孫愛田
(中鐵六局集團北京鐵路建設(shè)有限公司,北京 100036)
隨著城市發(fā)展和交通量日益增加,市政道路建設(shè)項目也隨之增多,不可避免出現(xiàn)市政橋梁與高速鐵路交叉或并行的情況。由于高鐵的特殊性和重要性,橋梁建設(shè)過程需要確保高鐵運營的絕對安全,給正常施工增加了難度。其中,上加勁鋼桁梁橋平行于高速鐵路施工的項目,因橋梁高度較高、跨度較大、距離高鐵線路近,采用常規(guī)的施工工藝在拼裝過程中任何物體和材料的墜落將直接影響高鐵列車的安全運營,且整個施工周期較長,施工安全風(fēng)險高、影響范圍廣。
廊坊市交通中心工程光明道立交橋為國內(nèi)首座上跨京滬高鐵的上加勁連續(xù)鋼桁梁橋,采用“異位拼裝,橫移就位”的施工工藝,將鋼桁梁由原設(shè)計位置向遠離高鐵方向外移一定距離進行拼裝作業(yè),拉開橋梁與高鐵的間距,拼裝結(jié)束后,將鋼桁梁再向高鐵線路側(cè)整體橫移至設(shè)計位置。此工藝將鋼桁梁拼裝過程對高鐵安全運營的影響降至最低,同時由于遠離高鐵拼裝,施工效率高、周期短,取得了良好的效果。
廊坊市交通中心光明橋上跨京滬高鐵、京滬鐵路,西牽出線,規(guī)劃京津四道,共12股道。項目建成后,將貫通廊坊市東西中軸線,結(jié)束鐵路對廊坊市區(qū)劃分的局面,解決困擾廊坊市多年的交通問題。標段控制性工程主橋采用(119+268+119)m上加勁連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)形式,主橋全長506m,寬34.2m,橋梁結(jié)構(gòu)高42m、最高點距地面59m。該橋分兩幅分別平行于京滬高鐵和京滬鐵路進行鋼桁梁拼裝,其中鄰近京滬高鐵鋼桁梁跨度為(119+138)m,橋面寬度32.2m,而梁體設(shè)計邊線距離京滬高鐵柵欄2m、距京滬高鐵四道中心12.9m。主橋位于廊坊站、廊坊北站站場內(nèi),自橋梁小里程向大里程方向依次跨越京滬高鐵四道、京滬高鐵上行線、京滬高鐵下行線、京滬高鐵三道、京滬四道、京滬上行線、京滬下行線、京滬三線、京滬五道、京滬七道、西遷出線共計11條既有線路。本橋為國內(nèi)首座上跨京滬高速鐵路的上加勁連續(xù)鋼桁梁橋,采用橫移轉(zhuǎn)體縱移合龍法施工,遠離高鐵側(cè)15m進行鋼結(jié)構(gòu)拼裝,轉(zhuǎn)體施工前需將鋼桁梁向高鐵側(cè)橫移15m,降低了墜落物影響高鐵運營的風(fēng)險,減少了拼裝過程對高鐵地基的擾動,保證了既有高速鐵路的運營安全。
1)原位懸拼吊機拼裝 鋼桁梁最高點距地面59m,梁體距京滬高鐵聲屏障最近為8.5m,鄰近京滬高鐵、京滬鐵路進行鋼桁梁拼裝,確保既有鐵路的運營安全、鐵路設(shè)備的安全是工程難點。如果采用傳統(tǒng)懸拼吊機臨近高鐵原位拼裝施工,鄰近京滬高鐵鋼桁梁橋面總寬度32.2m,懸拼吊機位于鋼桁梁橫向中心位置,而梁體設(shè)計邊線距京滬高鐵四道中心12.9m,吊臂長度42m,旋轉(zhuǎn)半徑勢必會侵入運營高鐵安全線以內(nèi),影響鐵路運營安全。車行道鋼桁梁懸拼吊機平面拼裝如圖1所示。
圖1 車行道鋼桁梁懸拼吊機平面拼裝示意
2)原位吊車拼裝 臨近高鐵采用汽車式起重機或履帶式起重機等吊裝機械進行原位吊裝施工,按照臨近鐵路施工安全管理條例需進行多次要點施工,會大大延誤工期,增加成本。
