，且2號墩(中支點橋墩)位于高鐵挖方路塹所處的山包上，如果采用傳統的轉體方式，轉心面積及整體體積勢必非常龐大，2號墩承臺的大面積開挖也會影響到高鐵路基的穩定性，因此擬采用墩頂轉體的方法，即在墩頂施工支架上布置轉體球鉸對鋼箱梁進行轉體后再落架就位。

4.1　鋼箱梁轉體系統

鋼箱梁轉體系統主要由轉體球鉸、轉體動力裝置、轉體平衡裝置、水平轉動和豎向鎖定裝置、轉體臨時斜拉索及鋼箱索塔等組成。

4.1.1轉體球鉸

轉體球鉸主要由上球鉸、下球鉸、滑動摩擦板、銷軸以及支撐骨架組成，其中銷軸主要起定位固定的作用。施工時先將骨架固定在施工支架上，在骨架上放置好下球鉸并進行調平，固定下球鉸底面，滑動摩擦滑板采用分片鑲嵌結構，放置于下球鉸頂面凹坑內，然后放置好銷軸，涂抹潤滑介質，安裝好上球鉸，并將上球鉸固定在鋼箱梁底板上。最后通過轉體動力裝置轉動上轉盤，使上下球鉸產生相對運動，從而實現鋼箱梁的轉體對接。

1.上球鉸　2.下球鉸　3.滑動摩擦板　4.銷軸　5.骨架圖3　轉體球鉸結構示意圖

4.1.2轉體動力裝置

轉體動力裝置由弧形圍板及固定架、鋼絞線和張拉臺座組成。弧形圍板及固定架共兩組，采用Q345qD鋼板制成，平行、對稱地焊接在鋼箱梁底板上，然后將15-7φs15.2鋼絞線纏繞于弧形圍板上并用錨具和夾片固定在箱形固定架上。轉體施工時通過固定在支架上的張拉臺座同時對兩組鋼絞線進行反向張拉，由此產生的力偶為轉體施工提供動力。

4.1.3轉體平衡裝置

轉體平衡裝置由平衡支撐腿和平衡滑道組成。平衡支撐腿采用400×400mmH型鋼加工而成，并增加兩道腹板焊接成箱形，底部焊接400×400mm鋼板，鋼板底部焊接成槽狀，內鑲橡膠緩沖支座和聚四氟乙烯滑板，并與底部平衡滑道脫空5mm，保證轉體時平衡支撐腿不承載。平衡滑道采用700H型鋼2片焊接成箱體，箱體上鋪不銹鋼板，不銹鋼板上涂硅脂潤滑劑，以減小摩擦系數。

圖4　轉體平衡裝置結構示意圖

4.1.4水平轉動和豎向鎖定裝置

水平轉動和豎向鎖定裝置為轉體施工前固定鋼箱梁而設置的，中支點處鋼箱梁焊接安裝好后，可用型鋼將鋼箱梁底板和支架焊接固定，當進行轉體施工時再將其拆除。

4.1.5轉體臨時斜拉索及鋼箱索塔

由于鋼箱梁轉體施工時，兩懸臂端自由狀態下懸臂根部截面負彎矩很大，且梁端撓度過大，為了保證鋼箱梁在轉體過程中的自身結構安全以及橋下高鐵運營的安全，必須對鋼箱梁進行臨時斜拉。在中支點處梁頂設置臨時鋼箱索塔，與鋼箱梁焊接，然后在鋼箱梁兩端各設2條斜拉索，上端錨固在中心索塔內，下端分別錨固在鋼箱梁端部的耳板銷軸上。索塔頂部箱內設張拉槽，千斤頂置于塔內，錨具置于箱梁錨墊板后方，張拉力通過耳板銷軸傳遞至箱梁腹板。拉索采用LPES7-121平行鋼絲索，配套采用LPES7-121冷鑄錨。

4.2　鋼箱梁轉體施工程序

4.2.1箱梁工廠制作

鋼箱梁分段、分片在工廠內加工，運至現場進行縱橫向拼裝焊接。鋼箱梁工廠制作時，同時焊接安裝好轉體球鉸的上球鉸、轉體動力裝置弧形圍板、轉體平衡支撐腿及連接斜拉索的耳板等。

