天橋頂推在高鐵車站改造中的應(yīng)用

劉 青 （上海樞紐指揮部，上海 200071）

1 引言

近年來，國家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，鐵路建設(shè)進(jìn)入全面發(fā)展階段，建設(shè)時間跨度較長鐵路車站在耐久性和功能上很難適應(yīng)旅客出行的需求，改造建設(shè)有其充分的必要性。本工程在運(yùn)營的鐵路站內(nèi)新建鋼結(jié)構(gòu)人行天橋，同時跨越普速鐵路和高速鐵路兩個場區(qū)，施工環(huán)境復(fù)雜、站內(nèi)客流密集、鐵路既有設(shè)備多、場地狹小、無施工便道可供大型機(jī)械進(jìn)出場，頂推過程期間只能利用滬寧城際高速場固定天窗點(diǎn)，不能影響次日滬寧城際的正常運(yùn)營，建設(shè)風(fēng)險高，施工難度大。工程實(shí)施以頂推工法為技術(shù)核心，充分征求了鐵路設(shè)備管理單位的建議，在上海局集團(tuán)公司運(yùn)輸、工務(wù)、供電等部門的支持下，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆桨钢笇?dǎo)施工，保證了鐵路的行車和既有設(shè)備安全、站內(nèi)旅客和作業(yè)人員的人身安全，控制了工期，降低了建設(shè)成本。對類似鐵路站改有技術(shù)指導(dǎo)意義。

2 工程概況

本文以新建京滬鐵路常州站改造工程中非付費(fèi)聯(lián)絡(luò)天橋?yàn)槔鞓蛑黧w為鋼桁架結(jié)構(gòu)（材質(zhì)為Q235），其中一端連接既有城際站房，另一端連接普速站房，工程實(shí)施完成后,可實(shí)現(xiàn)常州站城際候車室和普速候車室雙向通行。天橋整體同時跨越普速站場（含2條正線）和高速站場（含2條正線），下穿城際場和普速場大雨棚，在上海局范圍內(nèi)尚屬首例。

天橋長114m，寬6.0m，高4.25m，軌面到梁底8.9m。天橋立柱設(shè)在站臺上依次排布，跨徑（23.15+18.95+24.4+26.4+18.05+2.9）m。（如圖 1）

圖1 全橋斷面圖

2.1 與既有設(shè)備關(guān)系

2.1.1 城際場無柱大雨棚

天橋下穿城際場大雨棚，鋼桁架距雨棚立柱最小距離270mm，距城際大雨棚下弦桿最小距離490mm。

圖2 天橋與城際雨棚位置關(guān)系

2.1.2 接觸網(wǎng)

普速場接觸網(wǎng)導(dǎo)線距梁底距離均大于2m，城際場接觸網(wǎng)導(dǎo)線距梁底距離最小距離0.8m。

2.2 施工環(huán)境

本改造工程為營業(yè)線及鄰近營業(yè)線施工，站場改造由普速場站房向城際場站房逐步過渡，分步實(shí)施，期間為配合施工，雖然適當(dāng)停用部分線路，但緊鄰營業(yè)線施工，安全風(fēng)險較大。施工區(qū)域在常州車站普速站場和城際站場，站場區(qū)域狹長，多為營業(yè)線（鄰近）施工作業(yè)，且施工期間多與旅客進(jìn)出站流線交叉重疊，站場區(qū)域難以集中施工用機(jī)具材料的擺（停）放，往往形成人員和機(jī)具設(shè)備排布不開，各施工班組平面交叉嚴(yán)重甚至相互干擾，影響施工作業(yè)效率的發(fā)揮；加之由于既有車站位置處于市中心，廣場人流交織，多為客運(yùn)服務(wù)設(shè)施，施工材料及拆除棄料運(yùn)輸困難。

3 總體施工方案

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工條件和運(yùn)輸條件，結(jié)合常州站改造總體施工過渡方案，以施工運(yùn)輸二者兼顧為原則，本工程按照兩個階段分段實(shí)施。鋼構(gòu)件在工廠內(nèi)加工試拼成型，分節(jié)運(yùn)輸至現(xiàn)場，采用吊裝和頂推法安裝就位的施工方法。

工程實(shí)施搭設(shè)6組頂推輔助支撐架和30m拼裝、頂推工作平臺，臨時支架基礎(chǔ)設(shè)置盡量永臨結(jié)合，支架與平臺采用鋼結(jié)構(gòu)形式。

普速場由南向北線路依次為京滬線2、IV、6道，I、3、5 道，第一階段停用京滬線 2、IV、6 道，吊裝封鎖區(qū)域內(nèi)的天橋節(jié)段。第二階段停用京滬線I、3、5道，天橋在封鎖范圍分節(jié)段拼裝，由普速場向城際場方向分節(jié)段依次頂推。

