倪燕平

鐵路連續(xù)梁橋轉(zhuǎn)體施工的創(chuàng)新與實(shí)踐

倪燕平

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

結(jié)合集包第二雙線霸王河1號(hào)大橋小半徑連續(xù)彎梁轉(zhuǎn)體工程實(shí)踐,介紹一種新的合龍段施工方法,合龍段采用預(yù)埋與梁體外形相同的鋼殼,使后續(xù)的合龍段施工在封閉鋼殼內(nèi)進(jìn)行,最大限度地減小了對(duì)既有鐵路的影響;同時(shí)采用球鉸設(shè)橫向預(yù)偏心解決曲線梁偏載問(wèn)題。

鐵路橋;彎橋轉(zhuǎn)體,合龍段;預(yù)偏心

近年來(lái),隨著我國(guó)鐵路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,跨越繁忙的干線鐵路和公路的鐵路橋梁日益增多,如何盡量減小對(duì)既有繁忙干線的影響是設(shè)計(jì)、施工單位面臨的技術(shù)難題。

由于轉(zhuǎn)體施工速度快、對(duì)既有工程影響小,因此各設(shè)計(jì)單位結(jié)合自身工程特點(diǎn)對(duì)其工程應(yīng)用進(jìn)行了大量的探索[1]。近年來(lái),轉(zhuǎn)體施工已應(yīng)用于鄭西、哈大、滬杭、武咸城際等高鐵的橋梁建設(shè)實(shí)踐,結(jié)構(gòu)形式涵蓋了連續(xù)梁[2]、剛構(gòu)[3]、拱橋、斜拉橋等多種橋型,轉(zhuǎn)體最大重力也達(dá)到了168 000 kN[4]。但是,跨越繁忙干線橋梁的設(shè)計(jì)也存在一定的不足,首先從應(yīng)用范圍而言,目前實(shí)施的轉(zhuǎn)體橋梁大都應(yīng)用于直橋和大半徑彎梁橋,由于小半徑連續(xù)彎梁面外存在較大的橫向不平衡彎矩,在小半徑彎梁中的應(yīng)用還受到一定的限制;再者雖然采用轉(zhuǎn)體施工后絕大部分梁段均在鐵路以外進(jìn)行,但連續(xù)梁合龍段施工仍采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行,仍需在繁忙干線上方進(jìn)行吊架現(xiàn)澆施工,吊架及模板的安裝拆除等作業(yè)仍會(huì)影響既有鐵路的安全。對(duì)于跨高速鐵路橋梁而言,由于防護(hù)設(shè)施的實(shí)施難度較大,這一點(diǎn)將直接影響設(shè)計(jì)方案的可行性,在跨高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)中,也曾經(jīng)出現(xiàn)被迫將橋型改為T(mén)形剛構(gòu)、獨(dú)塔斜拉橋等方案,或采用非對(duì)稱(chēng)施工連續(xù)梁的案例。

因此,對(duì)于轉(zhuǎn)體施工連續(xù)梁的合龍段設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)體施工在小半徑連續(xù)彎梁中應(yīng)用進(jìn)行研究和探索是十分必要的。結(jié)合集包第二雙線霸王河1號(hào)大橋工程,對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了一定的探索,希望其思路對(duì)同類(lèi)橋型的設(shè)計(jì)有所裨益。

1 工程概況

京包線集寧至包頭段增建第二雙線工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部,屬京包通道西段,東起內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市,西至包頭市,線路全長(zhǎng)308 km。設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為160 km/h,預(yù)留200 km/h。

集包第二雙線在本段上、下行線分離,其中上行線平面位于半徑R=1 600m的圓曲線上,以24°夾角上跨既有京包4線電氣化鐵路。上行線霸王河1號(hào)特大橋位于烏蘭察布市西南葫蘆車(chē)站附近,由于本段線路受高程控制,不能采用T形剛構(gòu)等建筑高度高的結(jié)構(gòu),因此,主橋采用(60+100+60)m單線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁。

2 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及對(duì)策

由于本橋跨越全路運(yùn)輸最為繁忙的鐵路干線之一——既有京包四線電氣化鐵路,為減小對(duì)既有鐵路的影響、保證運(yùn)營(yíng)安全,本橋采用轉(zhuǎn)體施工。

本橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有以下兩點(diǎn):降低合龍段施工對(duì)既有鐵路的影響;連續(xù)彎梁面外不平衡彎矩的配重方案。

設(shè)計(jì)中針對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題采取了如下對(duì)策:首先中跨合龍段采用預(yù)埋與梁體外形相同的高強(qiáng)度鋼殼(圖1),待梁體轉(zhuǎn)體到位后吊裝鋼殼合龍節(jié),并將合龍節(jié)與預(yù)埋鋼殼焊接為整體。該鋼殼作為外模并承受梁段自重和施工荷載,運(yùn)營(yíng)階段與混凝土形成結(jié)合梁參與結(jié)構(gòu)受力。這樣合龍段施工在完全封閉的開(kāi)口鋼箱內(nèi)進(jìn)行,對(duì)既有線的運(yùn)營(yíng)沒(méi)有安全隱患,無(wú)需在既有線上進(jìn)行防護(hù),可以不中斷行車(chē),顯著提高了跨既有鐵路橋梁施工的安全性和可靠性,更加顯示出轉(zhuǎn)體施工的優(yōu)越性,為跨越既有鐵路尤其是客運(yùn)專(zhuān)線的橋梁施工提供了新的思路。

再者采用球鉸設(shè)橫向預(yù)偏心來(lái)平衡曲梁面外的不平衡彎矩,從而解決曲線梁橫向內(nèi)外側(cè)不平衡問(wèn)題,解決了繁瑣的不平衡配重問(wèn)題,轉(zhuǎn)體完成后墩中心線與承臺(tái)中心重合,拓展了轉(zhuǎn)體施工的應(yīng)用范圍。

圖1 鋼殼與梁體的連接

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 上部結(jié)構(gòu)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用(60+100+60)m單線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,為縱、豎雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。主梁采用單箱單室箱形截面,曲梁曲做,梁頂寬7.5 m,梁底寬5.0 m。梁底曲線采用二次拋物線,中支點(diǎn)梁高7.50m,跨中及邊墩現(xiàn)澆段梁高4.60m。箱梁頂板厚度為0.36 m,底板厚度為0.45～1.0 m,腹板厚度為0.45～0.8m。

主梁采用在支架上大節(jié)段分段現(xiàn)澆形成T構(gòu),之后轉(zhuǎn)體的施工方案。除零號(hào)段長(zhǎng)度為10m外,T構(gòu)梁段長(zhǎng)度采用7、8、8.5m 3種,中跨合龍段長(zhǎng)1.5m。每個(gè)T構(gòu)梁段末端預(yù)埋與箱梁外輪廓完全相同的鋼殼。鋼殼采用Q345鋼制作,由兩側(cè)埋入節(jié)和合龍節(jié)組成。埋入節(jié)總長(zhǎng)1.35m,埋入箱梁內(nèi)80 cm,外露55 cm;合龍節(jié)與埋入節(jié)的外形相差一個(gè)鋼殼板厚,總長(zhǎng)50 cm,待轉(zhuǎn)體就位后吊裝合龍節(jié),并與埋入節(jié)的外露部分焊接為整體(圖2,圖3)。鋼殼為開(kāi)口箱形結(jié)構(gòu),壁厚12mm,中間設(shè)置板式加勁肋和橫隔板,加勁肋寬度為200mm,間距50 cm左右;沿橋梁縱向75 cm左右設(shè)置1道橫隔板。

圖2 鋼殼節(jié)段連接示意

圖3 鋼殼橫斷面(單位:cm)

3.2 下部結(jié)構(gòu)

橋墩采用圓端形實(shí)體墩,基礎(chǔ)采用12根φ1.5 m的鉆孔灌注樁,為減小對(duì)既有鐵路影響,承臺(tái)斜置。由于采用轉(zhuǎn)體施工,承臺(tái)采用上、下兩層承臺(tái)的方式,上承臺(tái)平面尺寸為8 m×8 m,厚度為4 m;下承臺(tái)平面尺寸為12.2m×8m,厚度為3m。為保證轉(zhuǎn)體過(guò)程中的穩(wěn)定性,在上承臺(tái)底部沿R=3.25 m的半徑均勻設(shè)置8對(duì)φ60 cm的鋼管混凝土撐腳;環(huán)形滑道有不銹鋼板和四氟乙烯板組成;轉(zhuǎn)體鉸采用5 000 t級(jí)廠制鋼球鉸。

