跨既有鐵路橋梁門式墩蓋梁施工技術

摘 要：隨著我國社會的不斷發展進步，交通網路愈發發達，鐵路線之間的交叉設計已為常態，屢見不鮮，如何高效且安全地進行交叉段的跨越式施工，是從事施工技術與研究者繞不開的課題。本文依托新建重慶鐵路樞紐東環線機場支線寸灘雙線特大橋8#、9#、10#門式墩上跨既有鐵路線蓋梁施工為工程實際背景，詳細介紹蓋梁施工方案和幾個關鍵施工技術，為同行業類似施工提供技術經驗與參考。

關鍵詞：上跨既有鐵路線;門式墩施工;橋梁;施工方案;關鍵技術

1 工程概況

新建重慶鐵路樞紐東環線寸灘雙線特大橋設計8#～10#門式橋墩上跨既有渝懷下行線寸灘特大橋，平面交角為6°。門式墩墩高15～26m，門式凈空跨度19m，渝懷下行線距門式墩兩側距離為約2.0～12m，接觸網距蓋梁底約3.0m，左側距渝利鐵路距離約15～35m，右側距渝懷下行線距離約5～30m，每個門式墩蓋梁混凝土300m³，鋼筋120t，工期70天，全是高空作業，工期緊任務重，真可謂在“天羅地網”中組織墩頂及蓋梁封鎖施工。

2 工程控制重難點

2.1 本橋門式墩跨越渝懷鐵路，蓋梁跨度大，最近處距離既有橋護欄緊2.0米，既有鐵路線停運不停電的帶電施工。

2.2 因場地狹窄且臨近既有線封鎖施工，人員密集組織協調難度大，安裝拆除吊裝安全風險極高。

2.3 封鎖工期保證，關鍵工序的把控及關鍵節點的掌控。

綜上所述的工程控制難點重點分別從承重支架體系、構件安拆帶電吊裝作業、工期保證措施及既有安全防護措施等關鍵部分別作經驗介紹。

3 蓋梁承重支架體系的確定

支架體系關系到門式墩蓋梁施工的質量，經多次論證驗算最終采用鋼管支柱、加強型貝雷架、型鋼分配梁支架體系。

3.1 鋼管柱支撐體系

鋼管立柱直接支立在承臺頂面預埋（850×850×20）mm鋼板及Φ30mm勾頭螺栓20根（每根支柱4根）。支架立柱采用D=690mm，壁厚8mm鋼管柱，底面設法蘭盤，法蘭盤與鋼管柱之間焊接三角形加強肋，加強肋采用20mm鋼板（底邊10cm*高20cm），焊縫寬度及高度為8mm。每個門式墩設計10根鋼管柱，每個承臺靠既有線內側橫向布置3根，外側布置2根，鋼管柱兩端20mm鋼板封閉。鋼管柱與基礎采用預埋的螺栓連接，鋼管柱之間采用[16槽鋼連接成環墩支撐體系。

3.2 橫梁支撐體系

在每根鋼管支柱頂面設置臨時鋼支座，臨時鋼支座采用I20b工字鋼。在臨時鋼支座頂部安裝橫梁，線路內側橫梁由4根I45a工字鋼并排焊接而成，每根長6.0m，橫梁每端懸臂0.29m，外側橫梁由2根I45a工字鋼并排焊接而成總長6.0m。在橫梁頂面吊裝貝雷架，貝雷架采用 321加強型，主跨梁寬投影面下部分9排分3組，蓋梁梁寬以外每側各一組，每組3排，貝雷架總寬5.724m，各組之間橫向采用專用桿件連接牢固成為整體。