3)異位拼裝,橫移就位 結(jié)合周圍復(fù)雜環(huán)境及橋梁上加勁結(jié)構(gòu)形式,采用“異位拼裝,橫移就位”的施工方法,鋼桁梁拼裝時,向遠離鐵路側(cè)整體預(yù)偏15m,拼裝完成后,借助橫移滑道將鋼桁梁整體向鐵路側(cè)橫移15m至設(shè)計位置,將梁體與主墩進行連接。
為保障鐵路的運營安全,通過對以上3種方案的計算模擬分析與現(xiàn)場情況安全因素的綜合考慮,本工程選取了異位拼裝,橫移就位的施工方法,即鋼桁梁在拼裝時,拼裝位置較設(shè)計位置整體向遠離鐵路側(cè)偏移15m(受場周邊道路、小區(qū)影響,最大限度為15m),加大鋼桁梁與既有高速鐵路的間距,鋼桁梁拼裝采用支架法,拼裝順序為自中間向兩側(cè)進行,提高拼裝過程中桿件及橋面板的穩(wěn)定性、安全性,又降低了拼裝的累計誤差。鋼桁梁拼裝完成后,拆除梁體下部的支架體系,鋼桁梁由4條橫移滑道受力,將鋼桁梁向鐵路方向側(cè)向橫移至設(shè)計位置,然后進行落梁施工,拆除橫移體系,將梁體與墩身進行連接,完成鋼桁梁鄰近高速鐵路的拼裝施工,施工工藝流程如圖2所示。
圖2 施工工藝流程
鋼桁梁采用臨時支架輔助法拼裝,拼裝支架設(shè)置在鋼桁梁節(jié)點中心處,在鋼桁梁拼裝階段起臨時支撐作用,高鐵側(cè)鋼桁梁下方設(shè)置18道拼裝支架,普鐵側(cè)鋼桁梁下方設(shè)置17道拼裝支架。僅高鐵側(cè)端部L0號支墩采用擴大基礎(chǔ),其余均為單樁單柱結(jié)構(gòu)形式,樁徑1.25m,樁基上部設(shè)置φ800mm×16mm和φ1 000mm×16mm兩種鋼立柱,其中普鐵側(cè)L24,L27號為φ1 000mm×16mm鋼立柱,其余為φ800mm×16mm鋼立柱。L41號立柱為鋼管混凝土結(jié)構(gòu),鋼管里灌注C30混凝土。縱橋向立柱間采用柔性拉索固定,在中間起始段設(shè)剛性支撐(主墩處及主墩兩側(cè)各1個節(jié)間范圍),管徑φ630mm×10mm。高鐵側(cè)支架在中間部位設(shè)置剛性支墩,普鐵側(cè)支架在永久墩處抱墩。拼裝支架鋼立柱如圖3所示。
圖3 拼裝支架鋼立柱立面
鋼立柱頂部平臺上設(shè)置砂箱、墊梁、墊塊,砂箱直徑為800mm,高度根據(jù)支架不同分為0.3,0.7,1m;砂箱上部放置1個墊梁,結(jié)構(gòu)尺寸為橫橋向1.2m、縱橋向0.75m、高度0.35m;墊梁上部放置1個墊塊,結(jié)構(gòu)尺寸為橫橋向0.4m、縱橋向0.75m、高度0.3m,如圖4所示。
圖4 拼裝支架頂部墊梁、墊塊、砂箱布置
高鐵側(cè)鋼桁梁拼裝過程中,為保證高鐵運營安全,遠離鐵路方向、預(yù)偏設(shè)計位置15m進行拼裝,拼裝完成后,利用橫移滑道將鋼桁梁橫移至設(shè)計位置。高鐵側(cè)鋼桁梁下方垂直于鐵路方向設(shè)置4道橫移滑道,4組支架分別布置在E3,E8,E13,E18節(jié)點位置?;雷罡?7.9m,采用樁基+承臺+鋼管柱+鋼箱滑道梁結(jié)構(gòu)形式?;A(chǔ)采用四樁承臺,樁徑1m,每道橫移滑道靠近鐵側(cè)承臺和最遠離鐵路側(cè)承臺下方樁長50m,其余承臺下方樁長45m,承臺尺寸為4.5m×4.5m×1.5m;采用雙鋼管立柱,邊柱鋼管為φ1 020mm×20mm,中柱鋼管為φ820mm×20mm,橫向用聯(lián)板連接,縱向采用φ325mm×8mm剪刀撐;滑道梁高2.4m,寬2.4m,長47m,拼裝完成后,頂部焊鋼板找平?;懒荷箱佋O(shè)不銹鋼板,每道橫移滑道上方設(shè)置2個上滑靴,與主桁桿件焊接,上滑靴與下滑道間鋪設(shè)MGE滑塊。橫移滑道平、立面布置如圖5所示。
