既有鐵路車站鋼桁架天橋架設工程施工技術

鄢志芳 王立忠

（中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300350 石家莊鐵路職業技術學院 河北石家莊 050041）

不少既有鐵路車站的升級改造工程中需要增加跨線人行天橋，本文介紹的包西鐵路通道東勝西站人行天橋架設工程就是這樣一個實例。

1 工程概況

包西鐵路通道東勝西站設基本站臺和二號站臺兩座站臺，站臺寬度分別為10.0m 和10.5m，站線布置順序從基本站臺向二號站臺為6 號線、4 號線、Ⅱ號線、Ⅰ號線、3 號線、5 號線，線間距分別為5m、5.3m、5m、5.3m、5m，二號站臺外側有7 號線。

天橋垂直線路布置在基本站臺和二號站臺之間。天橋基礎采用六樁承臺基礎。支撐系統采用兩根鋼管混凝土柱，基本站臺1/P-B 軸支撐為?800×20 鋼管混凝土柱，二站臺P-B 軸支撐為?800×30 鋼管混凝土柱，O/P-A 軸支撐為?800×20 鋼管混凝土柱。天橋起點及終點支點設活動支座，中間支點設固定支座。天橋梁為Q345B 鋼桁梁，起吊重量為1600 kN，設計跨度42.23（4.135×9+5.015）+4.4m，全長47.63m，桁架間距12.0m，桁架高度4.3m。橋面底板采用壓型組合樓板，屋面采用壓型保溫復合板。天橋底板距離基本站臺面高度為7.2m，橋面高7.8m。

天橋采用地面拼裝、大型吊車起吊的安裝方法施工。拼裝場地設在二號站臺順線路方向上，大型吊車布置在二號站臺上。

2 吊車的選擇

架設天橋時起吊重量為1600 kN，起吊高度為8m。根據起吊天橋對吊車起重能力的要求和我單位現有的吊車情況，最后確定使用三一重工生產的SCC6300 履帶起重機進行吊裝作業。

SCC6300 履帶起重機最大額定起重6300kN，最大起重力矩5950×7kN.m，吊車主臂長度36～108m，后配重1800kN，中央壓重800kN，超起配重0～3000kN。經圖紙模擬計算，起吊人行天橋需要的吊車起吊半徑為34m，起吊高度為8m 時所需吊臂長度為72m，此時額定吊裝重量為1930kN，實際吊裝重量為1600kN 時，負荷率為82.9%，滿足負荷率≯90%的要求。

3 吊裝場地布置及吊車位置

吊裝場地布置在二站臺上。為了滿足吊裝施工的需要，二站臺兩側的股道需回填，兩側的信號柜需做剛性保護，東側的土坡以及進場道路需要進行改造。

履帶起重機就位于二站臺偏5 股道一側，吊車主機占位面積約12m×15m。起重機自重、配重以及被吊構件重量合計約10134kN，因此需要對吊車主機占位區域進行換填，換填用3∶7 灰土，深度60cm。寬度超出二號站臺的吊車占位以及7 號線和其外側的場地用道渣裝袋回填并碾壓密實。吊車占位的回填、換填區域必須進行地基承載實驗，要求地基承載力≥300kPa。吊車起吊時要在其占位上鋪設箱板，以確保吊車的穩定。見圖1。

圖1 吊車占位圖

履帶吊車重+超起配重=8500kN，加上起吊重量后荷載總重=1600+8500=10100kN。吊車履帶箱型墊板尺寸2.3m×6m、4 塊，總承壓面積=2.3×6×4=55.2m2，吊裝偏心系數為1.2，地基承受的壓應力=10100×1.2/55.2=220.3kPa＜地基允許承載力300kPa。起吊時地基能夠滿足承壓要求。

4 天橋梁吊裝計算

4.1 吊點位置的確定

天橋梁必須先準確計算出其重心位置，4 個吊點應該對稱地布置在重心四周，吊點應該在桁架的節點上。起吊過程中應使結構自重給天橋梁各桿件造成的彎矩盡量小，變形盡量小。

本天橋桁架的結構尺寸為長47.63m、寬10.4m、高4.3m，剛度分布基本均勻。

以平面模型研究彎矩分配的規律。

圖2 天橋梁吊裝模型示意圖

構件跨中正彎矩：M0=NA(L/2-a)-qL2/8=qL2/8-qLa/2（下緣受拉）

吊點處構件負彎矩：MA=qa2/2（上緣受拉）

式中：q 為天橋桁架梁簡化后的勻布荷載，L 為桁架梁長，NA 為A 點的起吊重量，a 為吊點到梁端的距離。

如果吊點位置合理，應該使正、負彎矩的絕對值相等，可解得a=0.207L，即吊點設在距構件兩端0.207L 時最合理。

天橋梁長L=47m 時0.207L=9.729m。按照吊點應該選在桁架節點上的原則，吊點應該選在A2 和A9 兩個節點上，兩個節點距梁端的距離分別為8.27m 和9.835m。兩個吊點的距離2×14.773m，吊鉤距天橋梁頂的距離15.596m，鋼絲繩的傾角47 度。天橋吊點位置及吊耳布置見圖3、圖4。

圖3 天橋梁吊點位置圖

圖4 天橋吊點位置及吊耳布置圖

由于吊點距梁兩端的距離不同，A9 點外側的梁重比A2 點外側的梁重多50kN。施工中將A9 點以外的壓型鋼底板先不安裝，可以使A9 一端減少16kN 的重量，再在A2 點加34kN 的沙袋（68 袋，0.5kN/袋），使天橋梁的重心與吊鉤中心重合。

