海滄隧道本島端接線工程跨鐵路鋼管支架設計

■葉國華

(廈門誠翔公路技術咨詢有限公司，廈門 361004)

1 工程概況

海滄隧道本島端接線工程（第一階段）為混凝土連續梁,位于廈門島內東北部，起于第二西通道海滄隧道出口端，沿現狀火炬北路方向，上跨鐵路，終于鷹廈鐵路東側，起訖里程為FZK19+100～FZK19+888，全長788m。主線橋橋長352m。橋梁跨徑布置為：左幅（30+31+30）+（30+2×28）+（2×30+25）+（45+42）m；右幅（30+31+30）+（30+2×28）+（2×30+27）+（45+40）m，左右幅各四聯，其中第四聯首孔（9#～10#墩）跨越鷹廈鐵路及糧食專用線。鷹廈鐵路為雙線，鐵路中心線間距5.0m，糧食專用鐵路為單線，與鄰近的鷹廈鐵路線中心距為15m。交叉點位于鐵路路基段，與鐵路交角為98°，平面交叉范圍達52m。

由于該聯橋位地形起伏較大，高度在9～18m 之間，且需上跨運營鐵路，故綜合比選施工方案后采用鋼管貝雷梁支架整體澆筑施工。為保證鐵路的行車安全，箱梁施工期間設置防護棚，防護棚與現澆支架合建的方式。防護棚采用鋼管貝雷梁支架，防護棚比梁體外側翼緣板超寬2.0m 以上，防護棚邊緣設置安全圍欄，確保施工物件不墜落至防護棚外。防電防護棚施工大部分工序需利用封鎖點施工，有些工序還需要接觸網停電配合。

2 支架設計

支架為兩孔鋼管樁貝雷梁支架，其中首孔跨徑為21m，跨越鷹廈鐵路（雙線電氣化鐵路），次孔跨徑為18m，跨越糧食專用線（單線非電氣化鐵路），如圖1所示。

圖1 支架布置圖

2.1 臨時墩設置

為抑制支架變形并提高整體剛度，支架共有3 個臨時墩，臨時墩位于鷹廈鐵路與糧食專用鐵路之間的排水溝內。其構件組成分別為：鐵路左側臨時墩采用49 根鋼管立柱，立柱高度分別為14.49m（左幅）、9.67m（右幅）；鐵路中間臨時墩采用54 根鋼管立柱，立柱高度分別為10.66m（左幅）、10.66m（右幅）；鐵路右側臨時墩采用43 根鋼管立柱，立柱高度分別為15.65m（左幅）、15.21m（右幅）。各鋼管立柱均統一采用φ630×10mm 鋼管樁，鋼管樁兩端設樁頭和樁腳結構，鋼管樁之間設連接系。由于該段地形較為復雜，為保證支架基礎穩定性采用C30 鋼筋混凝土擴大基礎。擴大基礎頂面與排水溝溝底平齊，以保證地基排水效果。同時墩身鋼管安裝時設置有效的接地裝置，保證接地電阻小于10Ω。靠近鐵路電纜側樁頂3m 范圍均涂刷防電涂層。

2.2 墩頂分配梁

永久墩墩旁臨時墩（鐵路左、右側）頂直接布置橫向分配梁；中間臨時墩頂布置縱向及橫向兩層分配梁。縱向分配梁采用3HN500×200 型鋼組，單根長3.0m；橫向分配梁采用2HN500×200 型鋼組，單根長度分別為31m（2 根）、29m（4 根）、25m（2 根），布置于縱向分配梁上或樁頂，單幅通長布置（分2 次吊裝，現場等強對接），并設置2%坡度，左右幅對應橫向分配梁對接，并對左右幅橫向分配梁對接處頂面進行修整，確保過渡圓順。鋼管立柱樁頂、橫向分配梁及縱向分配梁之間接觸面均采用焊縫連接，焊高6mm 焊縫長度單邊不少于10cm。鷹廈鐵路兩側分配梁均涂刷防電涂層。

