大跨鋼箱梁上跨既有線輔助措施關鍵技術研究

譚 生 永

(中國鐵路濟南局集團有限公司，山東 濟南 250001)

0 引言

近年來隨著我國交通設施的大力發展，公鐵交叉的項目屢屢出現，鐵路交通在我國的發展戰略上具有重大意義。轉體T構憑借著施工工期短、結構受力明確、對橋下鐵路運營影響小等優勢成為了跨鐵項目的首選方案。對于大跨徑T構，轉體時會面臨轉體端下撓大，合龍困難等問題。下撓會影響鐵路凈空，而頂升合龍會存在一定的施工風險，都會危害鐵路的運營安全。本文以青島市新機場連接線工程為例，研究了設置臨時索塔對規避上述安全風險的作用，為類似項目提供依據。

1 工程概況

新機場高速連接線西接女姑口大橋，東至青銀高速，自雙埠收費站西側，以高架形式接擬拓寬的女姑口大橋，向東地面穿越雙埠立交后，繼續向東高架跨越既有鐵路線及沿線道路后接入青銀高速。從西向東依次跨越膠濟貨線、膠濟客專雙線、青榮城際雙線、機場專用線六條既有鐵路，既有鐵路均位于路基段，填土高約6 m。膠濟客專和膠濟貨運均屬于國鐵Ⅰ級，青榮城際為高速鐵路，車行量較多；機場專用線屬于國鐵Ⅳ級，車行量則較少。由于機場專線與青榮城際間間距較大，可將轉體墩布置在兩道軌道之間；一孔跨越膠濟客專、膠濟貨運和青榮城際。綜合考慮結構跨度、梁寬及經濟性，最終上跨橋采用分幅設計、錯孔布置、同步轉體的鋼箱梁T構。由于距離機場較近，為通航安全考慮，該處結構高度應控制在32.89 m以內。

主橋結構為(120+120)m轉體鋼箱梁T構，轉體長度(115+115)m，轉體就位后，與5 m后焊段焊接，梁體材料為耐候鋼。橋面結構為單箱三室鋼箱梁，邊腹板為斜腹板，斜率為2.63∶1。梁寬24.58 m，支點處梁高7 m，邊支點處梁高4.5 m，梁高變化段長度40 m，按二次拋物線變化。實腹式橫隔板間距12.5 m，兩道橫隔板之間等間距布置3道橫肋。

橋位平面圖，立面圖如圖1，圖2所示。

2 臨時索塔的設計

由于結構轉體跨徑較大，鋼箱梁截面剛度小，轉體時梁體下撓較大，為合龍增加了難度。因此在主墩頂增加臨時索塔，索塔和梁體、梁體和主墩之間均采用固結，施工時利用拉索將梁拉起后帶塔轉體，合龍后拆除臨時索塔。轉體就位后不再需要頂升操作，消除了施工風險。

由于拉索將上部荷載傳遞至索塔繼而傳遞給主墩，因此索塔的設計將大大減少轉體時的墩頂負彎矩，改善結構受力，減小了主梁高度，提高了鐵路凈空。

由于臨時索塔距離鐵路較近，而且高度較高，對鐵路運營存在一定的安全隱患，因此臨時索塔在設計時除了保證結構安全以外也要充分考慮其安裝的方便及快捷性。

2.1 臨時索塔的構造

在主墩墩頂位置布置臨時索塔，索塔由兩排塔柱構成，每排4根，塔柱為直徑1 m壁厚16 mm的鋼管，鋼管作用在腹板和橫隔板交點處，為方便臨時索塔的安裝，塔柱由兩根鋼管通過法蘭盤連接而成。塔柱之間采用型鋼聯結，塔高19.8 m。塔頂處置一道橫梁，在橫梁上對應塔柱位置設置索鞍。拉索采用19束7φ5鋼絞線，一端錨固于梁體，另一端錨固于索鞍，共計40根拉索。臨時索塔及拉索布置如圖3～圖5所示。

2.2 設置臨時索塔對下撓和內力的影響

為研究臨時索塔對主梁內力及撓度的影響，本文分別采用設置臨時墩和不設置臨時墩兩種情況進行對比分析。

2.3 對比分析結果

1)不設置臨時索塔的計算結果(見圖6～圖8)。

由上圖可知：如果不設置臨時索塔，在轉體時梁端最大下撓值為2.26 m。轉體時梁體均為上側受拉，下側受壓，墩頂主梁截面內力最大為-1 107 482.6 kN·m。轉體時梁體最大應力為337.1 MPa。

2)設置臨時索塔的計算結果(見圖9～圖11)。

由上圖可知：當設置臨時索塔時，在轉體時梁端最大下撓值為0.02 m。轉體時梁體內力類似成橋狀態，墩頂范圍為負彎矩區，跨中部分為正彎矩區，墩頂主梁截面內力最大為207 558 kN·m，跨中最大正彎矩為51 976.1 kN·m。轉體時梁體最大應力為51.1 MPa。

