劉運(yùn)澤

(中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司 陜西西安 710038）

1 前言

近年來(lái)，隨著國(guó)家戰(zhàn)略京津冀協(xié)同發(fā)展步伐的加快，以北京為中心的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。其中，以京雄城際鐵路為標(biāo)志的重大建設(shè)工程自北京西站出發(fā)，沿途跨越城市道路、高速公路、鐵路等多個(gè)障礙物。目前，跨越障礙物多采用大跨徑特殊橋梁結(jié)構(gòu)，其施工方法主要有現(xiàn)澆、懸澆、轉(zhuǎn)體、頂推及拖拉等。但對(duì)于跨越交通流量大的高速公路、列車運(yùn)行密集的繁忙干線鐵路適用的方法就比較有限，且需針對(duì)實(shí)際情況研究采用科學(xué)合理的施工方法，以保證施工及運(yùn)營(yíng)安全、實(shí)現(xiàn)快速施工，減少對(duì)既有線的影響[1]。

2 工程簡(jiǎn)介及難點(diǎn)

2.1 工程概況

新建北京至雄安城際鐵路JXCJSG-1標(biāo)黃村特大橋?yàn)閱尉€橋梁，其中18#～19#墩采用1-64 m鋼桁梁上跨既有京滬鐵路四股道(對(duì)應(yīng)既有京滬線里程為 K30+776 處），與既有鐵路成122°51′00″交角，既有鐵路兩側(cè)限界間寬度為46.5 m。同時(shí)，新建1-64 m鋼桁梁在該處與既有京九鐵路并行，距離既有京九線路回流線僅5.2 m(見圖1）。鋼桁梁采用無(wú)豎桿三角桁結(jié)構(gòu)，桁高11.0 m，節(jié)間長(zhǎng)為12 m、10 m，主桁中心距8.0 m，主體結(jié)構(gòu)重約454 t，設(shè)計(jì)采用頂推法施工。

圖1 線路平面示意

2.2 工程難點(diǎn)

2.2.1 鄰營(yíng)鐵路施工安全風(fēng)險(xiǎn)大

(1）19#墩身靠既有鐵路側(cè)距離鐵路限界(柵欄）僅3.2 m。

(2）既有京九鐵路位于新建鋼桁梁左側(cè)，電力回流線距離新建鋼桁梁僅5.2 m。

(3）在18#～19#墩間位置同時(shí)有接觸網(wǎng)硬橫梁上跨既有京滬鐵路四條線，且硬橫梁頂面距離新建鋼桁梁下緣僅82 cm。

2.2.2 臨時(shí)支墩設(shè)立位置受限

(1）根據(jù)常規(guī)的頂推法施工，一般在跨中位置設(shè)立臨時(shí)支墩且支墩數(shù)量宜多不宜少，以降低頂推施工難度[2]。但既有京滬鐵路為進(jìn)出北京樞紐的繁忙干線，且19#墩身靠既有鐵路側(cè)距離鐵路限界(柵欄）僅3.2 m，既無(wú)法在既有鐵路限界內(nèi)設(shè)立支墩，也無(wú)法在該側(cè)墩身與鐵路限界間設(shè)立臨時(shí)支墩。

(2）能夠滿足鋼桁梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝的19#墩至大里程側(cè)23#墩處為既有城市道路，施工干擾大，所以頂推時(shí)主梁+導(dǎo)梁的拼裝長(zhǎng)度受限，無(wú)法在頂推起始方向設(shè)立更多的臨時(shí)支墩。

2.2.3 跨既有鐵路頂推天窗要點(diǎn)時(shí)間要求嚴(yán)格

根據(jù)鐵路部門有關(guān)規(guī)定:在上跨繁忙干線天窗內(nèi)施工時(shí)間大于(含）120 min時(shí)為Ⅰ級(jí)施工，因使用次數(shù)受限、不確定性極大，難以實(shí)現(xiàn)；在上跨繁忙干線天窗內(nèi)施工時(shí)間小于120 min時(shí)屬于Ⅱ級(jí)施工，易于實(shí)現(xiàn)。所以，確定本工程頂推施工時(shí)間要求為:垂停天窗90 min，V停天窗120 min，施工等級(jí)Ⅱ級(jí)[3]。