3.3 橫梁分布體系

貝雷梁以上布設I45a工字鋼兩根為一束，共8束間距198cm作為橫向分配梁，其上通長布設Ι45a工字鋼作為縱梁，共12束，其上布置間距為60cm的橫向I10a工字鋼。每個倒角6束間距46cm作為橫向分配梁，其上布設[10槽鋼制作的型鋼花架。貝雷梁以上部布設Ι25a工字鋼，每側9束間距，Ι25a工字鋼以上10cm厚木板作為施工平臺。

3.4 支撐橫梁綜合體系驗算

根據本橋現澆主梁的結構特點，在施工過程中將涉及到的荷載及荷載標準值如下：

Q1—新澆混凝土自重，取值26kN/m³;

Q2—鋼模自重，取值0.65kN/m²;

Q3—振搗混凝土時產生的沖擊荷載，取值2.0kN/m²;

Q4—施工荷載，取值3kN/m²;

構件強度的荷載設計值計算：

永久荷載的分項系數，取1.2;

可變荷載的分項系數，取1.4。

構件撓度的荷載設計值計算：

各類荷載分項系數，均取1.0。

根據圖紙計算和查閱《橋規》，得知：

底面模板：

均布力：q=114kN/m，截面最大彎矩：W=1.03KkN·m，截面最大彎曲應力бW=171MPa;

底模凈跨外縱向木板：

〔σ〕=13MPa，E=6000MPa，ρ木板=8 kN/m³。

木板強度：

均布力：q=4.68kN/m，截面最大彎矩：W=0.30KkN·m，截面最大彎曲應力бW=0.71MPa;

木板剛度：

均布力：q=3.25kN/m，撓度f=2mm。

經計算其強度、剛度及撓度均滿足要求。

3.5 支撐架其他承重構件驗算

采用MIDAS CIVIL 2015進行結構驗算，共建立節點6803個，單元8066個，支承10個，彈性連接3159個，荷載按實際情況采用均布荷載布置。

3.5.1 凈跨外橫向分配梁驗算：最大組合應力為3.5MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.2鋼模背肋驗算：最大組合應力為93MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.3 架頂橫向分配梁驗算：最大組合應力為174MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.4 倒角花架驗算：最大組合應力為115MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.5 花架底橫向分配梁驗算：最大組合應力為79MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.6 跨中部分頂縱向分配梁驗算：最大組合應力為151MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.7 跨中部分橫向分配梁驗算：最大組合應力為116MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.8 貝雷梁驗算：最大組合應力為158MPa，小于規范限值275MPa，強度滿足規范要求。

整體豎向變形介于-24.1～10.0mm，最大撓度f=-24.1<[f]=18000/400=45mm，剛度滿足要求。

3.5.9 柱頂橫向分配梁驗算：最大組合應力為149MPa，小于規范限值215MPa，強度滿足規范要求。

3.5.10 鋼管柱驗算：最大組合應力為117MPa，小于規范限值205MPa，強度滿足規范要求。

3.5.11 鋼管柱平聯斜撐驗算：最大組合應力為104MPa，小于規范限值205MPa，強度滿足規范要求。

通過以上驗算，采用擬定的支撐架結構施工門式墩蓋梁，其承重構件的強度和剛度均可滿足規范要求。

4 構件的帶電安拆吊裝作業

4.1 吊裝作業的重要性

門式墩施工的成敗關鍵在于如何保證所有構件安拆吊裝作業的安全順利進行，根據工期分析有6～8臺25T～300T的各類吊機進行吊裝作業，可想而知現場狹小地帶“人來人往、機械成堆”的場景，每天吊裝次數上千次。為此成立專門的吊裝管理組、安全監管組和作業班組。

4.2 周圍環境分析

面對“天羅地網”的不停電施工，在施工前對周圍作業環境進行詳細的分析、測量好與既有設施的位置關系，確定了最為危險的地段為8#墩盲區和10#的跨墩跨線吊裝作業。

4.3 關鍵吊裝作業構件分析

構件的吊裝作業危險點控制為小構件、整體吊裝蓋梁鋼筋、支架棚架的拆除。

4.4 吊裝現場作業

吊裝作業采取的整體方案是“精確位置、地基加固、人員管控、設備管養、構件吊點、地毯搜查、立體管控、統一指揮”

