■ 陳俊波

0 引言

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，新建高速鐵路不可避免的要跨越既有高速鐵路或普速鐵路。傳統(tǒng)的跨越方案是在既有鐵路上方搭設(shè)防護(hù)棚架采用懸臂掛籃施工或懸臂掛籃兜底施工。傳統(tǒng)方案不但對(duì)既有線(xiàn)運(yùn)營(yíng)安全影響較大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，而且要求梁底凈空較高，導(dǎo)致線(xiàn)路坡度增大，工程費(fèi)用增加。為減少對(duì)運(yùn)營(yíng)線(xiàn)安全的影響及節(jié)約投資，鋼殼合龍施工技術(shù)作為一項(xiàng)在跨越既有鐵路施工的安全、高效的新技術(shù)、新工藝被逐步應(yīng)用[1]。

鄭萬(wàn)鐵路是國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目，全長(zhǎng)350．825 km?？缭郊扔需F路共9處，其中采用鋼殼合龍技術(shù)跨越既有鐵路的2處，分別為跨越孟寶鐵路、寧西鐵路。孟寶鐵路為國(guó)家Ⅰ級(jí)干線(xiàn)，由中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司管轄。鄭萬(wàn)鐵路河南段北汝河特大橋在DK157+194處，采用（60+100+60）m支架現(xiàn)澆+承臺(tái)轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越孟寶鐵路，主跨與孟寶鐵路（K93+385）呈129°夾角，轉(zhuǎn)體施工時(shí)采用逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，中跨合龍段采用鋼殼合龍技術(shù)施工，連續(xù)梁100 m主跨合龍后梁底距離既有線(xiàn)上、下行軌面高度均為9．9 m。以鄭萬(wàn)鐵路跨孟寶鐵路為依托，對(duì)鋼殼合龍技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析和總結(jié)。

1 鋼殼合龍方案設(shè)計(jì)

1.1 方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)單位在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)采用的是懸臂澆筑連續(xù)梁方案，為減少對(duì)既有線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的干擾，控制投資，進(jìn)一步降低線(xiàn)路縱斷面，施工圖審查時(shí)在滿(mǎn)足孟寶鐵路限界并預(yù)留0．8 m施工空間的條件下，最終確定采用鋼殼作為合龍段外模板施工方案跨越孟寶鐵路。

鋼殼作為連續(xù)梁合龍段外模板，主要由預(yù)埋段鋼殼、嵌補(bǔ)段鋼殼、吊掛系統(tǒng)3個(gè)部分組成。具體設(shè)計(jì)方案為：連續(xù)梁懸臂端（兩側(cè)）端頭澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋一部分鋼殼段，預(yù)留部分合龍口，再將嵌補(bǔ)段與預(yù)埋段焊接，封閉合龍口。同時(shí)鋼殼內(nèi)設(shè)置環(huán)形加勁肋及縱向加勁肋增強(qiáng)其剛度，整個(gè)鋼殼與混凝土澆筑成一個(gè)整體（見(jiàn)圖1）。

1.2 預(yù)埋段鋼殼、嵌補(bǔ)段鋼殼

預(yù)埋段鋼殼、嵌補(bǔ)段鋼殼采用14 mm厚鋼板組焊而成，鋼殼的外形尺寸同梁體外輪廓尺寸一致，緊貼梁體設(shè)置于梁體外輪廓之外。不同跨度連續(xù)梁預(yù)埋段鋼殼沿線(xiàn)路中心長(zhǎng)度不同，跨孟寶鐵路為170 cm，設(shè)計(jì)為130～210 cm楔口狀，鋼殼沿線(xiàn)路中心嵌入連續(xù)梁兩端頭現(xiàn)澆段末端90 cm，外伸80 cm，兩端頭現(xiàn)澆施工時(shí)預(yù)埋于現(xiàn)澆段末端，并設(shè)置錨筋同兩端頭現(xiàn)澆段錨固。嵌補(bǔ)段鋼殼長(zhǎng)60 cm，同兩側(cè)預(yù)埋段鋼殼各搭接10 cm。

圖1 鋼殼合龍方案設(shè)計(jì)

1.3 吊掛系統(tǒng)

吊掛系統(tǒng)由精軋螺紋鋼吊桿、連接螺母、錨固扁擔(dān)梁組成，連接螺母通過(guò)電弧焊焊接于預(yù)埋段鋼殼及嵌補(bǔ)段鋼殼之上，螺母與吊桿通過(guò)螺栓連接，吊桿上部錨固于扁擔(dān)梁上。

1.4 鋼殼采用材料

采用Q345qNHD耐候鋼材，Q345qNHD耐候鋼材采用熱軋工藝。鋼殼角焊縫質(zhì)量等級(jí)II級(jí)，鋼殼對(duì)接焊縫為I級(jí)熔透焊，平整度為不大于2 mm。