2.3 貝雷梁

在橫向分配梁頂擺放貝雷梁。首孔跨度21m，共114 片單層加強型貝雷梁；次孔跨度18m，共108 片單層非加強型貝雷梁。貝雷梁橫橋向間距除翼緣板范圍為90cm，其它均為45cm，每片貝雷梁間用橫向花窗連接成整體。其中首孔貝雷梁下設防電板，防電板厚度12mm。貝雷梁頂橫向鋪設I12.6 分配梁，分配梁間距為75cm。每組貝雷梁端部采用∠75×75×6mm 的角鋼焊制成倒“U”型構件與橫向分配梁焊縫連接。

3 支架計算分析

3.1 計算荷載

⑴箱梁砼自重荷載

支架段箱梁參數如表1 所示，其中砼容重γ=26.5kN/m3，漲模系數k=1.05，全聯(左右幅)砼方量v=3608.1m3;則全聯砼重G=100395.4kN

⑵施工均布荷載g2=1.5 kN/m2。

⑶振搗混凝土產生的荷載g3=2.0 kN/m2。

⑷模板荷載及防護棚。

模板荷載包括底模板、內模板、側模板等模板荷載。模板擬采用竹膠板與方木組合，鋼管腳手架作為支撐的形式所有模板荷載換算為g4=1.0 kN/m2。

⑸風荷載

按規范計算作用在箱梁上的橫橋向風荷載F1=52.65 kN，作用點位于箱梁中心；作用在貝雷梁桁架上的橫橋向風荷載F2=6.02 kN，作用點位于桁架中心；作用在鋼管樁上的橫橋向風荷載F3=7.2 kN，作用點距樁頂5.33m。

表1 支架段箱梁參數表

3.2 計算分析

3.2.1 貝雷梁項分配梁

I12.6 分配梁順橋向布置間距750mm。經分析，其最不利處應力如下：

彎曲應力σW=85.13MPa＜170MPa;剪應力τ=47.96MPa＜100MPa，滿足設計要求。

3.2.2 貝雷梁

貝雷梁的內力分析表2 所示。

表2 貝雷梁最大內力計算表

從表2 可以看出貝雷梁設計滿足要求。

3.2.3 橫向分配梁

橫向分配梁的內力分析表3 所示。

表3 橫向分配梁最不利位置對應內力計算表

從表3 可以看出橫向分配梁的應力均小于170 MPa，滿足設計要求。

3.2.4 縱向分配梁計算縱向分配梁的內力分析表4 所示。

表4 縱向分配梁最不利位置對應內力計算表

從表4 可以看出縱向分配梁的應力均小于170 MPa，滿足設計要求。

3.2.5 鋼管樁計算分析

支承于砼基礎上的鋼管樁:

穩定性σ=N/φA=45.2MPa ＜170MPa；彎曲應力σW=2.49MPa＜170MPa；剪應力τ=0.94MPa＜100MPa

折算應力σ=43.47MPa ＜170MPa

滿足設計要求。

3.2.6 基礎及基底承載力的計算

基礎為砼結構，砼強度等級C30。基礎尺寸為1.9m×1.9m×0.7m。

⑴基礎混凝土壓應力

壓應力σN=5.56MPa＜14.3MPa

⑵砼基礎沖切承載力

沖切承載力F=（0.7βhft+0.15σpc,m）ηumh0=2657.3kN＞720kN

⑶砼基礎基底承載力

應力σN=N/A=650/3.61=180kPa

要求基底承載力不得小于200kPa，為確保支架結構安全，對承載力不能滿足要求的基底須進行基礎處理。

4 結語

由于跨鐵路施工的特殊性，本橋采用了防護棚與支架合建的特殊設計支架，并設計采用了鋼管立柱臨時支撐以保證支撐方案安全性和良好的適用性。通過對支架局部構件計算和穩定分析可知，構件受力均能滿足要求，表明本方案為安全、經濟、合理并切實可行的施工方法，可為類似工程的建設提供參考。

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