4.4.1 吊機防護

門式墩左側唯一的通道全部拉通硬化，通道與吊機動吊裝場地相結合使用，通過現場技術人、吊機作業司機、安全管理人員共同在右側7～8#和8～9#墩之間硬化15*6m吊機場地、10墩右側鑿山成10*5m的吊機場地，同時四周預埋設有地錨。

4.4.2 指揮流程

作業前機械組負責對吊本身的性能進行全面檢查，防護組對吊機的周圍環境及加固檢查，安全組對鋼絲繩、吊帶、吊鉤、卡扣、吊環等進行全面檢查，技術組負責對點位置的檢查，檢查完成向現場總指揮報告，確保萬元一失的情況之下，再確定高、遠、近安全人員到位后，再向各機組吊裝指揮負責人發出作業命令。

4.4.3 構件吊裝

吊裝構件的把種類煩多的分成大構件，單構件、小構件、工器具類。大構件通過計算吊點和調整鋼絲繩長度平衡均勻受力，單構件采用同類打捆分類吊裝，小構件和工器具類采用吊籃裝。

5 施工步驟的關鍵點

5.1 支架施工

支架采用鋼管支柱配合貝雷架支架體系。既有線軌頂到蓋梁底最小距離為15.78m，貝雷架底面距軌頂的最小凈高為14m，8#～9#墩門洞凈寬18.0m。鋼管立柱直接支立在一級承臺上，在承臺基礎頂面預埋（800×800×20）mm鋼板及Φ30mm勾頭螺栓20根。支架立柱采用D=630mm，壁厚8mm鋼管柱，底面設法蘭盤，法蘭盤與鋼管柱之間焊接三角形加強肋，加強肋采用20mm鋼板，焊縫寬度及高度為8mm。每個門式墩設計10根鋼管柱，每個承臺靠既有線內側橫向布置3根，外側布置2根，鋼管柱與基礎采用預埋的螺栓連接，鋼管柱與承臺之間采用2cm鋼板作為墊板，墊板底用高標號砂漿找平，現場采用水準儀進行找平控制。

支架主體結構為：主跨部分鋼管柱共6根，每側3根，頂部以中心間距為2.4m（凈距1.8m）;墩柱外兩側各兩根，中心間距4.8m（凈距4.2m）。為了方便支架拆除，在每根鋼管柱頂面設置臨時鋼支座，在臨時鋼支座頂部安裝橫梁，內側橫梁由4根Ι40b工字鋼并排焊接而成，總長6.0m，寬0.576cm，橫梁每端懸臂0.29m，外側橫梁由2根Ι40b工字鋼并排焊接而成，總長6.0m，寬0.288cm。在橫梁頂面吊裝貝雷架，貝雷架采用321加強型，主跨部分18排分6組，兩側各1組，每組3排，中間4組，每組3排，貝雷架總寬5.226m，各組之間橫向采用專用桿件連接為整體。在貝雷架上橫向以20cm間距鋪（10×10）cm方木和滿鋪I10工字鋼，作為施工平臺，最后鋪設蓋梁底模。

貝雷架支護體系總長28m，總寬5.226m，由18排貝類片組成，吊裝時，分跨中、兩側三部分進行吊裝，為降低安全風險，減小吊裝次數，每部分又采用分組吊裝，每組3排。先吊裝跨中21.8m部分，再吊裝兩側靠墩柱各6.23m部分。跨中吊裝要在既有線封鎖時間施工;兩側吊裝安排在一般時段施工。跨中部分吊裝，最大單組貝雷片吊裝重量為9.2t，采用120t汽車吊單側起吊。受接觸網線空間限制，8#門式墩處承導線降低2.5m（保證接觸線距軌面4.5m以上），9#門式墩處承導線降低1.32m，10#門式墩處承導線降低0.36m，保證承導線距離貝雷架下方靜電板0.5m及以上，滿足模板支架安裝及蓋梁施工條件。