2 施工方案

鋼殼合龍的總體施工流程為：鋼殼加工及涂裝—鋼殼預(yù)埋段安裝—連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工—鋼殼嵌補(bǔ)段安裝—合龍段混凝土澆筑。

2.1 鋼殼加工及涂裝

2.1.1 鋼殼加工及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)合龍段的結(jié)構(gòu)尺寸加工鋼殼，為便于吊裝，鋼殼共分3部分加工，分別為底板、腹板和翼緣板。預(yù)埋段鋼殼按楔口長(zhǎng)和設(shè)計(jì)尺寸加工，跨孟寶鐵路按130～210 cm加工，預(yù)埋100 cm，外露楔口長(zhǎng)30～110 cm。鋼殼內(nèi)側(cè)焊接鋼板作為肋板以加強(qiáng)鋼殼整體剛度，加強(qiáng)肋板縱向按照間距60 cm布置，每個(gè)鋼殼中間布置橫向共2道加強(qiáng)肋板。鋼殼焊接采用人工電弧焊，鋼殼鋼板之間的焊接均采用I級(jí)熔透焊，焊條采用506焊條，焊接應(yīng)對(duì)稱(chēng)，同時(shí)焊接，焊縫采用坡口焊接，焊接時(shí)按焊接工藝要求操作。焊縫經(jīng)過(guò)超聲波探傷達(dá)到NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》規(guī)定的II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

鋼殼各部件的外形尺寸及公差符合設(shè)計(jì)圖紙要求，2個(gè)鋼殼截面尺寸誤差應(yīng)不大于2 mm；鋼殼邊緣各點(diǎn)高程誤差應(yīng)不大于1 mm，不得有撓曲變形；2個(gè)鋼殼的中心軸線(xiàn)和標(biāo)高誤差應(yīng)不大于1 mm。

2.1.2 鋼殼涂裝及標(biāo)準(zhǔn)

為提高鋼殼的防腐能力，在安裝前應(yīng)進(jìn)行涂裝。鋼殼涂裝前應(yīng)采用符合TB/T 5149和TB/T 5150標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼丸、鋼砂，或應(yīng)使用無(wú)鹽分和無(wú)沾污的銅礦渣、石英砂等進(jìn)行表面清理[3-4]。鋼殼表面清理應(yīng)達(dá)到GB/T 8923．1—2011規(guī)定的Sa3級(jí)，外觀相當(dāng)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A Sa3、B Sa3、C Sa3和D Sa3。電弧噴涂金屬涂裝前，鋼表面粗糙度Rz要求在50～100 μm。噴涂防護(hù)漆按TB 1527—2011《鐵路鋼橋涂裝保護(hù)及涂料供貨技術(shù)條件》中第6套鋼橋涂裝體系標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行涂裝保護(hù)，涂裝外觀顏色采用鐵銹色（見(jiàn)表1）[5]。

2.2 鋼殼預(yù)埋段安裝

預(yù)埋鋼殼在轉(zhuǎn)體前進(jìn)行施工，鋼殼按照設(shè)計(jì)預(yù)埋于最后一個(gè)現(xiàn)澆節(jié)段末端（兩側(cè)）。鋼殼沿線(xiàn)路中心嵌入連續(xù)梁兩端頭現(xiàn)澆段末端90 cm，外伸80 cm?？缑蠈氳F路采用汽車(chē)吊安裝預(yù)埋鋼殼，汽車(chē)吊站立在既有鐵路柵欄外側(cè)20 m外，確保施工過(guò)程不侵入鐵路線(xiàn)界。預(yù)埋段鋼殼安裝幾何尺寸偏差不大于2 mm，鋼殼邊沿各點(diǎn)的高程誤差不大于2 mm，且不得有撓曲變形（見(jiàn)圖2）。

