金順利

（中鐵二十四局集團(tuán)江蘇工程有限公司 江蘇南京 210038）

1 引言

橋梁投入運(yùn)營(yíng)后，在長(zhǎng)期的環(huán)境腐蝕與行車荷載作用下會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)承載能力下降［1］。同時(shí)，隨著我國(guó)高速鐵路“八橫八縱”戰(zhàn)略的實(shí)施，橋梁與鐵路線的交叉越來(lái)越頻繁，病害橋梁對(duì)鐵路安全的威脅日益凸顯［2］。所以為了交通出行與既有線運(yùn)營(yíng)安全，越來(lái)越多的病害橋梁需要拆除重建［3］92-100。

不同類型的橋梁在拆除時(shí)面臨著不同問(wèn)題，風(fēng)險(xiǎn)因素也各有不同［4-5］。如跨航道［6］、跨公路［7］橋梁拆除時(shí)應(yīng)首先考慮對(duì)通航、通車的影響；而斜拉橋［8］、懸索橋［9］等受力復(fù)雜的橋型在施工時(shí)則必須采取有效的措施防止結(jié)構(gòu)因受力體系被破壞而突然崩塌。相比于一般橋梁，跨鐵路線橋梁拆除施工既要保證線路的運(yùn)營(yíng)安全，又要確保工程項(xiàng)目順利開(kāi)展，安全防護(hù)工作責(zé)任重大［10-11］。而連續(xù)跨越多條鐵路線的橋梁拆除時(shí)路線的空間限制、列車運(yùn)營(yíng)的時(shí)間限制都會(huì)更加嚴(yán)格，施工中的風(fēng)險(xiǎn)因素復(fù)雜多樣。因此，如何安全高效地開(kāi)展跨多條鐵路線的橋梁拆除施工是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

基于上述考慮，本文圍繞江蘇省鎮(zhèn)江市谷陽(yáng)路跨線橋拆除工程，介紹該工程主要的施工技術(shù)，并結(jié)合理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)開(kāi)展吊運(yùn)施工過(guò)程的安全性分析，以期為類似工程提供參考。

2 工程概況

谷陽(yáng)路跨線橋于1996年建成通車，分為南北兩幅，是一座簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力空心板梁橋。下部結(jié)構(gòu)采用雙矩形橋墩、預(yù)應(yīng)力大懸臂T形蓋梁。全橋共計(jì)23跨，跨徑組合從西向東依次為8×21.5 m＋2×20.0 m＋20.1 m＋24.8 m＋22.0 m＋22.1 m＋2×20.0 m＋7×21.5 m。如圖1所示，該橋跨越了滬寧高鐵、京滬鐵路上下行線以及在建鎮(zhèn)江聯(lián)絡(luò)線等多條鐵路線，對(duì)鎮(zhèn)江市鐵路線兩側(cè)的公路交通意義重大。

圖1 舊橋與既有線位置關(guān)系（單位：m）

經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)營(yíng)，谷陽(yáng)路跨線橋出現(xiàn)了大量病害。其中北幅橋第13孔空心板梁底板產(chǎn)生了嚴(yán)重的縱向裂縫，且部分梁體的縱向裂縫寬度達(dá)到2.5 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)范限值［12］，存在嚴(yán)重的安全隱患。此外，城市的快速發(fā)展使谷陽(yáng)路跨線橋的交通運(yùn)輸能力已經(jīng)接近飽和，難以適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通需求。因此，需要將谷陽(yáng)路跨線橋拆除重建。新橋由18跨預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋組成，其中新橋11號(hào)墩將修建于滬寧高鐵與京滬鐵路上行線間。

3 施工難點(diǎn)分析

（1）與既有線協(xié)調(diào)難度大。谷陽(yáng)路跨線橋跨越了多條繁忙的鐵路線，一天內(nèi)有幾十甚至上百列車途經(jīng)該路段，行車密度大。根據(jù)鐵路線運(yùn)營(yíng)施工的相關(guān)要求，跨鐵路線施工只能在列車運(yùn)營(yíng)的天窗期進(jìn)行。因此，如何在順利展開(kāi)施工的同時(shí)降低對(duì)既有線的影響成為了該工程最關(guān)鍵的問(wèn)題。

（2）空心板梁的實(shí)際承載能力不確定性大。病害會(huì)導(dǎo)致空心板梁的承載能力下降，其中北幅橋第13孔空心板梁的承載能力在縱向裂縫的影響下可能降低得更多。因此，難以確定空心板梁能否承受拆除施工帶來(lái)的劇烈擾動(dòng)。