5.2 支架預壓

本工程根據支護體系特點，為減低施工中安全風險、縮短施工時間，消除彈性變形，對支護體系進行驗證。選取9#墩門式墩預壓結果作為寸灘門式墩施工參考。依據支架正上方梁段砼、鋼筋、模板、支架、施工荷載等重量在支架頂用均勻布置堆放荷載1.3倍的混凝土預制塊，再進行下步施工。

5.3 防護棚架搭設

為避免跨線橋施工時小件物品直接沖擊鐵路線路、設備以及運營列車等，采取在橋梁跨鐵路地段搭設防護棚架，以確保鐵路的運輸及人身安全。

在8#-10#號墩貝雷架兩側各延伸10m的既有線兩側搭設設置防護棚架，長度共60m左右，頂寬12.0m。下部結構采用盤扣式腳手架體系。防護棚架凈寬11.5m，防護棚架封頂距離承力索的距離約為1.6m。防護棚架最高位于8#墩左側越19.6m左右，防護棚架底部離降網后的承力索約1.5m。立柱基礎采用85cm×85cm的獨立C30混凝土基礎，基礎基坑入巖50cm，如果地質條件較差不能入巖采用180cm×180cm的擴大基礎。

立柱間距6m，立柱由3根壁厚8mm的Φ108鋼管，中間由壁厚4mm的Φ42鋼管連接組成立柱，連接間距1m，立柱上焊接520×620×16mm鋼板用于與縱梁連接，縱梁采用I25的工字鋼焊在立柱預埋的鋼板上。橫梁采用I16的工字鋼，橫梁與縱梁焊接牢固，橫梁間距2m。橫梁上滿鋪1mm厚的壓型鋼板，壓型鋼板厚度5.1cm，寬度72cm。

5.4 模板施工

模板采用定型鋼模配置為3套底模，2套側模，按照9#→8#→10#的順序組織施工。模板在進行時先在廠家進行組裝預拼，如果有問題在廠內就解決消除，避免到現場后有問題影響工期。其他都按正常規范施工進行作業。

5.5 鋼筋施工

通過對影響各道工序的工期進行分析，影響最大的就是蓋梁鋼筋工程。如果在支架上面進行蓋梁施工，工期不可控而且安全風險非常大，最終選擇在現場安裝后整體吊裝到蓋梁頂的方案。但是這個方案需要解決三方面的問題：

第一解決間距10cm蓋梁鋼筋與墩身鋼筋的對接。在地面組裝中跨普通鋼筋和預應力管理，把蓋梁與墩身連接處的底鋼筋，只安裝頂部鋼筋和彎起鋼筋，預留出3m的底板、側、面及箍筋在墩上用套筒進行安裝。在墩頂底模上畫好鋼筋籠的邊線，兩側各1人用垂球確認中線，兩側通過墩位上各3人調整頂部鋼筋穿叉至墩身鋼筋內，全部確定后緩緩下落就位。

第二解決整體鋼筋吊點的問題，在蓋梁橫向中心兩側3.5m、7.0m和縱向中心兩側1.0m處設置8個吊點，再通I20工字鋼縱橫井字架作為吊裝的骨架，吊點去采用橡膠包裹避免鋼絲繩和吊點的鋼型摩擦。鋼絲繩采直徑20mm兩端對接中間通過10t手動吊葫蘆進行調節每根鋼絲繩長度，確保每個吊點受力均勻，來解決30t的鋼筋籠整體吊裝。

