上跨既有線門式墩施工技術研究

封 寧 中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路樞紐工程建設指揮部

新建鐵路上跨既有線時，通常采用鋼橫梁跨越，或者連續梁跨越。大跨徑連續梁跨線投資較大，一般需要轉體施工。此外，采用門式墩鋼橫梁跨越既有線，雖然安全性較高，但是在大跨徑中存在技術施工短板，鋼橫梁跨度小，空間狹小處起重安裝存在困難、作業面受限。采用門式墩混凝土橫梁跨越既有線能夠較好地解決大跨度問題，特別是連續上跨2 條以上的鐵路時，是不宜用連續梁跨越既有線情況下的一種技術可行，經濟合理的施工方法。

1 工程概況

新建鹽通鐵路海安特大橋1164#墩-1166#墩，設計施工里程DK98+260.95-DK98+310.35 處跨越海安站貨場走行線采用門式墩混凝土橫梁。其中1164#上跨HZ2 線，1165#及1166#分別上跨HZ1、HZ2線，跨度分別為16 m、26 m、25 m，采用下承式吊架施工，門式墩平面布置圖見圖1。

圖1 門式墩平面布置圖

2 結構設計

門式墩為混凝土立柱，立柱截面為2.5 m×2.5 m。結構如圖2。

圖2 門式墩立面圖

3 施工方法

3.1 支架設計

根據門式墩結構形式、施工環境及地質資料特點，既有線列車通過凈空要求為5.5 m，采用傳統支架形式不能夠滿足設計要求，門式墩采用下承式吊架施工可解決支架設計凈空不足的問題。貨場走行線軌面標高6.02 m，混凝土橫梁梁底標高12.576 m，凈空6.556 m。按照鐵路基本貨物運輸限界有關規定，保證機車車輛安全通行所必需的橫斷面最小尺寸的建筑接近限界為5.500 m，剩余1.056 m的可利用空間，要求混凝土橫梁支架設計高度不能侵限，只能在列車通過凈空要求的5.500 m范圍外進行支架設計及施工。

1164#-1166#門式墩支撐方式采用下承式鋼管貝雷支架法，由鋼管立柱、工字鋼橫梁、貝雷片縱梁及型鋼分配梁、方木、精軋螺紋鋼吊掛系統組成。貝雷梁作為主梁，下橫梁采用2I36a 型鋼，間距1 m，上部縱向布置12.6 工字鋼+橫向方木+20 mm 竹膠板，采用φ25 精軋螺紋鋼穿心懸吊，組成臨時支撐支架體系。列車通過處支架所占高度為0.68 m，懸吊支架在列車建筑接近限界以外，施工期間列車可安全通行。

支架結構傳力途徑為：模板—方木-精軋螺紋鋼吊掛系—工字型分配梁—貝雷片縱梁—工字鋼橫梁—立柱。鋼立柱采用外徑62 cm，壁厚1 cm 的鋼管立柱，直接布置在承臺上，與承臺預埋鋼板連接。每個承臺鋼管立柱設兩排，每排兩個，每排鋼立柱間采用縱向連接系加固。柱頂上設置HN700×300 橫梁，作為墊梁，墊梁上設置貝雷梁作為受力縱梁，貝雷梁上設置2[36a 作為下橫梁。以1166#門式墩為例，具體支架布置詳見圖3、圖4。

圖3 門式支架立面布置圖（一）

圖4 門式支架立面布置圖（二）

3.2 計算取值

本計算采用容許應力法計算。

（1）Q235B 鋼材允許應力［σ］=170 MPa, 驗算支架的剛度時，其變形值不得超過下列數值：橫梁中跨彈性撓度為相應結構跨度的1/400,邊跨彈性撓度為相應結構跨度的1/250。

（2）貝雷梁采用數據（單層單排不加強型貝雷梁）：

貝雷梁：321型3 m×1.5 m；

桁片慣矩：〔I〕=250 497.2 cm4；

桁片截面模量：〔W〕=3 578.5 cm3；

弦桿允許內力：〔N〕=560 kN；

豎桿允許內力：〔N〕=210 kN；

斜桿允許內力：〔N〕=171 kN；

允許撓度：f=L/400；

彈性模量：E=2.1×105 MPa。

（3）設計荷載取值：

鋼筋混凝土容重標準值：q1=26 kN/m3；

模板自重標準值：q2=2.69 kN/m2；

施工人員及設備荷載標準值：q3=2.5 kN/m2；

振搗荷載：q4=2.5 kN/m2;

