上跨車站多股線路U形組合箱梁舊橋拆除技術

邱漣漪，白彥杰，何湘桂，麻時光

(中鐵二十四局集團南昌鐵路工程有限公司,江西 南昌 330002)

1 概述

1.1 工程簡介

南昌市雙港大街上跨南昌北站立交橋改造工程,既有U形組合箱梁橋需拆除施工。既有橋梁采用6片40 m后張法預應力混凝土組合箱梁(U形梁身+預制蓋板+橋面鋪裝),縱向設5道箱內橫隔板,3道梁間橫隔板。U形梁高2.1 m,U形梁含翼緣總寬2 m,梁底寬1.4 m,相鄰兩片U形梁中心線之間距離為3.1 m,單片U形梁質量約95 t,橋梁橫斷面如圖1所示。橋臺采用漿砌片石U形實體橋臺,橋臺基礎為擴大基礎。橋面寬18.5 m,橋下共計6股道(京九線上下行、4道到發線),梁底距軌道面最小凈高6.63 m,接觸網承力索與梁底凈空最小0.3。0號臺(財大側)前墻離8道(到發線)中心4.159 m,1號臺(交大側)前墻離3道(到發線)中心4.714 m。橋梁與線路關系布置圖及現狀實物圖如圖2,圖3所示。

1.2 跨線舊橋拆除重難點

雙港大橋舊橋拆除影響京九線及車站到發線的運營安全,舊橋拆除施工方案需做好防墜物、防觸電措施。因此,上跨車站的雙港大橋舊橋拆除施工方案重點及難點工序在于:橋面系松散構件拆除,防止掉入鐵路線,確保接觸網安全;防止U形箱梁間預制板切割解體后掉入鐵路線;吊裝U形組合箱梁,避免危及接觸網、回流線及鐵路鋼軌;橋臺切割拆除,避免鋸繩斷裂或切割塊落入線路。

2 跨既有線舊橋拆除方案

2.1 方案比選

舊橋拆除常用的方法有靜力繩鋸切割法[1]、機械鑿除法[2]、控制爆破法[3]。靜力繩鋸切割法[4]使用傳動滑輪帶動金剛石切割,反復切割梁體進行分解、分離,并運用吊裝設備吊離。施工時對路面污染破壞少,后期清運簡單。機械鑿除法[4]以機械操作為主,對橋梁實施鑿除作業,然后機械輔助人工清理碎渣的處理方法。控制爆破法是舊橋拆除工程中常用的一種拆除方式。爆破法是拆除橋梁速度最快的方式,但爆破時產生的振動響應及橋梁垮塌對周圍建筑物及路面造成一定危害,爆破后二次清運碎渣成本高且時間長,對周圍道路封堵時間長。

雙港大橋舊橋上跨昌北車站多股運營線路,拆橋時需封閉所有線路。施工現場可利用空間小,橋臺前墻距8道(到發線)的線路中心僅4.71 m,橋頭一端預留作為連續梁拱橋頂推施工的預制場地,另一端為項目駐地。結合現場實際情況及U形組合箱梁橋結構特點,對比分析3種拆橋方案優缺點如表1所示。

表1 跨既有線舊橋拆除方案優缺點對比表

結合雙港大橋舊橋拆除施工特點,選擇靜力切割配合架橋機起吊U形梁的方法拆除舊橋。該施工方法具有施工速度快、安全性高、對周圍環境影響小,且對京九線及車站到發線運營干擾小等特點[5]。位于擬拆除舊橋北側,已建成的新雙港大橋右幅需正常運營,舊橋拆除采用靜力切割法吊裝拆除方案,解決了上跨車站多股運營線路盡量少占施工天窗時間問題;同時,對雙港大街交通影響小,滿足雙港大街“邊通車、邊施工”要求,解決了拆除作業場地空間狹小、交通疏解難等問題。

2.2 拆除方案

雙港大橋舊橋拆除總體分四步走:第一步,橋面斷道。拆除橋面系及附屬工程。第二步,U形箱梁連接解體。沿U形梁兩端梁縫位置,縱向鑿兩條縫切開預制板,找出預制板鉸縫后,鉸縫處鉆設吊裝孔,片鋸切斷鉸縫,吊機拆除預制板。繩鋸切割橫隔板,沿預制板中間鉸縫位置縱向片鋸切割斷開,完成U形組合箱梁連接解體。第三步,U形梁吊裝拆除。利用封鎖天窗時間,260 t架橋機吊裝拆除箱梁。架橋機在南側組裝好,先橫移至橋位處,再縱移至橋臺處直至過孔。第四步,橋臺拆除。橋臺拆除分兩部分,繩鋸分塊切割臺帽及以上部分,挖機配合拆除;漿砌片石臺身由挖機從臺后向前逐塊拆除。

3 跨既有線U形組合箱梁橋拆除技術

3.1 U形組合箱梁橋解體

雙港大橋舊橋通過在U形梁上蓋預制空心板連接而成,梁間預制板與梁上預制板均采用120 cm×124 cm×20 cm預制空心板。空心板與U形梁通過預埋鋼筋、現澆混凝土鉸接縫形成組合箱梁,U形組合箱梁橫向連接如圖4所示。U形組合箱梁分兩次解體,梁端預制空心板拆除、梁間預制板及空心板切割解體。