第三解決25m長的蓋梁在如何在夾解地帶在空中轉體90°，而不影響既有鐵路設施;在鋼筋籠兩側設置50m纜風繩4個拉繩人，采用300t汽車吊。在確保各項工序就位后，以2m/min的速度垂直提升到40m高度，過程通過吊機裝置和頂底紅外測量控制，確保既有線接觸網安全距離以外，再通過纜風繩轉動半空中的鋼筋籠，同時吊機也轉動到門式墩防護棚架的位置處，再轉動吊機至墩頂后，緩緩下落。

5.6 門式墩支架拆除

支架的拆除順序和搭設順序相反，先搭的后拆，后搭的先拆。在蓋梁上設置兩根I45雙拼工字鋼扁擔梁，兩根扁擔梁端同步依次設置I45馬鐙、70t千斤頂、Φ32精軋鋼（雙螺帽+鋼墊板），以蓋梁為支撐，上下兩個螺帽同時往里往外旋轉，利用千斤頂作用，把貝雷梁整體托起，此時進行臨時鋼支撐的切除，然后千斤頂回油，使貝雷梁整體下落，再將蓋梁底模逐塊移出，接著分部拆除護欄、從兩端向中間逐步拆除橫向方木。

貝雷架應先拆分組除靠墩柱兩端的貝雷片，通過25t吊車配合人工拆除，再拆除主跨部分貝雷架支架，采用120t汽車吊配合人工拆除。蓋梁底部貝雷架，采取在兩側橫梁兩端安裝4個5t臨時手動葫蘆，通過橫向對稱拉分組把貝雷片移出蓋梁底面，再吊裝拆除。

6 既有線施工安全預控措施

跨既有線施工，最重要的是確保安全，本工程主要采取以下安全防護措施：

6.1 施工前，要事先通知電務段、鐵通及路外相關產權單位到場配合，共同核實地下管線、光、電纜等設施位置、徑路并做好記錄。

6.2 所有機具必須要張貼或懸掛安全操作規程，操作人員必須經過崗前嚴格培訓，合格并持有操作證書后才能上崗作業，專人操作、專人負責。

6.3 在既有鐵路保護區范圍內施工前，要與既有鐵路各有關設備管理單位和行車組織單位（車務段、工務段、電務段、鐵通等）分別簽訂營業線施工安全協議，明確安全責任、權利和義務，確立聯系方式，共同確保施工期間行車安全。

6.4 機具設備進場施工時盡可能的繞開電力及通信架空線路，當樁機具在線路周圍施工時，必須保證和架空線路的安全距離，電力線10kV及以下電力線路安全距離應大于3m，35kV及以上電力線路大于7m，垂直距離應大于2m。

6.5 安全員、防護員須帶防護包、穿防護服、戴上崗證，并配齊五大防護用品：對講機、信號旗、響墩、火炬、口哨，現場管理人員均要配備對講機。

6.6 機具就位后，對樁機具及配套設施要進行全面的檢查，安設平穩、牢固后，樁架加設纜風繩。樁機具在施工過程中要經常對受力桿件、行走機構、導向槽、立柱導軌、螺栓、法蘭、銷軸、鋼絲繩及起重設備等進行檢查。

7 結語

安全與質量是工程建設永恒的主題，特別是諸如此類跨既有線施工項目。本文中闡述的門式墩蓋梁施工方案及其關鍵施工技術，在實際運用中安全且高效，工期縮短近1/3。對于交叉結構密集段、存在多處交叉現象的工程施工，有著較好的借鑒意義。

參考文獻：

[1]鐘光珞，張為民.建筑力學[M].北京：中國建材工業出版社，2002.

[2]徐文源，張旭容，袁飛云.門式支架施工方案在高架橋跨線整體現澆施工中的應用[J].公路，2002（2）：17-19.

作者簡介：楊長華;性別：男;學? 歷：畢業學校：西南交通大學，畢業時間：2018.7.20，所學專業：土木工程;職稱：工程師;現任職務：項目副經理;所在項目部：重慶鐵路樞紐東環線項目經理部。