漢宜鐵路蔡家灣漢江特大橋跨既有漢丹鐵路施工防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

李陸平,王吉連

(中鐵大橋局集團(tuán)漢宜鐵路項(xiàng)目經(jīng)理部,武漢 430043)

1 工程概況

新建(武)漢宜(昌)鐵路HYZQ-1標(biāo)蔡家灣漢江特大橋采用(40+64+40)m連續(xù)梁跨越既有漢丹鐵路,該鐵路為雙線電氣化鐵路,線間距5.0 m,共2股車道,正線與既有線交角為27°。連續(xù)梁跨鐵路橋墩為87號、88號墩。

原方案每個墩設(shè)計(jì)為12根φ1.5 m鉆孔樁,樁長59.0 m,承臺尺寸為14.6 m×10.6 m×3.5 m,承臺底高程為18.8 m。但經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際測量放線,發(fā)現(xiàn)承臺一角已侵入既有線道砟,施工難度非常大。后經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化,將每個橋墩樁基變更為6根φ2.0 m鉆孔樁,樁長為76.5 m,承臺尺寸縮小為13.8 m×8.5 m×4.0 m,并將87號、88號墩承臺底高程分別提高3.3、3.0 m,墩身高度分別變?yōu)?2.85、13.85 m。

設(shè)計(jì)優(yōu)化后,承臺尺寸變小,承臺開挖高度變小,施工難度有所降低,但仍緊臨既有線,施工難度尤其是安全風(fēng)險(xiǎn)較大,具體情況為：(1)87號、88號墩承臺已侵入漢丹鐵路護(hù)欄,緊靠路肩及道床坡腳處,其中87號墩承臺邊緣與鐵路道床坡腳距離僅137 cm,88號墩承臺邊緣與鐵路道床坡腳距離僅90 cm。(2)87號、88號墩靠漢丹鐵路側(cè)地面及路肩高程為26.31 m,而承臺底設(shè)計(jì)高程分別為22.129、21.821 m,基坑垂直開挖深度分別達(dá)4.181、4.489 m。(3)需防護(hù)地段線路為曲線,P60-Ⅲ型混凝土枕,且為無縫線路。上行曲線半徑R=4 980 m,實(shí)際超高36 mm,上行坡度0.5‰；下行曲線半徑R=4 994 m,實(shí)際超高31 mm,下行坡度0.6‰。

2 總體施工方案及施工步驟

針對本工程的實(shí)際情況,為確保營業(yè)線的絕對安全,傳統(tǒng)的線路防護(hù)如挖孔樁、鋼管樁、鋼板樁等無法保證樁基尤其是承臺開挖后,線路幾何尺寸不發(fā)生變化。經(jīng)方案比選,最后采取鐵路工務(wù)段I型鋼便梁和H20鋼枕對線路進(jìn)行加固。樁基施工前申請慢行手續(xù),辦理“天窗”封鎖要點(diǎn),用I型施工便梁和H20鋼枕對線路進(jìn)行加固。承臺開挖前,還必須對路基邊坡插打鋼板樁支護(hù),以防路基坍塌。待樁基、下部結(jié)構(gòu)施工完成后拆除架空線路鋼梁,恢復(fù)正常通車。上部結(jié)構(gòu)采取掛籃懸臂施工,考慮到漢丹線為電氣化鐵路,沒有采取“封閉式”掛籃方案,而是搭設(shè)門式鋼棚架將施工界面與既有線隔離,并能防止小件重物墜落,從而確保連續(xù)梁跨既有線施工安全。具體施工步驟如下。

2.1 施工準(zhǔn)備

(1)做好現(xiàn)場施工調(diào)查,與鐵路部門充分溝通,編制切實(shí)可行的施工方案(含應(yīng)急預(yù)案),逐級報(bào)監(jiān)理、業(yè)主及鐵路設(shè)備管理和路局審批。

(2)分別與鐵路所屬設(shè)備管理單位(工務(wù)段、電務(wù)段、通信段、車務(wù)段)簽訂施工安全協(xié)議、施工配合協(xié)議,明確雙方責(zé)任。

