跨既有線路鋼桁架天橋安裝施工技術(shù)及工程應(yīng)用

施旭光　殷倩倩　李洪霞

摘 要：隨著近年來(lái)鐵路的迅速發(fā)展，沿線火車站陸續(xù)改建，舊火車站的旅客進(jìn)站平交道嚴(yán)重制約著線路提速，急需在既有運(yùn)營(yíng)線上增建人行天橋。在既有線上進(jìn)行天橋安裝，既要考慮行車安全，又要考慮供電接觸網(wǎng)的影響。菏澤站位于新菏兗日線與京九線交匯處，新菏兗日線外包京九線，客貨運(yùn)輸量大。車站改造新增天橋施工場(chǎng)地作業(yè)空間狹小，構(gòu)筑物復(fù)雜，且受帶電接觸網(wǎng)影響，吊裝機(jī)械需要限高、限位，不具備直接吊裝條件；施工垂停天窗短，滑動(dòng)拖拉施工的走行速度慢，且滑道磨損率高、糾偏困難、施工工藝繁瑣、施工風(fēng)險(xiǎn)高。提出了鋼桁架天橋安裝采用“滾動(dòng)拖拉”的施工方法，該方法基于滑動(dòng)拖拉施工方法改進(jìn)創(chuàng)新，施工的走行速度快，解決了封鎖點(diǎn)時(shí)間短、工期緊的難題；導(dǎo)向性好，安全可控；精準(zhǔn)就位，不需糾偏；投入機(jī)械設(shè)備少，成本低。不僅適用于上跨運(yùn)營(yíng)鐵路鋼結(jié)構(gòu)天橋施工，也適用于跨繁忙公路、市政道路及江河的鋼梁施工。

關(guān)鍵詞：鋼桁架；天橋施工；鐵路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.095

1 工程概況

菏澤站位于新菏兗日線與京九線交匯處，新菏兗日線外包京九線，是魯西南地區(qū)較大的集客、貨運(yùn)業(yè)務(wù)的綜合站。既有正線4條，到發(fā)線9條，客運(yùn)站臺(tái)4座。每日接發(fā)客運(yùn)列車88列。接發(fā)旅客9179人，年發(fā)送貨物50.46萬(wàn)噸，到達(dá)523.41萬(wàn)噸，日均裝卸車288車、通過(guò)貨車186列。車站改造新建旅客天橋?qū)?1.5m、高6.2m，長(zhǎng)91.75m，橫跨1～12股道連接站房二層候車廳，在二、三、四站臺(tái)設(shè)上下橋梯。既有線為已掛網(wǎng)電氣化鐵路，底弦桿底標(biāo)高為61.98m，距離站線軌頂8.98m，距離正線軌頂8.73m。天橋主要結(jié)構(gòu)形式包括基礎(chǔ)、立柱和鋼桁架結(jié)構(gòu)天橋主體，鋼桁架按拼接點(diǎn)分為三跨， 第一跨跨度38.2m，重100.6噸；第二跨跨度19.7m，重52噸；第三跨跨度24m，重61.2噸。天橋立面圖，見(jiàn)圖1。

2 天橋滾動(dòng)拖拉施工技術(shù)原理

在橋墩處搭設(shè)臨時(shí)支墩；采用貝雷梁作為下滑道主梁，在地面拼裝完成后應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓，確保撓度符合要求后進(jìn)行安裝并設(shè)置走行軌；搭設(shè)拼裝平臺(tái)，分跨拼裝鋼桁架天橋；鋼桁架天橋與走行軌之間設(shè)置滑車（每個(gè)桁架節(jié)點(diǎn)處均設(shè)置滑車），利用卷?yè)P(yáng)機(jī)分跨滾動(dòng)拖拉桁架就位；將天橋桁架主弦桿作為上滑道，利用“地坦克”反拖拉抽出貝雷梁；用千斤頂落梁就位。

形成施工工藝流程圖見(jiàn)圖2。

其中包括鋼桁架天橋拖拉、貝雷梁拆除和鋼桁架落梁三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 鋼桁架天橋拖拉

（1）在鋼桁架天橋拖拉終點(diǎn)設(shè)置卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩另端栓在構(gòu)筑物上，通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引構(gòu)筑物就位，為確保拖拉速度可控，在構(gòu)筑物前端設(shè)動(dòng)滑輪。在鋼絲繩走行區(qū)段每個(gè)2.5米橫向設(shè)置一道尼龍繩防止鋼絲繩下垂影響接觸網(wǎng)，在構(gòu)筑物后端設(shè)置卷?yè)P(yáng)機(jī)防止拖拉過(guò)位。