3 總體技術(shù)方案

鋼桁梁原設(shè)計(jì)方案為頂推施工，因僅有19#～23#墩側(cè)滿足鋼桁梁拼裝需要，且23#墩大里程方向既有道路施工干擾大，無(wú)法占用。針對(duì)工程難點(diǎn)，經(jīng)綜合考慮及方案計(jì)算比選，采用拖拉式頂推施工方案，即:選擇在具備拼裝條件的19#～23#墩側(cè)進(jìn)行鋼桁梁拼裝，在19#～23#墩間、18#墩靠鐵路側(cè)設(shè)立拼裝及頂推臨時(shí)支墩，同時(shí)在臨時(shí)支墩頂布置滑道；在19#墩頂設(shè)拖拉式頂推反力支點(diǎn)、連續(xù)千斤頂，并通過(guò)鋼絞線與鋼桁梁另一端尾部牽引點(diǎn)相連，通過(guò)千斤頂牽引鋼絞線拉動(dòng)鋼桁梁前進(jìn)；鋼桁梁頂推平衡采用前方安裝導(dǎo)梁、后端配重；頂推步驟按照天窗點(diǎn)時(shí)間及安全要求進(jìn)行分次頂推、落梁[4]。

4 拖拉式頂推關(guān)鍵技術(shù)

4.1 臨時(shí)支墩的設(shè)置

4.1.1 縮小18#～19#墩間距臨時(shí)支墩

因在19#墩靠鐵路側(cè)和鐵路限界范圍內(nèi)無(wú)法設(shè)立臨時(shí)支墩，故選擇在18#墩靠鐵路方向側(cè)設(shè)立兩排臨時(shí)支墩，將最大拖拉頂推跨度由64 m縮小為46 m。

4.1.2 拼裝、試滑移臨時(shí)支墩

為滿足64 m鋼桁梁拼裝、32 m前導(dǎo)梁拼裝及32 m鋼桁梁試拖拉頂推需要，在19#～23#墩間總計(jì)128 m長(zhǎng)度范圍設(shè)立臨時(shí)支墩。

4.1.3 臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)

每排臨時(shí)支墩包含左右側(cè)共兩個(gè)支墩，每個(gè)支墩基礎(chǔ)為4 m×4 m×1.5 m鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，立柱為4φ529 mm鋼管并采用型材聯(lián)結(jié)。

4.1.4 主體墩及臨時(shí)支墩頂橫梁

為滿足鋼桁梁拼裝及縱向滑移軌道鋪設(shè)要求，在18#～23#墩及每個(gè)臨時(shí)墩頂設(shè)置橫梁，橫梁采用H型鋼組合[5]，臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)見圖2。

4.1.5 主體墩及臨時(shí)支墩高度

為滿足拖拉頂推過(guò)程梁底到硬橫跨的安全距離，在考慮線路坡度、鋼梁撓度、滑塊高度及落梁高度等因素，根據(jù)梁底最大標(biāo)高對(duì)支架高度進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)[6]。

圖2 臨時(shí)支墩示意

4.2 滑移系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1 滑道設(shè)計(jì)

在墩頂及臨時(shí)支墩頂、鋼桁梁縱梁下方位置設(shè)置縱向滑道，滑道采用三拼HM588×300×12×20 H型鋼焊接形成，頂面設(shè)置寬為660 mm，鋪設(shè)4 mm不銹鋼板。

4.2.2 滑塊設(shè)計(jì)