2.3 鋼殼嵌補(bǔ)段安裝

轉(zhuǎn)體前將底板部分嵌補(bǔ)段鋼殼放置于合龍段位置處箱梁內(nèi)部，將腹板及翼緣板部分嵌補(bǔ)段鋼殼放置于合龍段位置處箱梁頂面。待轉(zhuǎn)體施工結(jié)束后，并在勁性骨架鎖定之前，合龍段鋼殼采用載質(zhì)量5 t叉車(chē)卡位放入，鋼殼掛在梁端混凝土上，待梁體標(biāo)高、平面位置調(diào)整完畢后，及時(shí)鎖定勁性骨架，將2個(gè)鋼殼之間預(yù)留60 cm縫隙，采用厚14 mm，寬120 cm（設(shè)計(jì)寬度）的鋼板焊接，形成一個(gè)封閉整體鋼殼。為安裝方便，嵌補(bǔ)段鋼殼底板、腹板、翼緣板分塊制作，嵌補(bǔ)段鋼殼按照先底板、再腹板、最后翼板的順序吊裝，鋼殼吊裝完成后焊接封閉，鋼殼環(huán)向封閉完成后，再焊接橫橋向焊縫，先將嵌補(bǔ)段鋼殼一端同預(yù)埋段鋼殼焊接，另一端待邊跨合龍完成后，選擇與合龍段混凝土澆筑溫度相同的時(shí)段進(jìn)行焊接（見(jiàn)圖3）。整個(gè)安裝過(guò)程必須有經(jīng)過(guò)管轄鐵路局集團(tuán)公司培訓(xùn)的專(zhuān)職安全人員全程監(jiān)控，專(zhuān)人指揮，保證設(shè)備不侵入既有線(xiàn)安全限界，保障行車(chē)安全。

表1 鋼殼外觀涂裝要求

圖2 鋼殼預(yù)埋段安裝情況

2.4 鋼殼加勁肋焊接

嵌補(bǔ)段鋼殼安裝完成后，需補(bǔ)充縱向加勁肋和連接板，保證鋼殼與混凝土的密貼。加勁肋和連接板順橋向設(shè)置，1 m范圍內(nèi)設(shè)置加勁肋4道，由5道連接板焊接連成（見(jiàn)圖4）。

2.5 鋼殼接地裝置安裝

轉(zhuǎn)體到位后鋼殼內(nèi)施工按營(yíng)業(yè)線(xiàn)監(jiān)督施工辦理。因高空作業(yè)，鋼殼要設(shè)置接地裝置，接地裝置采用鋼殼與梁體接地端子連接，再由主墩連接到地面，接地裝置安裝完畢后需要進(jìn)行測(cè)試，接地電阻不大于10 Ω。

圖3 鋼殼嵌補(bǔ)段安裝情況

圖4 鋼殼加勁肋焊接示意圖

2.6 鋼殼合龍段混凝土澆筑

澆筑跨中合龍段混凝土?xí)r，根據(jù)線(xiàn)形監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)需在兩懸臂端分別臨時(shí)壓相同質(zhì)量的混凝土塊進(jìn)行配重，在澆筑合龍段時(shí)根據(jù)混凝土施工速度分次卸除配重混凝土塊。

為使兩懸臂端在施工時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)，并防止合龍段混凝土澆筑前后，混凝土從初凝至達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%期間，梁體受溫度反復(fù)變化和日照不均等因素影響，在結(jié)構(gòu)中引起變形和次內(nèi)力，應(yīng)設(shè)置固定邊跨懸臂端的內(nèi)外剛性支撐予以臨時(shí)固定。

2.7 合龍段鋼殼安裝注意事項(xiàng)

（1）檢查鋼殼各部件的外形尺寸及加工公差是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；鋼殼截面尺寸誤差控制在2 mm以?xún)?nèi)；鋼殼安裝時(shí)需準(zhǔn)確定位，由測(cè)量放出位置邊線(xiàn)，沿邊線(xiàn)準(zhǔn)確定位安裝。

（2）鋼殼在組焊成型時(shí)需準(zhǔn)確定位，焊縫位置需設(shè)置坡口，采用手工電弧焊焊接，焊接完畢后打磨焊縫余高；加勁肋在焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，過(guò)程中注意控制鋼殼面板變形；鋼殼各部件的焊接工藝需滿(mǎn)足要求，嚴(yán)格控制焊接過(guò)程中的“熱效應(yīng)”變形，焊縫應(yīng)光滑平整，無(wú)咬邊、氣孔、夾渣等缺陷；焊縫質(zhì)量等級(jí)要求II級(jí)，鋼殼對(duì)接焊縫要求I級(jí)熔透焊。

