跨運河鐵路橋梁孔跨變更設計分析

李春平 王 綱

（上海東華地方鐵路開發有限公司 上海 200071）

0 引言

隨著社會經濟發展，交通路網建設項目日趨密集，跨河鐵路橋梁建設十分普遍，設計圖紙一般較為完善。近年來，隨著社會經濟不斷發展，航道通航狀況也發生了較大變化，船舶通過量、貨運量急劇上升，安全隱患也相應增加，跨越原航道部分跨徑的調整已是當務之急。結合京滬鐵路無錫北至無錫段改造工程跨錫澄運河橋梁變更設計實例，重點闡述變更設計的對比方法。

1 工程概況

跨錫澄運河特大橋位于江蘇省無錫市境內，在既有京滬線右側與既有京滬線平行。2006年，在京滬鐵路151#橋工程可行性研究階段，根據當時社會經濟發展背景的需要，151#橋跨越原航道部分在考慮不低于當時通航標準及不惡化本段通航條件下，通航孔采用3跨32m簡支T梁，橋梁位于老151號鐵路橋以南18m處，設計水位2.88m，通航寬度32m，凈高3.65m。2016年該工程開始實施過程中，經研究比選后對原設計方案進行了變更，變更設計后通航寬度80m，凈高4.91m，如圖1所示。

2 變更設計原因

（1）原通航標準為V級，該處航道緊張、繁忙。隨著社會經濟不斷發展，錫澄運河江陰、惠山段已達III級通航標準，經過151#鐵路橋的貨運數量及船舶流量大為提升，據無錫海事部門統計，2017年4-8月份日均船舶流量基本呈逐月遞增趨勢，最多單日通過船舶1125艘，較2015年日單船通過量猛增114%以上。較較2016年日單船通過量增加80%以上.施工期間新、老151#號橋的安全風險加大，對鐵路安全運營造成極大地安全隱患。

圖1

（2）151#鐵路橋跨越原航道部分施工環境惡劣，按原設計方案施工，施工期間安全難以保證。

（3）采取海事管制措施，沿線企業運輸成本劇增，易引發社會矛盾。

3 變更方案比較

3.1 施工方案對比

跨既有錫澄運河原方案與變更后方案所采用的的主要施工方法主要有以下幾個方面的不同：

3.1.1橋梁上部結構施工方法

原設計方案中橋梁上部結構為24m+32m+32m+32m+32m簡支T梁，施工方法采用公鐵兩用架橋機進行架設，從大里程往小里程進行架設，架設過程中以及后續施工過程中采取安全措施防止墜落物下墜影響航道行船安全，這也是該橋施工的重難點。變更設計方案采用20m+20m現澆箱梁+80m雙線有碴下承式栓焊鋼桁梁+32m簡支T梁，T梁采用公鐵兩用架橋機架設；80m雙線有碴下承式栓焊鋼桁梁首先在陸地支架上進行拼裝，然后采用兩套80kN卷揚機及動定滑輪組進行拖拉牽引至設計位置；兩跨20m現澆箱梁采用滿堂支架法施工，其中鋼桁梁跨河拖拉施工為變更設計方案中的重難點，拖拉施工過程中需聯系海事部門進行封航處理，最大限度地降低安全風險，保證船只的安全運行。

3.1.2 下部結構及樁基礎施工方法

原設計方案中9#、10#墩是水中墩，11#墩位于駁岸邊，其中9#、10#墩施工方案主要是結合上下游防撞墩和引導樁的設置分兩階段來實施，先施工10#墩棧橋、圍堰，完成10#墩樁基、承臺及墩身后拆除棧橋與圍堰，再按相同步驟施工9#墩。151#鐵路橋跨越原航道部分距老橋邊僅為10多米，同時為滿足航道彎曲半徑要求，新老橋墩布置存在一定偏差，再加上施工時要在橋梁上下游設置防撞、引導和靠船等設施，施工期間的最小通航凈寬僅為20m，使得通航條件無法滿足船舶雙向通行的安全要求，現場施工安全監管難度加大，安全風險難以得到有效控制。變更后設計方案9#、10#墩位于原駁岸位置，采用IV型拉森鋼板樁圍堰施工，施工前需設置防撞墩，船舶行駛空間較大，安全風險能大大降低。

3.2 具體施工要點把控

3.2.1 支架設計與施工

該項目在鋼桁架設計上選取在岸上完成鋼支架的拼裝，采用2臺8t卷揚機拖拉過線工藝，其鋼支架整體長度為125m，選取12m深的φ800mm鉆孔樁作為基礎，鋼管立柱的規格為φ609×12mm，橫梁由45C工字鋼制成，縱梁采用箱式結構、左右縱梁間距為11.8m。在拼裝支架施工上，選取GPS10型鉆孔樁機進行鉆孔灌注樁施工，利用25t履帶吊與人工安裝方式進行陸地鋼支架鋼管的安裝處理，選取150t履帶吊與DZ120振動錘搭配人工作業方式完成水中鋼支架的安裝，依次完成防撞墩、縱梁施工，并做好拼裝支架預壓、拆除兩個環節的施工管理。