（3）鐵路線間可用空間狹窄。受鐵路安全防護(hù)設(shè)施的限制，鐵路線之間可用于施工的空間寬度僅10 m左右。這嚴(yán)重限制了施工機(jī)械的活動(dòng)范圍，稍有不慎就可能出現(xiàn)設(shè)備或人員入侵鐵路建筑界限的問(wèn)題。為了順利完成鐵路線間舊橋橋墩的拆除與新橋橋墩的修建，必須設(shè)計(jì)出更加安全可行的施工方案。

4 拆除施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 總體方案

為適應(yīng)谷陽(yáng)路跨線橋的環(huán)境特點(diǎn)，將谷陽(yáng)路跨線橋分為鐵路跨和非鐵路跨兩部分，分別采用不同的拆除方案。其中非鐵路跨橋梁采用破頭機(jī)原位破除；而鐵路跨橋梁結(jié)合繩鋸與架橋機(jī)進(jìn)行拆除。施工時(shí)由東向西逐跨拆除。首先拆除第23～16孔非鐵路跨橋梁，然后拆除第15～12孔鐵路跨橋梁，最后拆除第11～1孔非鐵路跨橋梁。各橋墩在上部結(jié)構(gòu)拆除后隨即拆除，但15號(hào)橋墩暫時(shí)保留，便于鐵路跨其他橋墩的拆除。待其余橋墩拆除后，人工在地面將15號(hào)橋墩拆除（鎮(zhèn)江聯(lián)絡(luò)線尚在建設(shè)中，允許施工機(jī)械進(jìn)入該區(qū)域進(jìn)行橋墩拆除）。

4.2 鐵路跨橋梁拆除工藝

施工的難點(diǎn)主要存在于鐵路跨的拆除中，因此必須嚴(yán)密地組織該部分橋梁的拆除方案，確保施工順利進(jìn)行。

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（1）橫向加固

在T型大懸臂蓋梁的兩端設(shè)置臨時(shí)支撐柱，以防止橋墩發(fā)生側(cè)翻、傾覆等意外情況，如圖2所示。其中臨時(shí)支撐柱采用2φ920×12 mm鋼管（并置），分配梁由4根 45C工字鋼組成。在工字鋼頂部與底部均設(shè)置10 mm厚鋼板，便于荷載傳遞。并在蓋梁與工字鋼頂部的鋼板之間安裝橡膠墊塊，使蓋梁與鋼板緊密貼合。

圖2 蓋梁橫向加固示意

（2）橋面系拆除與梁體切割

正式開(kāi)始拆除前，先將橋上管線改遷，并拆除橋面扶欄、安全網(wǎng)與水泥護(hù)欄等。

橋面系拆除完成后采用金剛繩鋸沿濕接縫將梁體切割分解。切割前先按一定距離將濕接縫打孔，讓繩鋸按孔眼分段切割梁體，從而減小繩鋸切割長(zhǎng)度，避免繩鋸鏈條在梁底產(chǎn)生的垂度過(guò)大與鐵路接觸網(wǎng)相碰。此外，切割施工必須在鐵路封鎖命令下達(dá)后進(jìn)行，并組裝防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行線路保護(hù)，防止水流與碎石掉落砸壞接觸網(wǎng)。

（3）梁體吊裝

架橋機(jī)利用天窗點(diǎn)過(guò)孔就位，并在吊運(yùn)前將鐵路接觸網(wǎng)相應(yīng)供電單元停電。當(dāng)架橋機(jī)支撐在橋墩蓋梁上時(shí)，應(yīng)讓支撐點(diǎn)位于蓋梁的中部，確保有足夠的支撐空間，防止架橋機(jī)滑移發(fā)生危險(xiǎn)。

吊裝前需先在距梁端約1.45 m處的梁側(cè)面打出吊裝孔。通過(guò)吊裝孔綁扎空心板梁。首先將吊索對(duì)折，然后用繩子栓住吊索對(duì)折端，將繩子從吊裝孔中穿過(guò)送至橋底。再將另一根繩子的一端從梁外緣放到橋下，由橋底人工將兩根繩子綁到一起。然后人工在橋面將第二根繩子拉起，把吊索對(duì)折端送回橋面，并掛在起吊橫梁上完成綁扎。