滑塊采用20 mm鋼板焊接成盒狀，高度為500 mm、寬度為600 mm，下方安裝MGE工程合金板，用沉頭螺栓連接。滑塊布置在每個(gè)鋼桁梁、導(dǎo)梁拼裝節(jié)點(diǎn)位置[7]。

4.2.3 拖拉牽引系統(tǒng)

根據(jù)拖拉頂推速度需求及拖拉重量的計(jì)算，選擇采用兩臺(tái)TLJ-600型液壓穿心千斤頂進(jìn)行連續(xù)拖拉，千斤頂單臺(tái)額定拉力為60 t，合計(jì)120 t。液壓千斤頂頂升運(yùn)動(dòng)控制由可編程控制系統(tǒng)(PLC）結(jié)合手動(dòng)觸屏指令進(jìn)行控制調(diào)控[8]。

4.3 導(dǎo)梁及配重

4.3.1 導(dǎo)梁及配重設(shè)計(jì)

(1）前導(dǎo)梁

在鋼桁梁前端設(shè)置總長(zhǎng)32 m(14 m+18 m）導(dǎo)梁，其中:14 m導(dǎo)梁上下弦、腹桿為箱形截面，平聯(lián)采用H型截面，與鋼桁梁采用栓接聯(lián)結(jié)；導(dǎo)梁前端的18 m導(dǎo)梁為帶加強(qiáng)弦桿的雙層雙拼貝雷片，底面高度比滑道梁頂面高500 mm，便于過(guò)跨時(shí)方便上臨時(shí)墩頂滑道[9]。

(2）配重

配重放置在鋼桁梁最后端[10]，配重塊選用長(zhǎng)900 mm、寬900 mm、高1 000 mm的混凝土塊，單塊重量1.8 t；縱向布置9排，橫向布置7排，設(shè)置1層，共計(jì)63塊總重量123 t。

4.3.2 最不利工況驗(yàn)算

根據(jù)拖拉頂推的實(shí)施過(guò)程，將整個(gè)拖拉頂推過(guò)程劃分為11個(gè)工況，采用有限元建模，選擇最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算。

(1）抗傾覆

根據(jù)建模驗(yàn)算，前導(dǎo)梁跨過(guò)既有鐵路接觸對(duì)面臨時(shí)支墩工況為最不利工況(見圖3），其順橋向抗傾覆系數(shù)為3.8，橫橋向抗傾覆系數(shù)為59，滿足規(guī)范要求。

圖3 最不利工況抗傾覆有限元模型

(2）剛度

前導(dǎo)梁跨過(guò)既有鐵路、接觸對(duì)面臨時(shí)支墩時(shí)，鋼桁架最大撓度為19.2 mm，此時(shí)，支點(diǎn)計(jì)算跨度46 m，允許最大撓度L/400=115 mm；導(dǎo)梁最大撓度31.9 mm，最大懸臂長(zhǎng)度32 m，允許最大撓度L/400=80 mm。綜上，鋼桁梁、導(dǎo)梁剛度滿足要求[11]。

5 拖拉式頂推時(shí)間控制及工況劃分

5.1 拖拉式頂推試驗(yàn)

為確?？玷F路拖拉頂推時(shí)順利進(jìn)行，提前檢查發(fā)現(xiàn)過(guò)程中存在異常問(wèn)題及實(shí)際檢測(cè)拖拉頂推速度，在支架前端設(shè)計(jì)32 m拖拉頂推試驗(yàn)段，提前將鋼桁梁前移至鐵路限界位置驗(yàn)證理論拖拉速度[12]。

5.2 跨既有鐵路工況劃分

為確保安全施工及在規(guī)定的天窗時(shí)間內(nèi)完成施工任務(wù)，按照先穩(wěn)后快頂推、盡早完成頂推的原則對(duì)每次天窗點(diǎn)內(nèi)作業(yè)內(nèi)容及工況進(jìn)行了劃分，并根據(jù)施工工況進(jìn)行天窗點(diǎn)計(jì)劃申報(bào)。施工工況劃分及具體順序、內(nèi)容如下:

(1）點(diǎn)前拖拉10 m，使導(dǎo)梁前端距離Ⅳ線2.44 m。

(2）封鎖Ⅱ、Ⅳ線35 min，拖拉10 m使導(dǎo)梁前端距離Ⅰ線3.4 m。

(3）封鎖Ⅰ～Ⅳ線90 min，拖拉26.5 m使導(dǎo)梁前端到達(dá)對(duì)面L6臨時(shí)墩并形成簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。

(4）封鎖Ⅰ至Ⅳ線90 min，拖拉32 m使鋼桁梁E0點(diǎn)至既有線另一側(cè)L6臨時(shí)支墩上。

(5）封鎖Ⅰ至Ⅳ線90 min，拖拉17.6 m使鋼桁梁E0點(diǎn)至永久墩18#墩上，見圖4。

(6）封鎖Ⅰ至Ⅳ線 80 min，18#、19#墩兩端順次進(jìn)行落梁，落梁總高度524 mm。

(7）點(diǎn)外18#、19#墩兩端順次進(jìn)行落梁，落梁總高度920 mm。

(8）點(diǎn)外18#墩落梁高度221 mm，19#墩落梁高度165 mm，落梁完成。

圖4 既有鐵路橫斷面示意

5.3 其他控制時(shí)間措施

在拖拉頂推過(guò)程中，除了拖拉占用時(shí)間外，滑塊的安裝割除、糾偏也會(huì)占用并影響是否能在天窗點(diǎn)內(nèi)完成工作任務(wù)，施工中采取如下措施:

(1）優(yōu)化天窗點(diǎn)內(nèi)滑塊割除的數(shù)量，減少滑塊割除次數(shù)及占用時(shí)間。

(2）對(duì)于必須割除的滑塊，在滑塊即將滑出滑道前1 m時(shí)，提前對(duì)滑塊與鋼桁梁的聯(lián)結(jié)進(jìn)行解除，確?；瑝K在滑出滑道后及時(shí)脫落。

(3）為減少拖拉頂推過(guò)程中鋼桁梁軸線偏差增加點(diǎn)內(nèi)糾偏難度及糾偏占用時(shí)間，保證拖拉過(guò)程中整體施工安全，采用以動(dòng)態(tài)糾偏為主、靜態(tài)糾偏為輔的糾偏方案，同時(shí)在鋼桁梁大小里程側(cè)各安排一臺(tái)測(cè)量機(jī)器人動(dòng)態(tài)監(jiān)控軸線偏差，并及時(shí)預(yù)警[13]。

6 安全管理措施

(1）為準(zhǔn)確及時(shí)掌握頂推施工狀態(tài)，制定監(jiān)測(cè)監(jiān)控方案，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主要構(gòu)件應(yīng)力、撓度。

(2）建立嚴(yán)密的現(xiàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng):現(xiàn)場(chǎng)總指揮全面協(xié)調(diào)駐站安全員、現(xiàn)場(chǎng)副經(jīng)理及各應(yīng)急處置小組，現(xiàn)場(chǎng)副經(jīng)理負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)技術(shù)組、糾偏組及測(cè)量組。

(3）成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組織的應(yīng)急預(yù)案機(jī)構(gòu)，配備技術(shù)保障、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、安全防護(hù)、物質(zhì)設(shè)備及后勤保障等專業(yè)小組。

7 結(jié)束語(yǔ)

在跨繁忙四線鐵路鋼桁梁拖拉實(shí)施工程中共使用5個(gè)天窗點(diǎn)，天窗點(diǎn)內(nèi)拖拉行程64 m，拖拉總行程96 m，準(zhǔn)點(diǎn)、安全地完成了各項(xiàng)作業(yè)內(nèi)容，驗(yàn)證了技術(shù)安全措施的可行性，對(duì)其他跨越繁忙干線拖拉或頂推施工具有借鑒參考意義。