3.2.2 鋼桁梁架設方案

在鋼桁梁架設方案設計上，該工程桁架橋共包含2片桁架，每片桁架有8個節間與9個主節點，全長為82m。在完成鋼桁梁現場拼裝的基礎上，需選取36m導梁安裝在鋼桁梁前端，采用2臺8t卷揚機利用拖拉過線工藝完成鋼桁架的滑移，并利用位于9#、10#墩頂部的4臺400t千斤頂調節水平位置并落梁，完成鋼桁架的安裝。在此過程中需加強對拖拉系統的設計，合理調節重物移運器裝置、滑輪組、導梁、拖拉與頂推裝置的設計參數，并在導梁開始懸挑時進行航道的臨時封航管理。

3.2.3 鋼桁架橋面施工

在鋼桁架橋面施工設計上，選取在縱橫梁與下弦桿上方部位進行混凝土橋面板的澆筑，將其作為道砟與鋪軌基礎，并圍繞下弦桿外側部位搭設懸挑人行走道。在橋面板的施工參數設計上，選取C50無收縮鋼筋混凝土作為原材料，經由焊釘處理實現橋面板與縱、橫梁頂板及下弦上翼板的結合；將橋面板懸臂端厚度設為15cm，主桁間厚度為28～38.7cm，縱向全橋采用相同截面。

在施工準備環節，需在澆筑混凝土前預先完成下弦、縱橫梁等部位的清潔處理，對照施工圖紙確認不同鋼桁梁縱橫梁間的孔洞尺寸，完成支架、模板的加工；在支架搭設環節，需依照中間孔洞支架、人行道懸臂板支架的順序完成支架搭設與拆除處理；在鋼筋制作安裝環節，需嚴格做好鋼筋材料的進場檢驗，將鋼筋現場綁扎成型，對照設計圖做好鋼筋的排列與標記，確保其間距、搭接長度符合設計要求，并選取搭接焊方式進行鋼筋接頭的焊接處理，待鋼筋綁扎完畢后做好質量驗收與監理復查；在混凝土施工環節，選用C50無收縮商品混凝土作為原材料，在澆筑作業前做好鋼筋與預埋件規格數量、隱蔽項目、綜合接地設施的檢查工作，在正式澆筑時確保一次性澆筑到位，將混凝土厚度最大值控制在37.9cm以內，中間不得停頓、將澆筑時長控制在6h以內，采用插入式振搗棒做好混凝土振搗環節的把控，并采用土工布覆蓋、灑水等方式做好混凝土的養護管理，使混凝土表面保持濕潤，待其強度達到設計強度的100%后方可進行拆模，保障混凝土質量達標。

3.3 主要技術經濟指標對比

變更前與變更后主要技術經濟指標對比見表1。

表1 主要技術經濟指標對比

從表1可以看出151#鐵路橋跨越原航道部分方案的變更設計，經初步估算，調整方案需增加費用約1800萬元。主要體現在鋼桁梁及現澆梁施工費用增加。

3.4 經濟效益分析

對于項目投資方來說，雖然工程成本增加了約1800萬元，但從社會經濟效益來看，隨著社會經濟發展運河船舶流量激增，水上交通事故越發頻繁，海事部門也必須采取更多的管制措施，投入的成本也會加大，原設計方案無論是施工期或施工完成后，均不能滿足船舶雙向通行的安全要求，唯有采取如間歇性斷航、階段性（單雙日）放行或全單向限行（北向南通行）三種方式的水上交通管制措施，這也直接導致管制成本加大，但不管采取哪種限行方式，都會改變船舶的運輸線路和增加運輸成本。以無錫市區常州中天鋼廠為例，據調查，一年通過151#鐵路橋走錫澄運河的礦粉和鋼材1000多萬噸，如從諫壁船閘繞行經長江至江陰，總路程多行駛200多公里，增加運輸成本估算超過1億元。若沿線企業和廣大船民的利益長期受損，易引發社會矛盾。

從施工方考慮，變更設計方案更有利于工程實施的安全性。最主要原因在于原設計方案鐵路橋跨越原航道部分的實施存在較大障礙，首先施工距離北側鐵路較近，且9#、10#墩位于運河中央，施工較為困難；其次來往船只較多，施工區域極易發生船只擁堵、碰撞事件甚至碰撞施工棧橋及圍護樁造成重大安全事故，即使進行了防護管理措施設計，包括防撞、引導及上下游停泊區及靠船樁，但仍舊無法消除影響鐵路安全運營和工程施工的安全隱患。從而導致整體施工推進較為滯后，延長工期促使項目間接費成本增加。

4 結束語

無論是從安全風險、經濟因素還是社會影響等考慮，151#鐵路橋跨越原航道部分按原設計方案施工都存在各種不利因素。最有效的解決方案就是對151#鐵路橋進行設計變更，增大通航凈寬。本文以無錫市跨錫澄運河橋梁為例闡述了該橋梁變更設計的可行性和必要性，對以后此類型橋梁變更設計具有一定的參考價值。