沖擊荷載：q5=2.0 kN/m2;

3.3 支架計算

采用Midas軟件對支架強度、剛度、穩定性進行了計算。

（1）下橫梁計算（圖5）

圖5 施工吊架斷面圖

下橫梁采用2[36a型鋼，上下翼緣分別加5 mm厚的蓋板，下橫梁看作簡支梁，間距1 m。

荷載q=(q1×3.3+q2+q3+q4+q5)×1=（26×3.3+9.19）×1=94.99 kN/m。

計算結果如下：

由圖6可知，σ=136.4 MPa＜［σ］=170 MPa,滿足要求。

圖6 應力仿真圖

由圖7 可知，中跨最大位移δ=8.0 mm＜L/400=4556/400=11.4 mm，滿足要求。

圖7 位移仿真圖

（2）貝雷梁計算

采用Midas軟件，計算模型如下：

圖9 豎桿內力仿真圖

圖10 斜桿內力仿真圖

圖11 位移仿真圖

由圖 8、9、10、11 可知，最大撓度f=11.1 mm＜L／400=（1500-520+9000+808）/400=26.97 mm，滿足要求；

圖8 弦桿內力仿真圖

弦桿最大內力N=187.44 kN＜〔N〕=560 kN，滿足要求；

豎桿最大內力N=121.6 kN＜〔N〕=210 kN，滿足要求；

斜桿最大內力N=139.8 kN＜〔N〕=171 kN, 滿足要求。

（3）橫梁計算

橫梁采用 3I45a 型鋼，截面特性：A=30 600 mm2，W=4 293 333 mm3，I=966 000 000 mm4；

經計算模型仿真，最大應力σ=53.2 MPa＜［σ］=170 MPa，滿足要求；

中跨最大位移δ=1.3 mm＜L/400=3540/400=8.9 mm，滿足要求；

邊跨最大位移δ=2.5mm＜L/250=1500/250=6.0 mm，滿足要求。

（4）鋼管柱計算

鋼管樁采用 φ620×12 mm 的鋼管,截面特性：A=22 921 mm2，W=3 417 900 mm3，I=1 059 548 920 mm4；

經計算模型仿真，鋼管柱最大豎向荷載：970.6 kN；

鋼管柱容許承載力：［N］=A［σ］=22921×140/1000=3208.94 kN＞970.6 kN，滿足要求。

（5）吊掛系統計算

考慮最不利狀態，下橫梁反力由一根吊桿承受。吊桿采用φ25（PSB830)的精軋螺紋鋼；

經計算模型仿真，單根吊桿最大拉力為：145.5 kN;

允許拉力為：N=π×12.52×830×0.5/1000=203.71 kN＞145.5 kN，滿足要求。

4 施工步驟

4.1 下部結構施工

按照經主管部門評審過的專項施工方案進行基礎施工，嚴防機械材料侵限、傾覆，嚴格“一機一人”防護，加強第三方實時監測，嚴格執行集團公司營業線施工安全管理規定相關要求。

4.2 混凝土橫梁施工

搭設鋼管支柱，貝雷梁、型鋼，對支架進行預壓，預壓重量不小于最大施工荷載的110%，消除支架的非彈性變形。立模，澆筑橫梁混凝土（包括墩頂以下1.5 m），預留橫梁預應力管道。

待門式墩混凝土橫梁混凝土彈性模量及強度達到設計值的100%，齡期大于7天后，按設計方案依次做張拉封錨，最后拆除臨時支架。橫梁預應力灌漿強度達到100%后，方可架梁。

施工期間嚴格施工計劃管理，按計劃、有組織的進行施工；嚴格施工條件確認、合理技術勞力配置；加強過程環節管控，健全防護體系手段；超前風險預想研判，科學應急體系預案；嚴格執行集團公司營業線施工安全管理規定相關要求。

5 結束語

綜上所述，采用下承式吊架法施工門式墩混凝土橫梁，解決了新建鐵路跨既有線路凈空受限問題。通過計算驗證了臨時結構的剛度、強度和穩定性，為類似的工程提供了可參考的施工方案與實踐經驗，對新線上跨、路網交叉施工等場景也有一定的借鑒意義。