圖5 橫移滑道平、立面布置
根據(jù)設(shè)計檢算,鋼桁梁拼裝過程中,鋼管柱的彈性變形最大為6.5mm,拼裝高程及線形已考慮彈性變形及沉降的影響。
通過對門式起重機、懸拼吊機、汽車式起重機等3種吊裝機械在安全性、拼裝精度等方面進行比選,最終確定采用門式起重機進行拼裝,具有以下優(yōu)點。
1)拼裝機械安全性 門式起重機相對于汽車式起重機、履帶式起重機、回轉(zhuǎn)吊機等機械,具有穩(wěn)定性好、移動方便、操作快捷、沒有轉(zhuǎn)臂風(fēng)險、對高鐵影響小的特點,更加適合鄰近高鐵線路作業(yè)。
2)拼裝精度 鋼桁梁的平弦和加勁弦均按照由中間向兩邊的順序進行拼裝,平弦拼裝完成再拼裝加勁弦,降低了鋼桁梁拼裝過程中的累計誤差,保證了拼裝精度。
3)施工效率 利用門式起重機鄰近高鐵進行鋼桁梁拼裝,可辦理鐵路鄰近營業(yè)線施工計劃,在配以相應(yīng)安全措施的情況下,能夠達到全天作業(yè)。
4)鄰近高鐵施工安全性 門式起重機的應(yīng)用,降低了大型機械傾覆的危險,吊裝過程無侵限的風(fēng)險,能夠及時應(yīng)對各種突發(fā)天氣狀況,保證既有高速鐵路的運營安全。
5)施工成本 門式起重機造價低、使用成本低,施工效率高,能夠降低整體成本。
高鐵側(cè)鋼桁梁拼裝采用2臺門式起重機進行,型號分別為ME70+70T-50.25M=64M,ME70+70T-37.55M=48M。ME70+70T-50.25M=64M門式起重機支腿軌道中心間距為50.25m、整體高度為67.8m,內(nèi)部使用凈空為寬45.9m、高64m,額定吊重為70t。ME70+70T-37.55M=48M門式起重機支腿軌道中心間距為37.55m、整體高度為51.8m,內(nèi)部使用凈空為寬36.4m、高48m,額定吊重為70t。
門式起重機拼裝鋼桁梁時與既有鐵路位置關(guān)系:凈空64m高門式起重機支腿外沿距京滬高鐵混凝土柵欄1m,距聲屏障7.5m,距京滬高鐵四道線中11.9m;凈空48m高門式起重機支腿外沿距京滬高鐵混凝土柵欄13.9m,距聲屏障20.4m,距京滬高鐵四道線中24.8m;綜上所述,兩臺門式起重機均可滿足臨近鐵路施工的規(guī)范要求。
門式起重機遠離鐵路拼裝,支腿吊裝采用1臺400t履帶式起重機和1臺300t汽車式起重機,將支腿提升至垂直狀態(tài),由工人完成支腿的4道拉錨,完成支腿吊裝。主梁以400t履帶式起重機為主進行吊裝,300t汽車式起重機為輔。400t履帶式起重機提升至設(shè)計位置,由300t汽車式起重機及人工調(diào)節(jié)主梁方向,精確對孔就位,連接支腿與主梁,拆除拉錨連接。最后吊裝2臺小車、安裝電氣線路等附屬,完成門式起重機的拼裝。通過拼裝軌道橫移至運行軌道上,在門式起重機四角、平行鐵路方向設(shè)置4道拉錨,利用千斤頂分別將單側(cè)支腿下方一側(cè)頂起,將走形輪旋轉(zhuǎn)90°至運行軌道上。完成行走體系的轉(zhuǎn)換后,在運行軌道上進行鋼桁梁的拼裝工作。其中1臺門式起重機高度69m、跨度48.9m,用于拼裝中墩加勁弦及小里程側(cè)鋼桁梁;1臺高度53m、跨度36.2m,用于拼裝大里程側(cè)鋼桁梁,此時門式起重機支腿距京滬高鐵柵欄分別為1,13.9m。門式起重機施工工藝流程如圖6所示。
圖6 門式起重機施工工藝流程
鋼桁梁采用門式起重機自中墩處開始向兩側(cè)進行拼裝,具體拼裝步驟如下(見圖7)。