（2）點(diǎn)前調(diào)試卷?yè)P(yáng)機(jī)，并進(jìn)行全面檢查。清理鋼桁架內(nèi)施工料具及雜物，確保拖拉過(guò)程中無(wú)墜物。

（3）拖拉前在鋼軌上間隔1.5米劃好等距線，拖拉過(guò)程中，構(gòu)筑物上設(shè)專職監(jiān)控人員及時(shí)觀測(cè)構(gòu)筑物兩側(cè)位移是否統(tǒng)一。

（4）拖拉速度不超過(guò)3米/分鐘，距終點(diǎn)10米時(shí)應(yīng)減慢速度，使鋼桁架緩慢地停止在終點(diǎn)。

（5）拖拉到位后，應(yīng)根據(jù)支座的對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行糾偏，用千斤頂和手拉葫蘆將其軸線和標(biāo)高調(diào)整到位，確保落位正確無(wú)誤。

如圖3所示為拖拉裝置示意圖。

2.2 貝雷梁拆除

（1）拆除預(yù)留短軌節(jié)，搭設(shè)橫擔(dān)梁支墩，插入橫擔(dān)梁，用千斤頂將橫擔(dān)梁頂起，拆除滑車。

（2）安裝地坦克，將天橋主構(gòu)筑物落在橫擔(dān)梁上后，在構(gòu)筑物兩端安放千斤頂，將滑道梁升高，與支墩脫離。然后安放地坦克，地坦克與貝雷梁栓接完畢后回落千斤頂，讓貝雷梁和地坦克栓接在一起。

（3）人工推動(dòng)地坦克帶動(dòng)滑道梁向支撐平臺(tái)移動(dòng)，在平臺(tái)上將滑道梁分片拆除。

如圖4所示為貝雷梁滑移拆除示意圖。

2.3 鋼桁架落梁

利用千斤頂將鋼桁架一側(cè)頂起，抽調(diào)一層木枕，回落千斤頂，讓構(gòu)筑物落在支撐架上；然后將構(gòu)筑物另一側(cè)頂起，抽調(diào)一層枕木；如此循環(huán)反復(fù)，直至鋼桁架落至設(shè)計(jì)標(biāo)高。落梁時(shí)必須按兩端循環(huán)落，嚴(yán)禁兩端同時(shí)起頂。

3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

應(yīng)用MIDAS數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行貝雷梁桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算，對(duì)貝雷梁弦桿及豎桿應(yīng)力、斜撐應(yīng)力、結(jié)構(gòu)位移、一階屈曲模態(tài)、二階屈曲模態(tài)及三階屈曲模態(tài)進(jìn)行分析；應(yīng)用MIDAS數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算，分析立柱及縱橫梁應(yīng)力、橫撐及斜撐應(yīng)力、結(jié)構(gòu)位移及一階屈曲模態(tài)；采用傳統(tǒng)力學(xué)理論進(jìn)行拖拉結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，計(jì)算貝雷梁最大彎矩和最大剪力。

3.1 貝雷梁桁架驗(yàn)算

（1）計(jì)算模型。分析得計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5所示，建立計(jì)算模型如圖6所示。

（2）主要技術(shù)參數(shù)。設(shè)計(jì)貝雷梁采用16Mn鋼，其抗拉、抗壓及抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度為310MPa，彈性模量為206GPa，密度為7850Kg/m3；貝雷梁、滑道及枕木自重的荷載動(dòng)力系數(shù)取為1.2；天橋鋼桁架重作為可變荷載施加，分項(xiàng)系數(shù)取為1.4。

（3）結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。對(duì)貝雷梁弦桿及豎桿應(yīng)力、斜撐應(yīng)力、結(jié)構(gòu)位移、一階屈曲模態(tài)、二階屈曲模態(tài)及三階屈曲模態(tài)進(jìn)行分析，弦桿及豎桿應(yīng)力見(jiàn)圖7，斜撐應(yīng)力見(jiàn)圖8，結(jié)構(gòu)位移見(jiàn)圖9，一階屈曲模態(tài)見(jiàn)圖10，二階屈曲模態(tài)見(jiàn)圖11，三階屈曲模態(tài)見(jiàn)圖12。

其中，最大拉應(yīng)力為184.9MPa，最大壓應(yīng)力為-180.8MPa，均位于靠近5#墩下弦桿處。拉壓最大應(yīng)力小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足規(guī)范要求。

其中，最大拉應(yīng)力為90.4MPa，位于5#墩處斜桿；最大壓應(yīng)力-108.9MPa，均位于靠近6#墩處斜桿。拉壓最大應(yīng)力小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足規(guī)范要求。

其中，最大位移25.42mm。滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）中有重軌軌道的工作平臺(tái)梁的撓度容許值。