起吊時(shí)先將空心板梁一側(cè)起吊，觀察無(wú)異樣后再起吊另一側(cè)，兩側(cè)位置平衡后由架橋機(jī)運(yùn)送離場(chǎng)。起吊時(shí)應(yīng)盡量緩慢，將起吊速度控制在0.75 m/min左右。架橋機(jī)的行進(jìn)也不得過(guò)快，不得超過(guò)6 m/min。施工中要嚴(yán)格按照左右對(duì)稱順序吊運(yùn)各片空心板梁，以確保蓋梁左右兩側(cè)荷載平衡。每一個(gè)天窗期結(jié)束后，架橋機(jī)需在拆除跨外等到下一個(gè)天窗期才能繼續(xù)施工。

（4）橋墩拆除

為方便架橋機(jī)吊裝，將橋墩分段依次切割吊運(yùn)，如圖3所示。首先進(jìn)行蓋梁的拆除，然后再將橋墩從底部切割后吊運(yùn)。拆除過(guò)程中采用無(wú)支架抱箍法對(duì)橋墩進(jìn)行支撐，并在蓋梁四周加鋼箍固定，防止蓋梁因受力變化而崩裂。14號(hào)橋墩拆除時(shí)，利用15號(hào)橋墩支撐架橋機(jī)前肢腿，架橋機(jī)跨過(guò)京滬鐵路將分割出的橋墩節(jié)段運(yùn)出，如圖4所示。

圖3 橋墩切割拆除（單位：m）

圖4 14號(hào)橋墩拆除示意（單位：m）

當(dāng)14號(hào)橋墩拆除后，由于跨度過(guò)大，無(wú)法繼續(xù)利用15號(hào)橋墩支撐架橋機(jī)進(jìn)行13號(hào)橋墩的拆除工作。但如果采用其他機(jī)械在鐵路線間進(jìn)行13號(hào)橋墩的拆除，不僅會(huì)給施工組織與管理帶來(lái)不便，也會(huì)給鐵路線運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)隱患。為解決這一問(wèn)題，提出了“利用舊橋建新橋，利用新橋拆舊橋”的施工策略。利用尚未拆除的1～12跨舊橋跨過(guò)高鐵線向滬寧高鐵與京滬鐵路上行線之間的場(chǎng)地運(yùn)送建筑材料與施工設(shè)備，在該區(qū)域內(nèi)率先修建起新橋11號(hào)橋墩。新橋11號(hào)橋墩施工完成后，利用該橋墩支撐架橋機(jī)前肢腿完成舊橋第12孔上部結(jié)構(gòu)與13號(hào)橋墩的拆除，如圖5所示。該方法不僅巧妙地解決了在狹窄的鐵路線間進(jìn)行舊橋13號(hào)橋墩拆除與新橋11號(hào)橋墩修建的難題，還有效加快了施工進(jìn)度，最大程度降低了對(duì)既有線的影響。

圖5 13號(hào)橋墩拆除示意（單位：m）

5 吊運(yùn)過(guò)程安全性分析

空心板梁與橋墩的吊運(yùn)是整個(gè)施工中風(fēng)險(xiǎn)最大的環(huán)節(jié)。若吊運(yùn)過(guò)程中梁體或橋墩節(jié)段不慎墜落，不僅會(huì)危及既有線安全，還有可能造成人員傷亡，所以必須嚴(yán)格把控吊運(yùn)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，本節(jié)針對(duì)吊運(yùn)施工中的吊索與空心板梁這兩個(gè)主要的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源展開(kāi)分析。

5.1 吊索承載力驗(yàn)算

鋼絲繩的承載力可按下式驗(yàn)算［3］96：

式中，P為單根吊索的拉力（kN）；k1為動(dòng)載系數(shù)，取為1.2；G為構(gòu)件的重量（kN）；n為吊索數(shù)量；θ為吊索與水平面之間的夾角（°）；k2為吊索的安全系數(shù)，吊裝時(shí)取為6；F為吊索破斷力（kN）；F0為吊索鋼絲破斷力力總和（kN）；φ為換算系數(shù)，取為1.287。

根據(jù)谷陽(yáng)路跨線橋設(shè)計(jì)資料，鐵路跨橋梁?jiǎn)纹招陌辶鹤畲笾亓考s為659.2 kN（包含橋面鋪裝重量）。架橋機(jī)采用的吊索為φ28 mm 35 W×7型圓股鋼絲繩，吊索鋼絲截面面積約為460 mm2，公稱抗拉強(qiáng)度為1 870 MPa。梁體的兩端由兩股鋼絲繩兜底捆綁，相當(dāng)于有8根鋼絲繩共同承擔(dān)荷載，并假設(shè)鋼絲繩與水平面之間的夾角為70°。根據(jù)式（1）、（2）計(jì)算出吊運(yùn)空心板梁時(shí)的吊索拉力P＝105.2 kN，而吊索的破斷拉力為F＝668.4 kN。于是有105.2 kN＜668.4 kN/6＝111.4 kN，吊索承載能力滿足要求。