經(jīng)計(jì)算,為了消除曲線橋面外的不平衡彎矩,需在橋墩中心與球鉸中心間設(shè)置17 cm的預(yù)偏心,為避免上承臺(tái)自重引起附加偏心,球鉸中心與上承臺(tái)中心重合。

由于橋墩中心與球鉸中心不重合,如果不在上承臺(tái)(球鉸)中心和下承臺(tái)中心間設(shè)置預(yù)偏心,則旋轉(zhuǎn)就位后橋墩中心必然與下承臺(tái)中心間產(chǎn)生偏心,這樣一來(lái)雖然解決了轉(zhuǎn)體過(guò)程的不平衡,卻帶來(lái)了橋墩及上部結(jié)構(gòu)的荷載對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生附加偏心。為避免出現(xiàn)上述情況,設(shè)計(jì)中在保證橋墩中心與球鉸中心(上承臺(tái)中心)預(yù)偏心17 cm不變的前提下(圖4),在上、下承臺(tái)中心間設(shè)置的縱向6.9 cm,橫向15.5 cm預(yù)偏心(圖5),這樣旋轉(zhuǎn)就位后就能夠保證橋墩中心與承臺(tái)中心重合,不產(chǎn)生附加偏心,僅上承臺(tái)自重產(chǎn)生縱向6.9 cm,橫向15.5 cm附加偏心,其影響可以忽略。

圖4 墩中心與上承臺(tái)的關(guān)系(單位:cm)

4 結(jié) 論

(1)本橋設(shè)計(jì)中首次提出了采用鋼殼和混凝土組合結(jié)構(gòu)中跨合龍段方案,其中鋼殼作為外模并承受梁段自重和施工荷載,從而使合龍段施工在完全封閉的鋼箱內(nèi)進(jìn)行,對(duì)既有鐵路的影響降至最低,顯著提高了跨既有鐵路橋梁施工的安全性和可靠性,更加顯示出轉(zhuǎn)體施工的優(yōu)越性,為跨越既有鐵路尤其是客運(yùn)專(zhuān)線的橋梁施工提供了新的思路。

圖5 上、下承臺(tái)間預(yù)偏心設(shè)置(單位:cm)

(2)通過(guò)在橋墩中心和球鉸中心間設(shè)置預(yù)偏心的方式可以有效平衡彎梁的面外不平衡彎矩,避免了彎梁繁瑣的配重問(wèn)題;并在上下承臺(tái)間設(shè)置縱橫預(yù)偏心,解決了旋轉(zhuǎn)中心改變后引起的橋墩與下承臺(tái)的偏心問(wèn)題,從而拓展了轉(zhuǎn)體施工的應(yīng)用范圍,其思路可供同類(lèi)橋型設(shè)計(jì)借鑒。

[1] 程飛,等.我國(guó)橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011(6):67-71.

[2] 錢(qián)桂楓,等.滬杭高速鐵路大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程與技術(shù)創(chuàng)新[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011(6):63-66.

[3] 袁定安.武咸城際鐵路連續(xù)梁跨武廣高速鐵路轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(4):63-69.

[4] 曲樹(shù)強(qiáng).鐵路客運(yùn)專(zhuān)線橋梁V形墩連續(xù)剛構(gòu)轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(4):46-49.

Construction Innovation and Practice of Railway Continuous Girder Bridges by Swing Method

NIYan-ping
(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

Combined with the project practice of small-radius continuous curved girder of the No.1 Bawanghe Bridge on the second double-line of the Ji'ning-Baotou Railway,a new construction method for the closure segmentof bridge is introduced in thispaper.At the closure segment,there was an embedded steel shellwith the same outline just as the girder body with,so that the follow-up construction at this closure segmentwas able to be carried out within the steel shell of a relatively closed space;therefore, the interference effect on those existing railway was able to be reduced to a considerable degree.At the same time,the pre-eccentricity between spherical hinge and pier was given so as to solve the problem of unbalanced load in the curved girder.

railway bridges;curved bridge by swing method;closure segment;pre-eccentricity

U448.21+5;U445.465

A

1004-2954(2013)07-0064-02

2013-02-26;

2013-03-10

倪燕平(1972—),女,高級(jí)工程師,1998年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院,工學(xué)碩士。