鐵路跨度132 m簡支鋼桁梁跨越既有鐵路轉體施工關鍵技術及應用

姚 杰

(中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司，烏魯木齊 830001)

引言

近年來，隨著我國鐵路建設的快速推進，新建鐵路跨越既有運營線路的情況越來越多，新建鐵路橋梁的施工會對既有鐵路運營產生干擾，存在較大的安全風險。為了解決既有線運營和新建橋梁施工之間的矛盾沖突，大量的跨線橋采用了轉體法施工。對于預應力混凝土連續梁橋，采用在線路兩側平行搭設施工平臺，現澆施工梁體混凝土，采用墩頂[1]或墩底轉體[2]，轉體就位后現澆跨中合龍段，并進行預應力張拉，實現梁體整體跨越。目前國內對預應力混凝土連續梁橋的轉體施工積累了較豐富的經驗，但對于單孔大跨度簡支鋼桁梁橋的轉體施工技術和應用，國內工程實例較少。現結合集包鐵路增建第二雙線古城灣特大橋1孔132 m簡支鋼桁梁橋的無平衡重墩頂平轉施工方法，闡述該橋的關鍵技術，為其他類似橋梁的轉體施工提供借鑒。

1 工程概況

集包鐵路增建第二雙線古城灣特大橋位于包頭市東河區，設計時速200 km，于DK796+030處與既有鐵路京包線相交，斜交角度13°。橋梁位于R=4 000 m的平面曲線上，主橋采用平分中矢布置[3]。既有京包線集寧至包頭段，屬于電氣化復線鐵路，是內蒙古地區煤炭運輸的重要通道，交通繁忙，列車密度大，施工區間每天開行客、貨列車120對，列車過車頻率平均為6 min/列。施工過程中應盡量減小對既有營業線正常運營的影響。

新建橋梁與既有線夾角僅13°，若采用混凝土連續梁方案，線路高程需抬升較高，且轉體噸位大，施工風險高。通過對工程造價及施工風險等方案的綜合比較，設計推薦采用1孔132 m簡支鋼桁梁跨越[3-4]。

橋梁主桁采用無豎桿平行弦三角桁架下承式道砟橋面鋼桁梁，桁高16 m，節間長度12 m，主桁中心距13 m，鋼結構質量2 460 t；橋面采用鋼混疊合結構，橋面板采用RPC預制板，通過濕接縫、剪力釘固定[5]。

鋼桁梁24號、25號主墩采用矩形橋墩，橫向14 m，縱向4 m。承臺縱向11 m，橫向14.6 m，厚3 m。基礎采用12根φ1.5 m的鉆孔樁，樁長均為83 m。承臺邊緣與既有京包線鋼軌最近距離僅3.2 m。

2 施工方案比選

上跨鐵路營運線橋梁設計及施工方案的確定應根據造價、工期、安全、環境等多方面因素綜合確定，尤其充分考慮對鐵路運營的影響[6]。具體施工方案應根據現場施工條件結合橋式方案、工程造價等因素綜合確定。常見跨線橋施工方案如表1所示。

表1 常見上跨鐵路營運線施工方案

結合本橋橋跨布置及橋式特點，可采用的施工工法有原位支架拼裝、拖拉或頂推架設以及無平衡重平面轉體3種方法，具體比較如下。

方案1：原位支架法拼裝方案

原位支架法拼裝方案需在京包線上下行間及線路兩側安裝支架，在支架上拼裝鋼桁梁，影響范圍長度約100 m。該方案不僅對京包鐵路行車干擾大，而且施工安全風險及隱患也很大。

方案2：拖拉法或頂推法架設方案[7]

現場場地受限，無法在既有線間設置臨時支墩。且需設置前后導梁。拖拉或頂推距離為導梁和主梁的總長度，頂推時間超過20 h，施工過程對既有線運營影響大、時間長。

方案3：無平衡重平面轉體就位方案

在鐵路營業線一側先架設臨時支墩，拼裝鋼桁梁，后在營業鐵路上先期搭設轉體走行滑道梁，再由多組液壓設備頂推平轉就位[8]。

基于工程特點，經過參建各方與橋梁專家多次對施工方案進行論證、研討和評審，最終確定采用“旋轉橋軸線沿鐵路線支架法高位拼裝鋼桁梁，無平衡重平面轉體就位”的施工方案。該法相對于其他方案對鐵路的影響最小，施工風險較低。

3 轉體施工關鍵技術研究

古城灣特大橋采用1孔132 m簡支鋼桁梁跨越既有京包鐵路，為當時國內鐵路簡支鋼桁梁跨度之最，同時也是無平衡重平轉施工的最大規模鋼結構橋梁，施工技術難度大，施工控制精度高。

在整個平面轉體的過程中，轉體系統的成功設計與安裝至關重要。轉體系統主要包括臨時定位轉軸、滑道梁、撐腳、頂推走行機構等，其中頂推走行機構由滑船、滑槽、頂推液壓油缸、頂推反力裝置等組成[9-11]。見圖1。