由上可得，穩(wěn)定性滿足要求。

3.2 臨時(shí)支墩驗(yàn)算

（1）計(jì)算模型。

（2）結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。對(duì)臨時(shí)支墩進(jìn)行立柱及縱橫梁應(yīng)力、橫撐及斜撐應(yīng)力、結(jié)構(gòu)位移及一階屈曲模態(tài)分析，立柱及縱橫梁應(yīng)力見(jiàn)圖14，橫撐及斜撐應(yīng)力見(jiàn)圖15，結(jié)構(gòu)位移見(jiàn)圖16，一階屈曲模態(tài)見(jiàn)圖17。

其中，最大壓應(yīng)力為6.0MPa，位于受拖拉南側(cè)支座處橫梁，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足規(guī)范要求。

其中，最大壓應(yīng)力為21.3MPa，位于受拖拉南側(cè)支座處上部斜撐，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足規(guī)范要求。

其中，結(jié)構(gòu)最大位移5mm，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

其中，一階穩(wěn)定系數(shù)為0.914，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。失穩(wěn)點(diǎn)位于南側(cè)第三榀縱向桁架上部斜撐交點(diǎn)，但不影響正常施工。

3.3 拖拉驗(yàn)算

本方案從最不利方面進(jìn)行簡(jiǎn)單驗(yàn)算，驗(yàn)算過(guò)程如下：

取跨度最大的3#和4#墩驗(yàn)算，跨度取22.5m，滑道自重的荷載動(dòng)力系數(shù)取為1.2；天橋鋼桁架重作為可變荷載施加，分項(xiàng)系數(shù)取為1.4，總荷載31.88KN/m。

計(jì)算得，三排單層加強(qiáng)貝雷梁最大彎矩為2017KN/m，最大剪力值為358.65KN。查貝雷梁參數(shù)表1，可得，三排單層加強(qiáng)貝雷梁最大允許彎矩值為4809.4KN，最大允許剪力值為698.9KN，則彎矩安全系數(shù)為2.4，剪力安全系數(shù)為1.95，符合規(guī)范要求。撓度計(jì)算值為29.2mm，滿足要求。

4 工程應(yīng)用

運(yùn)用該工法施工，每節(jié)天橋在一個(gè)天窗點(diǎn)內(nèi)拖拉完畢，避免天橋在既有線上臨時(shí)停放，即保證了施工及運(yùn)輸安全、又減小了對(duì)運(yùn)輸影響；該工法使用僅拖拉一項(xiàng)就節(jié)約了44天工期，即保證了節(jié)點(diǎn)工期，又為后續(xù)施工項(xiàng)目創(chuàng)造條件，所帶來(lái)間接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。

5 結(jié)論

通過(guò)分析滾動(dòng)拖拉技術(shù)原理，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行貝雷梁和臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算以及拖拉驗(yàn)算，形成了一種適用于施工場(chǎng)地作業(yè)空間狹小、構(gòu)筑物復(fù)雜，不具備直接吊裝條件且施工垂停天窗短的天橋施工新技術(shù)，不僅解決了既有線封鎖點(diǎn)時(shí)間短的難題，而且提高了安全性能，消除了安全隱患，提高了施工效率，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。并通過(guò)深入研究天橋支墩及基礎(chǔ)、天橋滑道吊裝、天橋拖拉、天橋滑道拆除及落梁等施工技術(shù)，形成了一套不僅適用于上跨運(yùn)營(yíng)鐵路鋼結(jié)構(gòu)天橋施工，也適用于跨繁忙公路、市政道路及江河的鋼梁施工的天橋滾動(dòng)拖拉施工技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱波.空間三角形鋼桁架與混凝土橋面板組合式人行天橋的設(shè)計(jì)與施工[A].第三屆全國(guó)公路科技創(chuàng)新高層論壇論文集[C].2006.

[2]曹卉.淺談單榀鋼桁架結(jié)構(gòu)人行天橋安裝技術(shù)[J].科技信息，2012（23）.

[3]紀(jì)華亭.鋼結(jié)構(gòu)人行天橋安裝施工技術(shù)[A].第四屆全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)交流會(huì)論文集[C].2012.

[4]占錦堂.杭州大廈人行天橋鋼桁架制作工藝[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（21）.

[5]白曉軍.鋼結(jié)構(gòu)天橋中大型箱梁高空拼接工法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（31）.

[6]劉王生.鬧市區(qū)人行天橋的設(shè)計(jì)與施工[J].公路與汽運(yùn)，2007（04）.

[7]韓麗艷.淺析鋼結(jié)構(gòu)人行天橋施工工藝及質(zhì)量控制要點(diǎn)[J].中國(guó)科技博覽，2011（31）.