圖7 鋼桁梁拼裝工藝流程
1)先吊裝中墩處橋面板,對稱安裝橋面板兩側(cè)下弦桿與橋面板連接,然后依次對稱安裝中墩前后各兩個節(jié)間下弦桿件,橋面板緊隨其后安裝,使底部形成一個整體。
2)自中墩處向兩側(cè)依次對稱安裝豎桿,在豎桿安裝完成后立即安裝斜桿,使之成為三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
3)自中墩處向兩側(cè)依次安裝上弦桿,然后安裝平聯(lián)桿件,安裝靠近鐵路側(cè)挑臂。
4)中墩處4個節(jié)間平弦成為整體桁架結(jié)構(gòu)后,2臺門式起重機分別向兩側(cè)按照下弦桿→橋面板→豎桿→斜桿→上弦桿→平聯(lián)→挑臂的順序完成平弦鋼桁梁的拼裝。
5)加勁弦安裝施工自中墩處開始,先安裝中墩兩側(cè)各兩個節(jié)間的豎桿、斜桿,下部形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后再安裝上部豎桿、加緊弦桿,然后向兩側(cè)同步按照豎桿、斜桿、加勁弦桿的順序完成加勁弦的安裝。
6)最后吊裝遠離鐵路側(cè)挑臂,完成整個鋼桁梁的拼裝工作。
1)鋼桁梁按照由中間向兩端的順序進行拼裝,降低拼裝累積誤差,保證精度。
2)鄰近高速鐵路鋼桁梁拼裝施工,桿件連接均在封閉的吊籃內(nèi)進行,防止小型構(gòu)件和螺栓等發(fā)生墜落,影響高鐵運營安全。
3)桿件、橋面板吊裝用的吊環(huán)、吊具、鋼絲繩需根據(jù)不同的質(zhì)量詳細計算,滿足鄰鐵施工安全系數(shù),吊裝前對型號、連接質(zhì)量進行檢查。
4)鋼桁梁拼裝過程中,對高鐵線路進行自動化監(jiān)測,監(jiān)測隨著橋梁荷載的不斷增大引起高鐵線路的沉降情況,設(shè)置三級預(yù)警制度,及時采取措施保證既有高鐵運營安全。
5)鋼桁梁高強螺栓連接質(zhì)量、焊接質(zhì)量、涂裝質(zhì)量、線形控制測量、應(yīng)力監(jiān)測、變形監(jiān)測等全部需滿足規(guī)范要求,保證拼裝完成后的質(zhì)量和精度。
橫移牽引系統(tǒng)包括:主控臺操作系統(tǒng)、智能同步液壓泵站及連續(xù)頂推千斤頂3部分,借助PLC總控系統(tǒng)實現(xiàn)4處牽引精準同步。在每道滑道梁前端設(shè)置2臺200t連續(xù)頂推千斤頂,對應(yīng)地面處設(shè)置1臺液壓泵站,4臺泵站接入總控臺(見圖8)。
圖8 鋼桁梁橫移牽引體系立面布置
鋼桁梁支架拆除完成后,開始進行整體側(cè)向橫移施工。在每道滑道梁上設(shè)置2臺200t連續(xù)頂推千斤頂作為牽引動力,千斤頂設(shè)置在滑道梁最前端,千斤頂后方設(shè)置反力座和限位裝置。每臺千斤頂設(shè)置1束連續(xù)頂推拖拉索,每束由12根強度等級為1 860MPa的φ15.24mm鋼絞線組成,每束分別固定在梁底滑靴上的預(yù)埋錨固點,在鋼絞線之間增加1道錨具,防止鋼絞線斷裂引發(fā)危險。滑道梁兩側(cè)設(shè)置工人操作平臺,平臺四周綁扎鐵絲網(wǎng),防止小型構(gòu)件墜落。同時,在滑道梁端頭、靠近鐵路側(cè)設(shè)置操作平臺,用于工人切割鋼絞線,靠近鐵路側(cè)欄桿用雪花鋼板封閉,防止鋼絞線向鐵路方向斷裂。