1)橋面附屬設施拆除。欄桿拆除。先拆格柵,再拆橫桿,最后拆立柱。先用尼龍繩綁住格柵兩端,磅錘砸斷格柵與立柱接頭,整片格柵抬入橋面外運。尼龍繩捆住橫桿兩端及相鄰立柱,挖機挖斗緩慢向里撥倒,移除橫桿。尼龍繩綁住立柱頂部,挖斗緩慢向里撥倒,再切斷底部鋼筋拆除。加高人行道拆除:膠輪小挖機拆除加高混凝土,從一端向另一端逐步推進拆除。挖機炮頭將人行道路面破成大塊,勾至橋面,外運破除。瀝青路面銑刨拆除:端縫鋪裝層鑿除,先在橋臺位置畫出 40 cm寬鑿除線,再用挖機炮頭(或風鎬)鑿除鋪裝層。若兩端梁縫擠死,破除一端臺帽以上胸墻,預留梁體吊裝空間。人行道板拆除:先在人行道板上鉆 4 個φ108 mm 的吊裝孔,破除路緣石錨固點處混凝土并露出鋼筋,提離吊裝繩待其預受力后,切斷錨固點鋼筋,移人行道板至橋臺外破除。

2)梁端預制空心板拆除。梁端預制空心板采用片鋸切割、叉車逐塊吊裝拆除。拆除時,沿順橋鑿除預制板邊緣橋面混凝土并清理。片鋸切割梁端預制板混凝土濕接縫,挖機炮頭鑿除預制板邊緣混凝土,找出預制板鉸縫位置,每條鉸縫鉆設2個直徑φ108 mm吊裝孔,再用片鋸將鉸縫切斷。鉸縫切斷后,繃帶兜底預制空心板并吊裝拆除,切斷一塊、吊裝拆除一塊。鉸縫切割時,繃帶兜底并將預制板固定于梁面上。為防止預制空心板掉落,空心板按梯形坡口切割。

3)梁間預制板及橫隔板切割。U形梁兩端3塊梁間預制板拆除后,非橫隔板處梁間預制板采用片鋸切割,中橫隔板與其上部2塊預制板及端橫隔板采用繩鋸切割。繩鋸切割時,先在中橫隔板左右各1.24 m縱向中鋒位置鉆設φ50 mm穿繩鋸孔。中橫隔板切斷后,片鋸切割預制板縱向中縫,繩鋸切割端橫隔板。橋面切割方式如圖5所示。

3.2 U形組合箱梁拆除

3.2.1 梁體拆除

1)梁體拆除順序。梁體拆除時,采用架橋機將梁體移出至橋臺一側,然后就地破碎、運出。架橋機吊裝移出單片梁施工工序:架橋機拼裝→調試→過孔→試吊→拆除梁體→架橋機拆除。為保證橋臺受力穩定性,U形梁體對稱吊離橋位,先兩側再中央。梁體吊裝按①→②→⑥→⑤→④→③的順序進行,吊裝拆除順序如圖6所示。

2)梁體吊裝。a.吊梁設備:吊梁采用直徑φ70 mm鋼絲繩,U形梁翼緣鉆半圓孔卡位,梁底與鋼絲繩接觸位置墊土工布防護。線路封鎖前,安裝好鋼絲繩與吊具掛點,起重小車收緊鋼絲繩,調整吊具兩側鋼絲繩等長,防止梁體起吊時發生偏移。吊梁鋼絲繩與吊具安裝如圖7所示。b.U形梁吊裝拆除順序:每個封鎖點110 min吊裝并拆除一片U形箱梁。單片梁拆除時,先單側提離U形箱梁 5 cm,落位后,再提離U形梁另一側5 cm后落回原位。架橋機同步提升梁體4.2 m,橫移居中,然后縱移30 m,將2號天車位置的梁體落至運梁車上,運梁車與1號天車同步前行,梁體繼續前移15 m,再將1號天車位置梁體落于運梁車上。天車退回至橋臺附近鎖定,線路封鎖結束。運梁車繼續將梁體縱移至架橋機桁架外,2臺130 t汽車吊將梁體吊落至地面,就地破碎并外運(見圖8)。

3.2.2 U形組合箱梁吊裝設備選配

1)架橋機選型。擬拆除的舊橋跨徑為40 m,橫向由6片U形組合箱梁組成。梁高210 cm,底板寬140 cm,兩側翼板之間寬200 cm,每片梁上滿鋪20 cm厚預制板,并澆筑7 cm～15 cm厚鋼筋混凝土橋面鋪裝層,橋面上鋪筑5 cm厚瀝青面層,切割后單片U形箱梁質量約174 t(含橋面混凝土鋪裝)。擬選用WJQ260-50型雙導梁架橋機吊裝拆除梁體,架橋機額定最大吊裝跨度50 m,最大吊裝質量260 t,架橋機吊裝安全系數 240/174=1.38>1.2。