5.2 吊運(yùn)施工安全監(jiān)測(cè)

起吊過(guò)程中梁體的約束位置向跨中靠攏，跨中彎矩將呈減小趨勢(shì)，一定程度上有利于空心板梁的安全。但受病害的影響，空心板梁在起吊過(guò)程中實(shí)際的內(nèi)力變化情況具有很強(qiáng)的不確定性。尤其是北幅橋第13孔，嚴(yán)重的縱向裂縫給施工安全帶來(lái)了巨大隱患。因此，有必要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為施工安全防護(hù)提供指導(dǎo)。

在空心板梁跨中截面底部安裝應(yīng)變計(jì)采集梁體的縱向應(yīng)變，如圖6所示，圖中w是空心板梁的最大縱向裂縫寬度。監(jiān)測(cè)中采用的應(yīng)變計(jì)為電阻式應(yīng)變計(jì)，采集儀為東華DH 5908無(wú)線動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀，采樣頻率為20 Hz?？紤]到應(yīng)變計(jì)安裝后可能會(huì)掉落，對(duì)列車運(yùn)營(yíng)安全存在隱患。所以施工中僅對(duì)北幅橋第13跨縱向裂縫寬度較大的幾片梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以減少傳感器布置數(shù)量。監(jiān)測(cè)中以有限元法計(jì)算的理論應(yīng)變?yōu)橐罁?jù)定性評(píng)估施工的安全性，當(dāng)監(jiān)測(cè)值與計(jì)算應(yīng)變明顯不同且快速增大時(shí)發(fā)出警報(bào)。

圖6 空心板梁應(yīng)變監(jiān)測(cè)傳感器布置（單位：m）

作為示例，提取出梁L4的應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖7所示（其他梁的實(shí)測(cè)應(yīng)變變化規(guī)律與此相似）。由該圖可知，該梁跨中截面底部中心位置的縱向應(yīng)變隨吊裝過(guò)程呈階梯式變化，明顯地存在兩個(gè)下降段與三個(gè)平緩段。其中的下降段對(duì)應(yīng)著梁體起吊過(guò)程，而三個(gè)平緩段分別對(duì)應(yīng)著起吊之前、一側(cè)起吊之后的觀察期與起吊完成后的運(yùn)送期。在結(jié)果上，空心板梁的最小計(jì)算應(yīng)變?yōu)?28.9 με，而最小實(shí)測(cè)應(yīng)變約為-35 με，計(jì)算應(yīng)變略大。雖然存在一定偏差，但施工過(guò)程中空心板梁的實(shí)測(cè)應(yīng)變隨著起吊過(guò)程逐步減小，變化規(guī)律與計(jì)算應(yīng)變相同，梁體沒(méi)有破壞趨勢(shì)，所以監(jiān)測(cè)中沒(méi)有警報(bào)發(fā)出，施工順利進(jìn)行。

圖7 應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）施工與既有線運(yùn)營(yíng)的協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度的不確定性與既有線對(duì)空間的限制是跨多條鐵路線進(jìn)行橋梁拆除施工首要面臨的問(wèn)題，施工前應(yīng)根據(jù)橋梁的特點(diǎn)針對(duì)這些問(wèn)題嚴(yán)密地組織施工方案。

（2）結(jié)合繩鋸與架橋機(jī)進(jìn)行橋梁拆除有利于降低對(duì)既有線的影響，在跨多條鐵路線橋梁拆除施工中有良好的適應(yīng)性。

（3）通過(guò)“利用舊橋建新橋，利用新橋拆舊橋”的方法能夠有效地解決在狹窄的鐵路線間進(jìn)行舊橋橋墩拆除與新橋橋墩修建的難題，還有助于加快施工進(jìn)度。

（4）直徑28 mm的35W×7型的鋼絲繩承載能力滿足施工要求，并具有足夠的安全儲(chǔ)備；吊運(yùn)過(guò)程中空心板梁的實(shí)測(cè)應(yīng)變會(huì)逐步減小，與理論分析結(jié)果相符，拆除施工順利展開(kāi)。