圖1 鋼桁梁轉體平面布置

3.1 定位轉軸

定位轉軸由芯管和套管組成，布置于24號墩頂。芯管采用φ74 cm的鋼管填芯混凝土圓柱。套管外徑φ80 cm，壁厚2 cm。二者間隙2 cm，填塞黃油。

3.2 滑道梁

跨既有鐵路轉體走行滑道梁采用簡支鋼箱梁，因受施工條件和空間的影響，滑道梁設計為單箱雙室一跨整體式結構，計算跨徑18.35 m，鋼梁全長19.4 m，梁高2 m，采用整體吊裝施工。滑道梁一端支在25號墩上，一端支在鋼桁梁預拼臨時墩蓋梁上，并在既有鐵路兩側布置兩個臨時墩支撐鋼滑道梁。見圖2。

圖2 滑道梁布置

3.3 滑船

滑船安裝于鋼梁支座位置，由鋼墊塊和MGE滑板組成。鋼墊塊采用7榀I32b型鋼拖梁和鋼板焊接而成。滑板采用MGE高分子材料，允許承壓強度15 MPa，摩擦系數0.06。

3.4 滑槽及滑道

滑船在滑道內走行，滑道按走行軌跡制作成弧形結構，兩側設置側擋限位，焊接于滑道梁上。滑槽采用不銹鋼復合板作為滑道面，滑道寬1 260 mm；每隔300 mm設置1道加勁板，每隔900 mm設置1道反力牛腿。

3.5 頂推液壓油缸

轉體采用水平頂推機構頂推走行，根據計算完成轉體頂推的千斤頂頂推力為1 196 kN，為保證頂推工作的順利進行，故選用2 000 kN單作用液壓油缸施加頂推力。

3.6 頂推反力裝置

頂推反力裝置由1道2I40型鋼分配梁和反力牛腿組成。反力牛腿每90 cm設置1對，焊接固定在滑道兩側。反力裝置焊接在滑槽基座鋼板上。滑道布置見圖3。

圖3 滑道布置

4 轉體施工步驟

鋼梁拼裝完畢，轉盤、千斤頂、落梁設施等經安裝和調試滿足施工要求后，在相關部門批準的時間內實施本橋鋼梁轉體架設施工。

(1)轉體施工步驟1：鋼梁靠近滑道梁

根據計算所需的頂推力，安裝千斤頂。利用千斤頂使鋼梁慢慢靠近下滑道。

(2)轉體施工步驟2：鋼梁頂推上滑道梁

在千斤頂作用下鋼梁在滑道上緩慢行走，滑道糾偏小組根據測量監控小組對鋼梁偏移情況的不間斷實時通報，通過千斤頂來調整拖船及鋼梁行走方向，緩慢將鋼梁頂推上滑道梁。

(3)轉體施工步驟3：鋼梁轉體就位

鋼梁走上25號主墩下滑道后，千斤頂應間斷性地“點動”頂推，以使鋼梁準確到位。鋼梁就位后，在梁體兩側采用鋼楔子楔緊鋼桁，防止鋼梁移位。

(4)轉體施工步驟4：落梁施工

落梁采用鋼支墩配合大噸位千斤頂(采用4臺10 000 kN預應力施工用千斤頂)進行。每個墩頂上設置4個支墩，兩個支座上各設置1個，橫梁底面靠近支座頂梁處各設置1個。支座上鋼支墩稱為主支墩，橫梁下的鋼支墩稱為副支墩，千斤頂放置在副支墩上。

落梁時兩端交替進行，即一端落下一段，然后落另一端，不能兩端同時落梁。為保證落梁安全，每次落梁不超過20 cm。

5 安全防護措施及現場施工組織

考慮到鋼桁梁緊鄰既有線拼裝，拼裝高度高，在鋼桁梁靠近鐵路側設置φ480 mm×10 mm鋼管立柱并掛設密目安全網封閉防護，吊裝設備均位于外側。為防止滑道梁上設備及施工人員掉落，滑道梁側面設置鋼管立柱并掛設密目安全網防護。見圖4。

圖4 鋼桁梁高位拼裝

為加強施工生產安全管理，施工前成立專門的安全組織機構，責任到人。制定詳細的施工組織設計和

安全組織方案，并提前給鐵路相關部門上報各工序的施工計劃及安全保障措施，經批準后才能施工[12]。

古城灣特大橋鋼桁梁于2010年9月16日開始進行拼裝，于2010年12月7日成功完成轉體施工。轉體總工期不到3個月。施工中，僅封鎖既有鐵路6次，分別為：①吊裝跨線的轉體走行軌道梁1次，封鎖時間為60 min；②安裝軌道梁上滑道2次，每次封鎖時間為45 min；③轉體封鎖2次，每次封鎖時間為120 min，比計劃時間節省120 min；④拆除滑道梁1次，封鎖時間為90 min；合計鐵路停運時間為6.0 h。轉體走行長度約36 m，轉體過程中轉軸、滑道梁、頂推走行機構、鋼桁梁等各構件受力指標正常。

6 結語

作為全線控制性工程之一的古城灣大橋主橋順利貫通，為全線提前竣工創造了有利條件。該橋采用的無平衡重平面轉體法，無需稱重配重，施工技術要求明晰，施工步驟便捷。其轉體成功證明大跨度簡支鋼桁梁小角度跨越既有鐵路營業線采用無平衡重平面轉體法，能夠加快施工工期，有效縮減封鎖線路的次數與封鎖時長，最大限度地降低施工對營業線運營的影響，有利于行車組織，可充分發揮運營效益，直接、間接經濟效益與社會效益明顯。