4.2.2箱梁拼焊支架搭設

平行欽防高鐵方向現場拼裝鋼箱梁焊接支架。支架可采用八三式軍用鋼支墩，頂部鋪設六四式軍用梁，軍用梁頂部采用鋼枕分配梁作焊接平臺，在六四梁頂部繼續搭設鋼結構拼焊胎架。支墩下設C25混凝土基礎。支架應進行各種工況情況下的強度、剛度、穩定性檢算。在連續鋼箱梁中支點處支架還應按準確位置焊接安裝好轉體球鉸的下球鉸、轉體動力鋼絞線張拉臺座、轉體平衡滑道等。

4.2.3箱梁現場拼裝焊接

將工廠內分段、分片焊接好的箱梁運至施工現場，利用吊車吊至拼裝支架上拼裝、焊接。中支點處鋼箱梁安裝時必須確保轉體系統準確對接。鋼箱梁拼裝成橋后，進行橋面系附屬結構的施工。橋面系附屬結構不得在轉體施工完成后再進行施工，避免施工時異物墜落危及欽防高鐵運營安全。

4.2.4施加平衡重

根據計算結果和施工現場實際要求設置縱、橫向平衡重。為避免常規平衡重水箱在轉體施工時水箱內部水的沖擊作用，以及防止在轉體過程中若水箱焊縫破裂而使水箱內水流失，造成傾覆，改采用平衡重砂箱。平衡重砂箱的位置、重量一定要準確，其底部要采用縱橫H型鋼抄墊水平，并與鋼箱梁頂焊接加固。

4.2.5安裝臨時斜拉索及索塔

在鋼箱梁中支點處梁頂安裝臨時鋼箱索塔和平行鋼絲斜拉索，然后兩側對稱、同步張拉斜拉索，終拉達到設計要求。

4.2.6鋼箱梁第一次落架

按順序拆除中間支架、端支架上的支撐以及球鉸豎向鎖定裝置，使整個結構由中支點處支架上的球鉸和兩個穩定支腿三點承載受力。支撐拆除時應對稱拆除，保證體系及球鉸受力均衡。

4.2.7鋼箱梁轉體

轉體施工前準備就緒后，拆除穩定支腿，解除水平轉動裝置，然后對鋼箱梁進行試轉1m，以檢驗轉體施工的可靠性和結構的安全性等。通過試轉體確認結構安全，確保可以進行轉體施工后，開始對鋼箱梁進行正式轉體施工。

4.2.8拆除轉體系統

待轉體結束后，在1#、2#、3#墩蓋梁頂面安放千斤頂設置臨時支承，使鋼箱梁轉由臨時支承承載受力。然后拆除轉動球鉸、轉體動力裝置、轉體平衡裝置、轉體臨時斜拉索及鋼箱索塔和平衡重等，最后拆除2#墩處支架。

4.2.9鋼箱梁第二次落架

轉體臨時工程拆除完畢后，對鋼箱梁進行最后落架，拆除1#、2#、3#墩頂的臨時支承，用千斤頂緩慢落架，使鋼箱梁盆式支座準確對接。

5結語

連續鋼箱梁轉體法施工在國內已有成功的先例，是確實可行的。因此，采用連續鋼箱梁轉體法上跨高鐵營業線的橋型方案，能有效解決長壢分離式立交大橋因場地條件限制而客觀存在的問題，也符合中國鐵路總公司運輸局的相關文件要求，對今后同類橋梁的建設有較高的參考價值。

參考文獻

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[2]中國鐵路總公司運輸局.中國鐵路總公司運輸局關于穿(跨)越高速鐵路營業線和鄰近工程等方案審查有關問題的通知[Z].2013.

[3]原中華人民共和國鐵道部運輸局.關于印發《高速鐵路防災安全監控系統——公跨鐵立交橋異物侵限監測方案》的通知[Z].2010.

Design Program of Highway Bridge Across High-speed Rail Operation Line by Using the Steel Box Girder Rotation Method

NONG Ji-yuan，SHI Zhi

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：With the Changli separation interchange bridge program design of Guangxi Coastal Highway Qisha-Maoling segment as the example，this article introduced the design ideas of steel box girder rotation method in highway bridges across the high-speed rail operation lines，and described the steel box girder ro-tation system components and construction procedures，aiming to provide the reference for the construction of similar bridges.

Keywords：Highway bridges； Steel box girder； Rotating method； High-speed rail； Design program

收稿日期：2015-05-02

文章編號：1673-4874(2015)05-0050-04

中圖分類號：U448.21+3

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.014

作者簡介