4 頂推作業(yè)控制要點(diǎn)

在對工況和鐵路設(shè)備設(shè)施的安全作業(yè)要求掌握后，本文重點(diǎn)對天橋城際場部分頂推作業(yè)的頂推系統(tǒng)設(shè)計和監(jiān)控量測兩方面進(jìn)行講述分析，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計和嚴(yán)密的過程控制確保頂推作業(yè)的順利實(shí)施。

4.1 頂推系統(tǒng)設(shè)計

本工程按照設(shè)計方案結(jié)合現(xiàn)場施工條件，采用液壓同步頂推技術(shù)，頂推系統(tǒng)由液壓頂推設(shè)備、滑軌、限位裝置等組成。頂推由計算機(jī)全程控制，將頂推速率和精度控制在可控范圍內(nèi)，滑移速度約為12m/h，全程勻速推進(jìn)。

圖3 頂推作業(yè)示意圖

4.1.1 滑移梁設(shè)計

滑移梁設(shè)置在拼裝胎架上，材質(zhì)同鋼桁架，下翼緣與拼裝平臺鋼梁焊接連接，截面尺寸H300×300×10×15，頂推設(shè)備需在不小于2m的空間安裝。如圖4～ 圖5。

圖4 滑移梁平面示意圖

4.1.2 滑軌設(shè)計

頂推作業(yè)實(shí)施過程中，頂推器所施加的推力與滾輪和滑軌間的摩擦力保持平衡。

滑移總摩擦力大小為：F=300×1.2×0.15=54t。（摩擦力的不均勻系數(shù)取1.2，滾輪與滑軌之間的摩擦系數(shù)為0.13～0.15，出于安全考慮取0.15）,因此總推力約為54t。

圖5 滑移梁立面示意圖滑移梁側(cè)面示意圖

本次頂推施工設(shè)置2個頂推點(diǎn)，液壓頂推器型號為YS-PJ-50，分別于兩側(cè)對稱布置。單一設(shè)備額定驅(qū)動力為50t，所以總頂推力設(shè)計值,滿足設(shè)計要求。

為確保頂推的精確度，滑移軌道中心線必須與滑移梁中心線重合?；売刹垆摷皞?cè)擋板組成，槽鋼與滑移梁焊接固定，頂推時起到抵抗滑移推力以及水平力作用。

側(cè)擋板規(guī)格為20×40×150mm（材質(zhì)同鋼桁架），與槽鋼軌道及滑移梁采用雙面焊接，單塊側(cè)擋板焊縫設(shè)計強(qiáng)度 （高度 hf=10mm）：N=σ×0.7hf×lw=160×0.7×10×150-2×10=146kN，單塊側(cè)擋板焊縫所承受的最大頂推反力為500÷4=125kN＜146kN，滿足設(shè)計要求?；栖壍涝O(shè)計如圖6～圖7。

圖6 滑移軌道立面圖

圖7 滑移軌道平面圖

4.1.3 限位裝置設(shè)計

通過設(shè)置側(cè)向限位措施，可有效確保鋼結(jié)構(gòu)在滑移中，不發(fā)生偏移，主要由H300×300×10×15型鋼及滾輪組成，設(shè)計圖如圖8～圖9。

4.1.4 導(dǎo)梁

本次頂推作業(yè)，結(jié)構(gòu)抗傾覆系數(shù)按照不低于1.5進(jìn)行設(shè)計，導(dǎo)梁長9m截面尺寸同結(jié)構(gòu)下弦桿設(shè)計。采用φ180×6鋼管支撐，構(gòu)件平面節(jié)點(diǎn)鉸接，立面節(jié)點(diǎn)焊接。

4.1.5 頂推細(xì)部設(shè)計

圖8 側(cè)向限位布置圖

圖9 側(cè)向限位示意圖

圖10 導(dǎo)梁立面圖

圖11 導(dǎo)梁平面圖

頂推設(shè)備安裝在結(jié)構(gòu)尾部的橫梁上，頂推器前端通過銷軸與安裝在被鋼桁架的耳板連接固定，用以傳遞水平滑移頂推力，頂推耳板采用Q235鋼20mm厚鋼板，如圖12～圖13。

圖12 頂推節(jié)點(diǎn)立面圖

圖13 頂推耳板詳圖

4.1.6 防傾覆設(shè)計

滑移中為進(jìn)一步降低鋼結(jié)構(gòu)傾覆風(fēng)險，在設(shè)置頂推耳板的桁架橫梁下翼緣設(shè)置卡板，卡板位置圖如14。

4.2 監(jiān)控量測

為了最大限度降低施工風(fēng)險，對橋梁頂推全過程進(jìn)行監(jiān)控量測。監(jiān)測內(nèi)容為橋梁在頂推過程空間位置的變化和鋼結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力變化。