3)結果分析。

計算結果匯總如表1所示。

表1 計算結果匯總表

由表1可知：設置臨時索塔減少轉體時的梁體下撓、主梁內力和主梁應力均具有明顯作用。設置臨時索塔時最大下撓值約為0.023 cm，下撓較小可通過設置預拱度可以達到設計要求。不設置臨時索塔時有2.26 m下撓值，為了與后焊段合龍，要進行頂升梁體。梁體的頂升不僅存在安全風險，還需鐵路部門配合提供窗口期，影響鐵路的運營安全。

設置臨時墩可大幅度減少墩頂內力和應力，內力和應力均不足不設置臨時墩時的0.2倍。通過內力圖可以看出設置臨時索塔時梁體的內力更接近一次成橋狀態，即該狀態更合理。不設置臨時索塔時僅轉體階段最大應力就已超出規范要求應力值，需增加梁高，按以往經驗來看梁高需增加至8.5 m。設置臨時索塔不僅使梁體更纖細更美觀，結構更經濟。同時也使鐵路凈空大于5 m，為后期接觸網桿的更新提供了操作空間。

3 臨時索塔的施工

索塔頂部距地面高度在左幅43.8 m、右幅46.8 m，其中左幅西側距青榮上行線的接觸網回流線的水平距離為18.29 m，塔底高岀接觸網10.25 m，因此索塔在安裝時如傾覆均會侵入鐵路限界。受龍門吊高度限制，索塔無法通過龍門吊一次吊裝就位。同時鋼箱梁兩側無吊機站位，索塔安裝時吊車只能立在鋼箱梁橋面進行吊裝焊接。同時臨時索塔安裝還受航空限高影響，因此合理的施工組織是保證鐵路安全的有效保障。臨時索塔與鐵路關系圖見圖12。

3.1 臨時索塔及拉索安裝流程

1)索塔構件加工。

2)通過龍門吊將吊車和索塔構件吊至橋面。

3)在橋面上分層拼裝臨時索塔。

4)通過吊車將索塔下層格構柱吊裝定位，臨時索塔拼裝要確保豎直，豎直度控制在1/1 000以內。

5)吊裝并安裝索塔上層格構柱構件。

6)搭設索塔拉索張拉平臺。

7)分別在塔端和梁端掛索。

8)張拉拉索及調索。

9)轉體完成、鋼箱梁合龍后拆除拉索和臨時索塔。

3.2 臨時索塔及拉索安裝注意事項

鋼箱梁的臨時索塔施工為高空作業，位于鐵路營業線間，潛在安全隱患比較多，極易發生安全事故，針對高空施工過程中的安全隱患的特點，應要求施工單位做到以下要求：

1)為保證鐵路運營安全，左幅臨時索塔安裝時注意吊車站位靠近機場專用線側，吊車按垂直鐵路方向擺放，遠離青榮城際，逐節吊裝在地面預拼裝好的格構標準節。右幅臨時索塔安裝時注意吊車遠離膠濟貨線。

2)由于橋面索塔較高，為最大降低安全隱患，盡量用安全性和工作效率更高的升降小車協助完成索塔的吊裝工作，并做好吊裝作業的防護工作。

3)上下層格構柱之間的焊接，施工人員作業攜帶的焊接設備，都存在高空墜物風險，另外立柱上方工字鋼焊接也存在高空墜物風險，施工單位務必采取有效措施防止高空墜物。

4)索塔安裝需進行高空焊接作業，出于涉鐵施工安全性角度，必須進行焊渣防護工作，嚴禁出現焊渣侵入鐵路界限的情況發生。

5)索塔拉索的張拉和卸載均應按對稱的原則進行施工，每對斜拉索張拉時的不平衡荷載控制在20 t以內，一組索鞍(共5個)張拉后的縱向不對稱荷載控制在30 t以內。避免不對稱張拉或卸載引起索塔傾覆。

6)拉索卸載時應做好防護措施，防止拉索墜出橋面危害鐵路安全。

7)由于靠鐵路較近，施工單位應做好近營業線施工安全措施，并有應急預案措施。

8)施工單位應提供臨時索塔專項施工組織方案，獲得鐵路相關部門同意后方可實施。

4 結語

上跨既有鐵路項目是日益增加的交通需求下的必然產物，如何減小對鐵路運營安全的影響是重要的研究方向，對于受限條件較多的復雜項目，更應該自設計至施工提供科學、有效的措施予以解決。

臨時索塔對解決合龍困難及對梁高的優化具有明顯作用，能有效減小梁端下撓、減小梁高。對建筑高度受限、梁端下撓較大的大跨徑轉體T構，設置臨時索塔是一種較好做法。該類項目距鐵路較近，臨時索塔應在保障安全的基礎上做到安裝方便快捷、施工對鐵路影響小。青島市新機場高速連接線(雙埠—夏莊段)工程主線上跨既有鐵路線鋼箱梁轉體橋的順利合龍也為該類項目提供了依據和參考。