（3）縱向預(yù)應(yīng)力鋼束正常通過(guò)，在橫隔板相應(yīng)位置預(yù)留鋼束穿過(guò)孔和縱向鋼筋孔位。

（4）嵌補(bǔ)鋼殼在安裝過(guò)程中由于在既有線(xiàn)鐵路正上方，需做防護(hù)措施。

3 應(yīng)用效果

3.1 對(duì)既有線(xiàn)行車(chē)干擾少、影響范圍小、縮短施工工期、安全可靠

相對(duì)于跨越既有線(xiàn)施工的傳統(tǒng)施工方法，搭設(shè)防護(hù)棚架施工方法在搭設(shè)、拆除棚架時(shí)需要點(diǎn)施工，施工周期長(zhǎng)，對(duì)運(yùn)營(yíng)線(xiàn)影響干擾大，特別是在拆除防護(hù)棚架時(shí)，存在很多不安全因素；掛籃兜底施工方法在拆除兜底或退出掛籃時(shí)均需要點(diǎn)施工，對(duì)運(yùn)營(yíng)線(xiàn)影響干擾大。而采用鋼殼合龍技術(shù)施工時(shí)，鋼殼作為合龍段外模板，在連續(xù)梁混凝土懸臂端預(yù)埋一部分鋼殼段，預(yù)留一部分合龍口，再用嵌補(bǔ)段與預(yù)埋段焊接，封閉合龍口，同時(shí)鋼殼內(nèi)設(shè)置環(huán)形加勁肋及縱向加勁肋增強(qiáng)其剛度，而且整個(gè)合龍段鋼殼與混凝土澆筑成整體，鋼殼無(wú)需拆除，運(yùn)營(yíng)后也不會(huì)脫落，其牢固性非?？煽?。因此，在跨越既有線(xiàn)施工時(shí)采用鋼殼合龍技術(shù)可以最大限度減少對(duì)既有線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的影響，而且安全可靠、操作簡(jiǎn)單、施工速度快，避免了多次要點(diǎn)，降低了施工難度和施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 總體工程造價(jià)低、施工工程費(fèi)用少、效益好

鋼殼合龍技術(shù)施工可以大幅減少梁底到既有線(xiàn)規(guī)定的空間。采用掛籃兜底施工時(shí)至少要為鐵路限界預(yù)留2．463 m施工空間（梁底距兜棚內(nèi)底1．8 m+3 mm，鋼板+10 cm，工字鋼縱梁+20 cm，工字鋼橫梁+16 cm，墊梁+20 cm，精軋螺紋鋼外露）；采用鋼殼合龍只為鐵路限界預(yù)留0．800 m施工空間；鋼殼合龍至少可降低控制點(diǎn)高度1．663 m。因此，線(xiàn)路坡度可以大幅度減低，墩身高度等均可縮短，可以降低工程造價(jià)。由于不再搭設(shè)防護(hù)棚架，也減少了臨時(shí)工程數(shù)量，節(jié)約了施工成本。

鋼殼合龍技術(shù)與防護(hù)棚架施工、掛籃兜底施工對(duì)比見(jiàn)表2。

3.3 減少后期維修工作量

鋼殼材料采用Q345qNHD耐候鋼材，耐候鋼屬于世界超級(jí)鋼技術(shù)前沿水平的系列鋼種之一，具有耐銹、抗腐蝕性強(qiáng)、延長(zhǎng)構(gòu)件的使用壽命等特性，其耐候性為普通碳鋼的2～8倍，涂裝性為普通碳鋼的1．5～10．0倍。項(xiàng)目使用的Q345qNHD耐候鋼材要求采用熱軋工藝生產(chǎn)，并采用鐵路鋼橋第6套涂裝體系，其耐銹、耐腐蝕效果更好，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)大大減少了后期維修工作量。

3.4 合龍段混凝土施工質(zhì)量有保障

鋼殼作為合龍段混凝土外模板在施工完后不用拆除，合龍段混凝土施工完后混凝土密實(shí)性及外觀質(zhì)量等無(wú)法通過(guò)常規(guī)方法進(jìn)行檢查。為確保合龍段混凝土質(zhì)量，在跨孟寶鐵路合龍段混凝土施工過(guò)程中，應(yīng)用信息化手段對(duì)混凝土密實(shí)性及外觀質(zhì)量等進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)每道工序上傳施工影像資料、監(jiān)理監(jiān)控影像資料等進(jìn)行控制?？缑蠈氳F路合龍段混凝土施工完后，通過(guò)彈性波雷達(dá)掃描EWR檢查，混凝土密實(shí)性等指標(biāo)均符合要求。

表2 鋼殼合龍技術(shù)與防護(hù)棚架、掛籃兜底施工對(duì)比

3.5 成功解決電位差問(wèn)題

由于上跨既有電氣化鐵路，梁底部位鋼殼距離接觸網(wǎng)距離較近，如不采取措施，將存在電位差的問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，在鋼殼安裝時(shí)通過(guò)加勁肋與梁體鋼筋焊接，再連接至接地端子，并進(jìn)行電位差檢測(cè)，確保消除電位差后再澆筑合龍段混凝土，通過(guò)這一措施可消除電位差，確保結(jié)構(gòu)安全使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋼殼合龍施工技術(shù)在跨越既有鐵路時(shí)，有著傳統(tǒng)施工工藝無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程控制、質(zhì)量監(jiān)控、工序檢查，確?；炷凉嘧①|(zhì)量。鋼殼合龍技術(shù)在跨孟寶鐵路施工中的成功運(yùn)用，保證了項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)，值得予以推廣。