圖14 卡板示意圖

4.2.1 監(jiān)測目的

①確保鋼桁架梁在頂推過程中姿態(tài)穩(wěn)定，實(shí)時顯示頂推行進(jìn)偏差，指導(dǎo)頂推施工。

②監(jiān)測鋼桁架梁在頂推過程中的橫向位移與垂直位移偏差，預(yù)防桁架與滬寧城際大雨棚等設(shè)備發(fā)生碰撞；監(jiān)測桁架前端撓度變形與尾端翹起，確保桁架推進(jìn)到指定位置。

③實(shí)時監(jiān)測桁架推進(jìn)里程。

4.2.2 監(jiān)測內(nèi)容

①鋼桁架頂推過程中，桁架前端撓度實(shí)時變化量。

②桁架頂推過程中，桁架尾端翹起實(shí)時變化量。

③桁架推進(jìn)過程中，桁架實(shí)測中心線與設(shè)計中心線的三維實(shí)時動態(tài)偏差。

④監(jiān)測桁架推進(jìn)實(shí)時進(jìn)程。

4.2.3 監(jiān)測點(diǎn)布置

①基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)

監(jiān)測網(wǎng)使用常州站改工程坐標(biāo)系統(tǒng)，并進(jìn)行一次布網(wǎng)，所有監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)滿足兩臺全站儀同時觀測的通視要求。布網(wǎng)時，應(yīng)充分顧及網(wǎng)的精度、可靠性和靈敏度等指標(biāo)。由于跨度大，施工等級高，故而本次監(jiān)測共采用8個基準(zhǔn)點(diǎn)，互相校核確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

②監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

為確保通視條件，預(yù)先在該桁架的兩端布設(shè)兩根立柱，棱鏡及預(yù)埋件焊接在立柱側(cè)面上，朝向全站儀方向，同時在下部支撐結(jié)構(gòu)布置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測頂推作業(yè)過程支撐結(jié)構(gòu)的變化。

圖15 頂推桁架監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)示意圖

4.2.4 桁架頂推實(shí)時動態(tài)監(jiān)測實(shí)施

①硬件配備

根據(jù)本監(jiān)測項(xiàng)目的需求，現(xiàn)場配備兩臺具有自動跟蹤、自動照準(zhǔn)，自動馬達(dá)驅(qū)動功能的LEICA TS 30型全站儀分別對待頂推桁架首尾兩端的棱鏡進(jìn)行實(shí)時觀測，采用PANASONIC CF-19堅(jiān)固型筆記本做為工控機(jī)，內(nèi)置實(shí)時動態(tài)跟蹤監(jiān)測程序，將動態(tài)監(jiān)測結(jié)果實(shí)時顯示在筆記本終端。

儀器主要技術(shù)指標(biāo)

TS30全站儀主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

測角精度0.5”測距精度0.6mm+1ppm×D

Lock模式馬達(dá)最大切向速度20m處9m/s，100米處45m/s

Lock模式馬達(dá)最大切向速度5m/s

②實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測頂推行進(jìn)過程中桁架的中線高程偏差、橫向偏差、前后端撓度和推進(jìn)里程，特開發(fā)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)一套，可將實(shí)時動態(tài)監(jiān)測結(jié)果傳送至計算機(jī)，并在界面以圖形和數(shù)字的形式實(shí)時顯示，并提供限差報警功能。

系統(tǒng)主要有以下功能模塊：

①數(shù)據(jù)記錄及計算

監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時動態(tài)記錄處理，并傳輸至計算機(jī)，監(jiān)測完成后形成電子原始監(jiān)測文件。

②動態(tài)監(jiān)測結(jié)果實(shí)時顯示

兩臺全站儀得到的實(shí)測數(shù)據(jù)分別傳送至計算機(jī)，經(jīng)軟件處理后，轉(zhuǎn)化為桁架頂推實(shí)時橫向偏差、高程偏差和里程，并將結(jié)果實(shí)時顯示在計算機(jī)屏幕上，實(shí)時指導(dǎo)頂推施工。對于偏差較大的結(jié)果，以紅色報警的形式表示，提示作業(yè)人員關(guān)注。

5 結(jié)論

隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，高速鐵路站房和站場改造的需求日益增多，工況趨于多樣化、復(fù)雜化，實(shí)施期間對安全控制要求高，實(shí)施時間短多為天窗點(diǎn)內(nèi)，為確保工程安全質(zhì)量可控，同時最大程度降低對運(yùn)輸?shù)母蓴_，利用頂推法在高鐵車站架設(shè)鋼結(jié)構(gòu)，可滿足安全、質(zhì)量、投資等要求，具有一定的推廣應(yīng)用價值。