上跨既有鐵路長大剛架橋施工技術研究

楊大貴

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

隨著我國基建快速發展，新建鐵路、公路上跨既有鐵路的情況逐漸增多。我國鐵路列車行駛速度快、運輸繁忙，且鐵路部門對運營安全有著苛刻的要求，安全施工標準極高，傳統施工長時間、多頻次地封鎖線路的施工方法難以為繼。為完成跨湘桂鐵路長大剛架橋施工任務，本文對剛架橋模架方案進行研究及攻關。經技術創新，研制內模臺車工法，且運用節段拼裝、節段間銷接、臺車同步牽引、快速整體脫模等技術措施，確保能夠安全、快速地完成剛架橋施工。

1 工程概況及技術難點

柳梧鐵路貨車上行線白山村特大橋總長為2 024.4 m，上構布置為（32×32 m）簡支梁+剛架橋（96.61 m） +（2×24+25×32 m）簡支梁結構，其在32#、33#墩間上跨既有湘桂鐵路，交叉角度為17°，采用1～13.5 m剛架橋梁跨越，剛架橋長度為96.61 m。剛架橋主體斷面結構如圖1所示。

圖1 剛架橋主體斷面圖 （單位：cm）

由于新建橋梁與既有湘桂鐵路小角度相交，使得剛架橋的框架長度達96.61 m。緊鄰鐵路既有線施工，且項目工程量大、持續影響鐵路運營的時間長、施工安全風險高。為確保安全順利施工，加快施工工期，降低施工工作對鐵路安全運營影響的時長，成為剛架橋施工需解決的技術難題。

2 剛架橋頂板施工方案研究

通過對各作業工序及流程進行安全風險分析得知[1]，本項目影響鐵路運營安全及施工工期的關鍵在于剛架橋頂板施工。項目部對剛架橋頂板模架方案進行專項研究及設計，經技術創新，研制出內模臺車，對剛架橋頂板進行分節段澆筑。設計內模臺車時運用BIM軟件創建剛架橋主體、模架的設計模型，進行設計的校核及優化，和工藝的仿真模擬施工演示，以發現內模臺車方案存在的技術問題和評審方案的技術可行性。同時，還采用橋梁博士V3.05有限元分析軟件進行內模臺車結構力學的計算與分析，根據計算結果調整結構及參數設計，確保模架的承載安全。

剛架橋頂板采用內模臺車分節段現澆施工方法。內模臺車長度為14 m，每次可澆筑完成長度為14 m的頂板，分6次施工完成本項目的剛架橋頂板澆筑。內模臺車的總體結構設計如圖2、圖3所示。

圖2 內模臺車側面圖 （單位：cm）

圖3 內模臺車立面圖 （單位：cm）

3 內模臺車的設計及安裝

由于內模臺車跨度長、框架頂板厚度大，作用于臺車立柱及上橫梁的彎矩、壓力荷載值高，需采用較大尺寸的型鋼進行臺車的制作，然而經設計優化及輕量化后的內模臺車總重量仍然超過132t，無法整體拼裝后在現場進行吊裝。而原位散件焊接拼裝施工方法耗時長，需要封鎖湘桂鐵路的次數多，從經濟、安全方面考慮，都不是最佳方法。最終采用將臺車分成較小節段吊裝后再把節段拼裝成整體的方案，分節段如圖2所示。臺車縱向分成5個節段，為確保吊裝后能夠迅速完成節段間的連接，在節段上縱梁和下縱梁間設置連接板，采用高強螺栓快速連接，以減少封鎖要點時間、降低對湘桂鐵路運輸的影響。

內模臺車采用型鋼制作，兩側立柱下設有走行輪，在承臺基坑防護樁頂面鋼筋砼冠梁上安裝P50軌走行軌，進行內模臺車的縱移。內模臺車內側掛設密目鋼絲網，鋼絲網表面安裝防電板進行防護，內模臺車兩側均進行接地防護。

在內模臺車頂部兩端還安裝高度為2.0 m隔離防護欄桿，欄桿上安裝防護板，形成施工作業活動與鐵路運營間的物理隔離防護措施。

為確保內模臺車的制作質量，內模臺車在鋼結構制造廠內分節段進行制作，并進行試拼裝，試拼裝檢驗合格后運到現場。對湘桂線要點封鎖后，采用2臺150 t汽車起重機進行現場吊裝。

