強電、強磁場對鋼箱梁跨越磁浮快線軌道頂推落梁施工的影響

姜早龍　劉曉君　金波　張志軍　劉正波　趙嘉祺　李園

摘? ?要：中低速磁浮快線軌道通電時會使周圍的電場和磁場發生強烈的變化，形成強電、強磁場效應，是上跨磁浮快線軌道鋼箱梁頂推及落梁施工的重大安全隱患. 以長沙黃花國際機場大道工程為案例，研究強電、強磁場對鋼箱梁跨越磁浮快線軌道頂推落梁施工的影響. 采用大型有限元分析軟件ANSOFT，對磁浮快線軌道產生的強電、強磁場進行有限元分析及數值計算，假定鋼箱梁推進過程中磁浮軌道電流保持不變，通過改變鋼箱梁相對于軌道的位置，研究不同工況下強電、強磁場對鋼箱梁頂推落梁產生的影響，并對每一個工況進行靜態分析及計算，得出相應的施工安全范圍，為今后類似工程提供具有參考價值的理論和經驗.

關鍵詞：鋼箱梁;頂推施工;有限元;電場;磁場

中圖分類號：F407.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

Influence of Steel Electromagnetic Field on Pushing and Falling

Construction of Steel Box Girder over Maglev Track

JIANG Zaolong1，2，4，LIU Xiaojun1，JIN Bo2，ZHANG Zhijun3，LIU Zhengbo2，ZHAO Jiaqi2，LI Yuan2

（1. College of Civil Engineering，Xi' an University of Architecture & Technology，Xi'an 710055，China;

2. College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China;

3. The Third Engineering Co Ltd of China Railway Seventh Group，Xi'an 710032，China;

4. Hunan Huda Construction Supervision Co Ltd，Changsha 410082，China）

Abstract： The surrounding electromagnetic fields will be changed greatly when the track of medium and low speed maglev is electrified. The generated effect of strong electromagnetic field has a great impact on the safety of the pushing and falling of the steel box girder over the maglev track.Therefore，taking the construction of Changsha Huanghua International Airport Avenue Project as a practical case，the impact of electromagnetic field on the pushing and falling of the steel box girder over the maglev track is studied.The large finite element analysis software ANSOFT is used to perform finite element analysis and numerical calculation on the strong electromagnetic field of the maglev track.It is assumed that the current of the maglev track remains constant during the advancement of the steel box girder. By changing the position of the steel box girder relative to the track，the impact of the strong electromagnetic field generated by the maglev track on the launching and falling of the steel box girder under the different working conditions is studied. After performing the static analysis and calculation for each working condition，the corresponding construction safety scope is obtained. The conclusion of the study provides references and suggestions for similar projects in the future.

Key words： steel box girder;pushing construction;finite element;electric field;magnetic field

隨著世界橋梁建設領域的快速發展，橋梁的結構形式與受力特性日益復雜[1]，交叉跨越、臨水臨電、跨山跨河等現象不斷增多，增加了橋梁施工與管理的難度. 頂推落梁、BIM、快速施工、靜力拆除等技術持續創新、相互融合，逐漸突破橋梁施工的局限性，施工工藝不斷改進，監管效率不斷提高[2-4]. 頂推法構思源于鋼箱梁縱向拖拉法，采用若干個千斤頂替代卷揚機滑車組，板式滑動設備替代滾筒，將梁體頂推向[5]，具有快速、安全、經濟、優質、受外界干擾較小和占用場地少等優勢. 當橋梁施工需要跨越深谷、且有交通線路（鐵路、公路、河道）或難以拆遷的既有建筑物（名勝古跡、地下設施等）時，采用頂推施工法從空中完成跨越作業，是一種比較理想的方法. 自1959年在奧地利阿革爾橋中成功應用后，頂推施工工藝不斷創新，在國內外各類大跨徑橋梁施工中相繼運用[6]，建成了多座預應力混凝土連續梁橋，得到了快速的發展[7-8]. 1977年，我國首次采用單點頂推法施工建成了預應力混凝土連續梁橋——狄家河

仿真結束后，對整體模型進行電流密度云圖求解，可得箱梁、橋墩及磁浮快線軌道周圍的磁感應強度，如圖6所示. 以3條直線為例，分別建立3條線上電流密度云圖分布曲線圖，3條直線位置及最不利情況分析見表6.

4.2? ?各工況下電流密度分析

3種工況下第1條直線電流密度分布曲線如圖7（a）（b）（c）所示. 第1條直線上電流密度有4個峰值，每個峰值位置都位于4條軌道附近，電流密度由4條軌道向外遞減. 對其大小與相應距離進行分析，第1條直線上電流密度峰值與對應距離的關系如表7所示，可以發現離兩條外側軌道大約0.7 m附近電流密度小于人體安全限值（≤10 mA/m2）. 對比3個工況可知，3工況下軌道附近電流密度大小無明顯差異，說明當鋼箱梁通過磁浮快線軌道上方時，對軌道附近電場無影響.

第2條直線電流密度分布曲線，如圖7（d）（e）（f）所示. 第2條直線電流密度隨距離變化較為規律，磁浮快線軌道內部電流密度最大，從軌道向箱梁表面電流密度逐漸遞減. 第2條直線上電流密度與對應距離的關系如表8所示，可以發現只有磁浮快線軌道內部電流密度較大. 因此，只要施工人員不觸碰磁浮快線軌道，軌道電場就不會對施工人員的安全產生影響.

第3條直線電流密度分布曲線，如圖7（g）所示，通過數據顯示，發現箱梁表面上的電流密度幾乎為0，可見電場分布對箱梁表面的影響很小，施工人員可正常施工.

5? ?電磁場仿真結論

5.1? ?磁場研究結論

1）系統磁場分布主要集中在磁浮快線軌道位

置，距離磁浮快線軌道越遠磁場強度越小且磁場衰減越快.

2）距離磁浮快線兩條外軌3.5 m以內，磁感應強度超過國家安全標準值（≤100 μT）. 為保證安全，距離兩條外軌附近3.5 m的施工人員應配備絕緣工器具.

3）距離磁浮快線軌道正上方2.5 m以內，磁感應強度超過國家安全標準值（≤100 μT）. 但當落梁完成時，梁底附近施工人員離軌道大約4.2 m，為最接近軌道的情況，且磁浮公司采取了相應的防護措施，導致磁場強度實測值小于理論值. 因此，施工人員受磁場影響較小.

4）磁浮快線軌道在箱梁表面產生的磁場強度幾乎為0，故箱梁表面施工人員可以正常施工.

5）現場施工時應嚴格避免金屬物品掉落到軌道附近，防止造成磁浮快線軌道損壞或磁浮快線運行事故.

5.2? ?電場研究結論

1）系統電場分布主要集中在磁浮快線軌道內以及各軌道之間，最大電流密度高達2 500 A/m2，極易造成觸電死亡等意外事故. 因此，在列車通電運行時磁浮快線軌道附近嚴禁施工人員靠近.

2）距離磁浮快線兩條外軌0.7 m以內，電流密度超過人體電流密度安全限值（≤10 mA/m2），為保證安全，兩條外軌附近0.7 m以內嚴禁施工人員靠近.

3）磁浮快線軌道在箱梁表面產生的電場幾乎為0. 因此，箱梁表面施工人員可以正常施工.

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