4.2 吊耳選擇和計算

吊耳用36mm 厚Q345 鋼板制作，尺寸430×400×36mm，中間鉆一個直徑150mm 的圓孔。圓孔圓心距耳環頂邊215mm，距吊耳兩邊均為215mm。在吊耳兩側需要焊四塊加勁板對吊耳進行加強，每塊加勁板100×100×25mm，外上側進行殺角。對吊耳需要進行抗剪強度、抗拉強度、焊縫強度檢算，檢算方法按參考文獻的要求進行。

4.3 鋼絲繩和卡環的選用

吊裝用的鋼絲繩和U 型卡環的強度需要進行檢算，按照參考文獻附錄A 可以選用鋼絲繩和U 型卡環。經計算，本次吊裝選用直徑77.5mm 的6×61 鋼絲繩，容許拉應力1850N/mm2，破斷力總和4165KN。選用直徑d=130mm 的卡環。

4.4 吊裝過程中桁架內力檢算

需要進行吊裝過程中桁架內力檢算，方法是取一榀主桁架做為計算模型。將一榀主桁架800kN 的荷載用集中質量分配法分配到12 個節點上，用midas civil 軟件計算其內力。經計算，吊裝過程中桁架桿件中的拉、壓應力均在允許范圍以內。

5 天橋吊裝前的準備工作

除了一般的施工準備工作以外，還需做好既有線施工的安全保障工作。包西鐵路通道為已開通的運營鐵路，天橋吊裝施工時需要按照鐵道部門的規定進行封鎖，必須確保鐵路營業安全和工地施工安全。天橋吊裝施工能開通的天窗時間只有2h。因此，事前要制定出以min 為單位的施工作業時間表。

6 天橋吊裝施工技術

6.1 吊車就位及索具、卡具配置

吊車按設計好的路線進場后按照吊車占位圖停放吊車，吊車安裝后進行調試。調試結果應報請質檢單位驗收，驗收合格后方可投入使用。

吊裝使用的卡扣件、索具等必須按照設計要求配置，必須符合相關規范的要求，且具有檢驗合格證明書。

6.2 試吊

試吊是為了檢測天橋梁在起吊后是否能夠處于平衡狀態，測試吊車在全負荷狀態下的整體穩定性，檢驗鋼絲繩、卡扣件是否合格。試吊時將天橋梁吊離地面50cm。

當天橋梁吊起達到平衡狀態，四個角的攬風繩均與地錨連接，讓天橋梁保持吊起狀態2h，檢測懸空狀態下天橋梁的變形情況。

試吊結束后檢查吊車狀態是否正常，吊車主機運轉是否正常，鋼絲繩、卡扣件受力是否均勻。檢查天橋桿件是否發生不該出現的變形，吊車占位地面有無下陷或側移等。

6.3 吊裝

在正式起吊前要對吊車、吊具、天橋梁再進行一次系統檢查，確認全部正常以后方可正式起吊。

鐵路有關部門的線路封鎖命令下達后立即開始吊裝。

為保證天橋梁對高壓線的安全距離，起吊時先將天橋梁吊起1m 后向基本站臺方向平行旋轉，待旋轉到天橋梁距高壓線水平距離5m 時開始垂直上升，上升速度2.0m/min，再提升7m 后停止提升，開始向左側基本站臺方向做約55 度的旋轉，旋轉時間約為8min，待天橋旋轉到支撐柱上方時停止旋轉，準備下降就位。

吊裝時用在天橋梁兩端四個角上掛系的4 根纜風繩控制其位置，避免天橋梁旋轉、晃動并進行初步對位。纜風繩用?20～25mm 棕繩或麻繩。

6.4 就位

吊裝前在天橋鋼柱周圍搭設腳手架。天橋梁吊裝到位時利用掛在梁和鋼柱之間的4 個倒鏈精準調節梁的位置，然后緩慢平穩下降，徐徐就位。待天橋梁下降到距鋼柱頂面支座上方約50mm 時調整支座螺栓的位置，支座的螺栓全部就位后將天橋梁落到支座上，開始焊接支座。天橋梁安裝允許偏差見參考文獻[3]的相關要求。

6.5 支座焊接

支座采用手工電弧焊焊接。焊接前要將焊口邊緣的毛刺、油污、鐵銹等雜質清理干凈。

支座的焊接順序為先焊接P-B 軸固定端支座，焊接完畢后放松吊車鋼絲繩使天橋自重全部落在支座上，檢測天橋桁架就位合格后焊接兩端的活動端支座。最后解除吊裝設備。

由于時間限制，支座焊接可以采取花焊的方式，即先在每個支座的四邊各焊10cm 長的焊縫，剩余的焊縫待脫鉤后繼續焊接。

7 結語

包西鐵路通道東勝西站在鐵路通車以后需要增設一座鋼桁架結構的人行天橋。天橋在二號站臺東側拼裝，全橋重量1600kN，用SCC6300 型履帶吊車架設。本文從吊車的選用和占位、天橋吊點位置的選擇、吊耳的尺寸和構造、吊裝鋼絲繩和卡環的選用、天橋吊裝的施工方法等詳細介紹了天橋架設的施工技術，可為同類工程提供借鑒。