首先進行試橫移,確定牽引力、動靜摩擦力、點動位移值、慣性位移值等數(shù)據(jù),分析結(jié)果,修正實施方案。橫移前,梁體總重9 175.8t,靜摩擦力系數(shù)按0.1計,牽引力為912t,千斤頂牽引最小安全系數(shù)為1.64,梁體距京滬高鐵聲屏障最近處為23.5m。正式橫移速度控制在2m/h,橫移過程中實時對梁體位移、線形、應(yīng)力及滑道體系的變形、應(yīng)力進行監(jiān)測,實行三級預(yù)警制度,遇橫、縱向偏差時,將千斤頂調(diào)為點動進行糾偏,直至橫移就位。對鋼桁梁的位置進行控制測量,確保就位精度。橫移施工在高鐵夜間停運鐵路維修天窗時間段內(nèi)進行,京滬高鐵每日夜間維修天窗共計4h,需2次可完成整個橫移施工。橫移后梁體距京滬高鐵聲屏障最近為8.5m。鋼桁梁橫移施工效果如圖9所示,橫移施工如圖10所示。鋼桁梁異位拼裝、橫移就位后效果如圖11所示。
圖9 鋼桁梁橫移施工效果
圖10 鋼桁梁橫移施工平面
圖11 鋼桁梁異位拼裝、橫移就位后效果
施工監(jiān)控首先依據(jù)設(shè)計文件以及采集到的現(xiàn)場鋼桁梁尺寸和特性數(shù)據(jù)等,建立符合現(xiàn)場實際的具有足夠工序精細度的理論計算模型。在鋼桁梁橫移過程中,根據(jù)實測撓度與理論撓度、支承面實測線形與理論線形的對比來修正有關(guān)參數(shù),反饋分析各工況典型支承面的反力。監(jiān)控工作需要根據(jù)實測坐標,以成橋時鋼桁梁線形為目標,根據(jù)各項測量數(shù)據(jù)的允許誤差范圍計算出允許的線形與應(yīng)力偏差值作為預(yù)警值。一旦實際線形和應(yīng)力超出允許范圍,應(yīng)找出原因,確定控制措施并預(yù)測后續(xù)施工狀態(tài)。
應(yīng)力監(jiān)測包括主桁應(yīng)力監(jiān)測和橫移滑道支架應(yīng)力監(jiān)測,監(jiān)測采用表貼式應(yīng)力傳感器,所有應(yīng)變計接入無線采集系統(tǒng),進行自動化實時監(jiān)測。主桁應(yīng)力測點選取各工況下出現(xiàn)的最大變化節(jié)點處進行監(jiān)測,每個桿件頂面和底面對稱布設(shè)2個應(yīng)變傳感器,合計共監(jiān)測12個桿件,總計24個應(yīng)變測點。橫移滑道支架應(yīng)力監(jiān)測選取第3排中的1根和第6排中的1 根立柱頂部及下滑道梁跨中底面作為應(yīng)變監(jiān)測點,每根立柱對稱布置3個應(yīng)變傳感器,下滑道底面布置1個應(yīng)變傳感器,全橋合計4根立柱,2個下滑道底面,共計14個應(yīng)變測點。應(yīng)力監(jiān)測如表1所示。
表2 應(yīng)力監(jiān)測
鋼桁梁橋鄰近高速鐵路施工具有較高的施工難度和風(fēng)險,采用異位拼裝、橫移就位的施工工藝,較常規(guī)拼裝方案具有安全系數(shù)高、對高鐵影響小的特點,對今后類似橋梁項目鄰近高鐵的安全順利實施具有很好的借鑒和指導(dǎo)作用,可作為臨近鐵路施工的新思路,具有一定的參考和推廣價值。
1)本工程所涉及的臨時工程,包括拼裝支架、橫移滑道等,均需進行設(shè)計檢算,承載力、荷載、最不利工況檢算等均需滿足要求,確保使用安全。
2)鋼桁梁正式橫移前需進行試橫移施工,確定滑道體系和梁體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、梁體抗傾覆系數(shù)滿足要求后再進行正式橫移;橫移過程中實時觀測同步性和臨時結(jié)構(gòu)變形情況,確保梁體無扭曲、傾覆的風(fēng)險。