4 內模臺車詳細設計說明

4.1 門架總成

臺車門架主要由型鋼加工而成，構成臺車的骨架。門架縱向分成5個節段，臺車總長度為14.0 m，門架立柱橫向中心距為12.2 m，以滿足剛架橋頂板砼澆筑。右側立柱相對于左側立柱要短15 cm，每節段門架右側立柱下設4個螺旋千斤頂進行右側立柱的頂升，以便完成剛架橋頂板砼澆筑后，下落臺車完成脫模。每個節段在左右側下縱梁的中心處安裝1個走行輪，其間距為12.2m。

下橫梁（僅臺車右側立柱下方設計有下橫梁） 為2I18工字鋼，長度為80 cm，下縱梁為2I32a工字鋼，臺車立柱為雙拼[36a槽鋼拼成“[]”形，立柱上方為I32b工字鋼上縱梁，上縱梁之上則為I60a工字鋼上橫梁，上橫梁間距按56cm布設，上橫梁兩側進行切削，以形成倒角的坡度，倒角下部折角處采用型鋼制成折角模板支架，支架上部與上橫梁采取銷接的連接方式，支架下部設置可調絲桿支撐在立柱上，倒角處的模板采用5 mm的鋼板。

4.2 行走機構及軌道基礎

進行剛架橋樁基及承臺施工時，于湘桂鐵路兩側設置φ25 cm排樁及冠梁防護，在完成剛架橋承臺施工后，將排樁的冠梁擴大，并與剛架橋承臺聯接，形成內模臺車走行軌的穩固基礎。

臺車兩側的走行軌采用P50軌。在臺車兩側分別設置1臺采用YS-SJ-45型穿芯式液壓牽引器進行內模臺車的牽引行走工作[2]，該型牽引器內置穿芯式液壓千斤頂，外側為采用型鋼制成的長方體框架結構，牽引器前端設置有單向自鎖楔型錨具，當千斤頂進油牽引臺車時，錨具能夠自動松開鋼絞線，確保鋼絞線自由牽引。千斤頂完成1個頂程回油時，鋼絞線被錨具自動鎖緊。通過牽引器的千斤頂循環工作，將內模臺車牽引至安裝位置。

為避免兩側牽引器工作不同步，造成臺車扭曲變形，導致安全事故。本項目采用YS-PP-11型液壓泵源控制系統進行牽引的控制，該控制系統能夠控制2臺牽引器同步牽引，且具有單臺牽引器微調等功能。

于內模臺車前進的前方鐵路兩側設置地錨進行牽引器的固定及安裝。

4.3 模板精調及脫模系統

內模臺車頂面高度、中線位置的控制主要是通過精確布置走行軌標高及位置進行控制，故走行軌道的標高及安裝位置需進行準確計算及精確施做。

剛架橋頂板與邊墻的倒角處采用專門設計的鋼模板，倒角模板上端與上橫梁間采用可轉動的銷接方式進行聯接[3]，倒角模板下端側采用可調絲桿支撐在臺車立柱上。安裝模板時，通過可調絲桿進行倒角模板的就位精調，完成砼澆筑后，則通過可調絲桿將倒角模板向內收回，完成倒角的脫模。每節段內模臺車右側立柱下部安裝有兩臺螺旋千斤頂。完成倒角的脫模后，再通過螺旋千斤頂的回調，使臺車右側下移，以快速完成剛架橋頂板底模的脫模工作。

4.4 模板

倒角處采用與臺車焊接的鋼模板。剛架橋頂板的水平部分采用木模板，具體設計為：上橫梁上擺放100×100方木作縱向分配梁（中心距為120 cm），縱向分配梁上擺放100×100方木作橫向分配梁（中心距為40 cm），底模為20 mm厚膠合板。

端模采用廠制的鋼模板，設置拉桿將兩側端模拉緊，防止端模向外傾斜或脹模。

5 剛架橋施工技術要點

5.1 施工準備工作

（1）施工前，對現場技術人員及施工操作人員進行詳細的技術及安全交底，本項目采用BIM技術進行技術交底。通過BIM技術向施工人員演示施工流程，實施可視化三維技術交底，提高交底效率和效果。

（2）與南寧局鐵路運輸部門簽訂安全協議和配合協議，并按施工計劃申請辦理慢行點。

（3）對現場實施詳細勘查，對受施工影響范圍內鐵路接觸網、地下埋設的管線等，進行遷改，或是實施妥善的臨時防護。

（4）制訂安全應急預案，配備相應的應急救援物資，并于施工前進行安全應急演習，使所有施工人員熟悉應急程序及救援措施，完善應急預案的不足之處。

（5）按鐵路運輸管理部門的要求，對鐵路進行防護，并派駐站聯絡員解決現場突發問題。

5.2 線路加固施工

進行剛架橋樁基施工前，采用P50軌3-3-3-3吊軌梁對湘桂鐵路的兩股道進行線路加固，加固長度120 m。線路加固期間列車限速45 km/h，加固完成后方可進行下一步施工操作。具體加固方法如圖4所示。