2)吊梁鋼絲繩選配。吊梁選用直徑φ70 mm 捆綁鋼絲繩。切割后單片 U形箱梁重174 t,吊裝時考慮1.2倍動力放大系數,吊裝單片梁總荷載為2 088 kN,每片梁起吊時梁兩端鋼絲繩各承擔一半荷載,即1 044 kN。根據圖7吊具示意圖可知,單側吊具由4根鋼絲繩共同分擔荷載,平均每根鋼絲繩承擔荷載為261 kN。φ70 mm 單根鋼絲繩破斷力為2 598 kN,起吊鋼絲繩安全系數為:2 598/261=9.95。

3)扁擔梁及鋼銷選配。架橋機起吊空心板梁的扁擔梁選用2.4 m長鋼箱梁,鋼箱梁腹板上鉆直徑φ120 mm圓孔,直徑φ100 mm高猛鋼棒作為鋼銷穿過鋼箱梁腹板,承受吊梁鋼絲繩荷載。

3.3 橋臺拆除

1)高橋臺拆除施工順序。雙港大橋舊橋橋臺高7.55 m,橋臺前墻距8道(到發線)中心僅4.15 m。橋臺拆除時,搭設鋼管防護支架,繩鋸分塊切割、逐層拆除。高橋臺拆除按如下施工順序進行:搭設鋼管防護支架(破除橋臺搭板及臺后路面)→挖除臺后填土→分塊鉆孔、切割→拆除側墻(逐層)→拆除前墻(逐層)→拆除防護支架(逐層)。

2)高橋臺拆除施工工藝。搭設鋼管防護支架,支架內側滿鋪模板,支架拉管與側墻鋼板連接,側墻鋼板與橋臺植筋連接。開挖第一層土方,形成工作坑。切割第一層混凝土,外(背離鐵路)低內(面向鐵路)高,形成4°傾角的切割斜面。切割時,先水平斜面切割,再豎向切割,每條豎向切縫保留底部20 cm～30 cm不切斷,向臺內勾倒側墻,破碎外運。

4 安全風險分析及安全保障措施

4.1 安全風險分析

根據現場施工內容,對雙港大橋舊橋拆除施工進行危險源分析,U形組合箱梁橋拆除施工中,拆除橋面附屬設施、預制板及橫隔板切割、U形箱梁吊裝拆除及橋臺拆除的風險源主要由營業線、高空作業、大型機械設備及施工用電引起,容易影響鐵路行車安全、造成高處墜落、物體打擊、觸電、機械傷害等。

4.2 施工安全保障措施

1)橋面附屬設施拆除。a.拆除橋面附屬設施前,防拋網上滿鋪安裝一層模板,防止混凝土塊掉落至線路。b.拆除護欄,在其下方鋼軌的前后3 m范圍內墊膠合板或方木并覆蓋彩條布,防止碎渣砸傷鋼軌。c.橋面鋪裝拆除后,及時清除梁縫間砂石垃圾,覆蓋模板,防止碎渣掉落至線路。

2)梁端空心板拆除。梁端空心板切割須在鐵路封鎖停電狀態下進行,并在切割位置道床上鋪設彩條布。鉆設吊裝孔位置,須避開接觸網。預制板拆除后,模板及時封蓋并用膨脹螺栓固定。

3)空心板及橫隔板切割。a.切割時,繩鋸及機械旋轉方向采用梁底送刀,梁面割刀。避免鋸繩斷裂,損傷橋下接觸網。b.采用強度高、耐磨性強的新鋸繩,鋸繩只能一個接頭,且保證鋸繩接頭對接牢固。c.橋下接觸網承力索采用預絞式護線條保護,避免碰傷或碰斷接觸網。d.橋下線路鋪設彩條布,避免繩鋸(片鋸)切割產生廢水污染線路。e.封鎖結束前,檢查橫隔板及濕接縫處是否有松散混凝土塊。

4)梁體吊裝拆除。a.吊裝設備起吊能力須滿足施工要求,架橋機須年檢合格,操作時嚴格遵守操作規程。b.既有線上方作業,須嚴格遵守既有線作業規定。

5)高橋臺拆除。a.設置防護架,防止繩鋸斷裂及橋臺切割碎片掉入鐵路線。b.分塊切割橋臺前墻,形成內低外高切割面,避免切割塊倒向線路。

5 結論

上跨多股運營線路的舊橋拆除,拆橋施工安全、路面交通疏解與既有線運營安全及可用施工天窗時間等問題夾雜在一起,選擇高效、安全的拆橋方案是確保跨線舊橋快速、安全拆除的關鍵。本文通過工程實例,進行拆橋方案比選,確定了上跨車站的U形組合箱梁拆除方案,金剛石繩鋸切割、架橋機吊裝拆除;高橋臺拆除,搭設防護支架,分塊切割、逐層拆除。總結了跨多股既有線U形組合箱梁橋和高橋臺拆除的關鍵施工技術及安全保障措施,為同類橋梁拆除提供借鑒。