圖4 3-3-3-3吊軌梁斷面示意圖

5.3 剛架橋樁基施工

樁基采用人工挖孔法施工方法，施工時做好鐵路防護，避免人員、機具侵入鐵路限界，或有其它影響鐵路安全運營的狀況。因湘桂鐵路線為電氣化鐵路，在軌道上方接觸網高壓線，為確保吊裝鋼筋籠時吊機及人員的安全，避免發生觸電或行車事故，下放鋼筋籠計劃在封鎖點內進行。鋼筋籠一節的長度不超過9 m，主筋采用搭接焊。鋼筋放入前須先按設計要求加工完成。

混凝土由拌和站集中供應，安裝地泵進行砼的泵送入孔。

5.4 承臺及防護排樁施工

本橋既有線邊承臺開挖防護采用φ25 cm，間距為50 cm鋼筋砼樁，樁長為6 m。承臺基坑開挖前，先施做防護排樁，防護排樁采用小型旋挖鉆成孔。其它工序施工均選擇低高度的小型機械和設備。

承臺開挖后，為避免既有線一側樁間土（雨季）塌方，承臺開挖面采用掛φ8@10cm鋼筋網、噴C20混凝土10 cm厚封閉。防護樁頂施作C30砼連接地梁，使防護樁形成整體，以加強整體防護，后續作為內模臺車走行軌的基座使用。

承臺鋼筋安裝及砼澆筑方法同樁基礎。

5.5 內模臺車現場拼裝施工

內模臺車按設計圖紙分節段在廠內制作，所有焊縫均采用超聲波探傷檢測以確保質量，并于廠內進行臺車的試拼裝工作，質量檢驗合格后方可運至施工現場。封鎖要點，且接觸網斷電后進行內模臺車的拼裝，拼裝采用2臺50 t汽吊，第1節段臺車吊裝就位后，汽吊不松繩，另1臺汽吊吊裝第2節段，通過節點板及螺栓聯結兩節段臺車，確保臺車穩定后，兩臺汽吊方可脫鉤。

完成內模臺車節段吊裝及拼接后，按要求安裝安全防護網和防電板，經全面檢查無誤后，方可接觸網通電及解除封鎖。

5.6 剛架橋墻身施工

剛架橋墻身結構與剛架橋頂板相對應，分節段施工。

在完成內模臺車完成安裝后，于內模臺車兩側安裝隔離板，對鐵路形成物理隔離防護后，方可進行剛架橋墻身結構的施工，以確保鐵路的行車安全。

剛架橋墻身結構采用拼裝式組合鋼模板，人工支立、校正模板，為避免發生澆筑砼時模板穩定不移位情況，采取斜撐和多方位焊接的方式將模板固定。

5.7 剛架橋頂板施工

剛架橋頂板采用內模臺車分節段施工，每次澆筑節段長度為14 m，分6次完成頂板施工。內模臺車沿著走行軌縱移到安裝位置，通過右側立柱下的螺旋千斤頂調整臺車頂部標高至設計位置，再通過調節絲桿使倒角模板精確就位。

頂板施工時將內模臺車底模、端模之間的縫隙全部密封防水，以防止水泥漿液漏下污染鐵路。

完成一個節段的頂板澆筑，且強度達到脫模要求后，通過收回可調絲桿，先將倒角處脫模，再旋回臺車右側螺旋千斤頂進行整體脫模。完成脫模、全部解除影響臺車縱移的聯結，確認原來懸空的右側走行輪已落實到走行軌上之后，采用同步液壓牽引器將內模臺車縱移至下一節段施工位置。牽引臺車縱移前，適當預緊鋼絞線，以確保兩側同步行走。

6 結語

本項目跨鐵路長大剛架橋采用內模臺車進行節段施工工法，較傳統模板支架法施工而言，具有施工便捷、操作簡單、節約材料、節約人工等優勢。且內模臺車使現場施工作業與鐵路運營之間有良好的物理隔離，基本消除安全風險，有效解決剛架橋頂板施工難題，保障鐵路正常、安全運營，為今后類似工程建筑的施工帶來有益借鑒。本文建議以后該類型臺車設計時用液壓機構代替可調絲桿，在臺車兩側設置自動走行機構，提高臺車的機械化、自動化水平。