(3)提前參加鐵路部門組織的營業(yè)線培訓(xùn),要求所有參加營業(yè)線施工的管理、操作人員取得“鐵路營業(yè)線施工管理培訓(xùn)合格證”后才能上崗。施工前,對所有人員進(jìn)行全員記名式安全、技術(shù)交底。

(4)在設(shè)備管理單位的配合下,探明地下既有水管、電線、電纜,聯(lián)系有關(guān)部門,采取妥善措施遷移、保護(hù)。

(5)線路加固。利用“天窗”點(diǎn)進(jìn)行線路加固,并按要求辦理列車慢行手續(xù)。為安全起見,申請列車慢行速度為45 km/h。做好現(xiàn)場安全防護(hù)、專人值守和儲備必備的應(yīng)急物資和設(shè)備(如路基坍塌、緊急停車等)。

2.2 鉆孔樁施工

跨鐵路既有線橋梁對鐵路線路加固方案的設(shè)計(jì)往往沒有在既有鐵路線上進(jìn)行頂進(jìn)橋涵施工那么成熟和重視[1]。但由于本工程鉆孔樁很接近鐵路,在列車沖擊作用以及鉆孔樁施工機(jī)械本身的作用力下,很容易造成塌孔,從而造成鐵路路基的突然坍塌,嚴(yán)重危及列車安全。因此,在鉆孔樁施工前,必須對該地段的鐵路進(jìn)行線路加固,并采取安全防護(hù)措施,確保萬無一失。

線路加固后,采用沖擊鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工,對于靠近既有線的樁基采用旋挖鉆機(jī)以便縮短成樁周期。在施工過程中,應(yīng)特別注意以下事項(xiàng)。

(1)根據(jù)每根鉆孔樁的地質(zhì)情況,將護(hù)筒埋設(shè)到土質(zhì)相對穩(wěn)定的土層中,并至少要埋至路基坡腳以下1.0 m 處。

(2)為了減少鉆孔樁在沖孔過程中塌孔的機(jī)會,泥漿的相對密度要保持在1.2以上,黏度保持在26～30 Pa·s。

(3)加強(qiáng)對鐵路線路的檢查和監(jiān)控,并根據(jù)鉆孔樁的樁徑和樁長儲備足夠的片石和黏土,一旦發(fā)生大量塌孔立即回填,并采取一些應(yīng)急措施。

(4)防止泥漿漫流和雨水沖刷路基邊坡,防止路基塌方危及行車安全。

2.3 承臺及墩身施工

本工程承臺基坑實(shí)際開挖深度超過4 m,為確保承臺基坑開挖安全,除線路加固措施外,為防止路基坍塌,還采取以下路基防護(hù)措施：在87號、88號承臺基坑靠近既有線一側(cè),插打拉森Ⅳ型鋼板樁作為防護(hù)樁,防護(hù)樁嵌固深度不小于5 m,樁頂露出地面0.3 m；承臺基坑開挖采用機(jī)械開挖為主、人工配合的方式施工。路基支護(hù)見圖1。

圖1 插打鋼板樁進(jìn)行路基支護(hù)

墩身施工與常規(guī)施工一樣,但需要注意模板的吊裝、混凝土灌注時(shí),要特別防止吊機(jī)、混凝土泵車等機(jī)具設(shè)備“侵界”,造成行車安全事故。

2.4 上部結(jié)構(gòu)

為防止雜物、重物墜落影響既有線安全,在上部結(jié)構(gòu)施工前,需要搭設(shè)門式防護(hù)鋼棚架。0號塊采取墩旁支架法施工,支架搭設(shè)好后進(jìn)行驗(yàn)收,并按1.2倍最大荷載預(yù)壓。其他節(jié)段塊采取菱形掛籃懸臂澆筑,掛籃拼裝后按1.2倍最大荷載預(yù)壓。為確保成橋線形,根據(jù)施工監(jiān)控指令,預(yù)抬底模高程,并及時(shí)對節(jié)段高程進(jìn)行復(fù)核、確認(rèn)。

連續(xù)梁節(jié)段懸臂澆筑時(shí),由于既是高空作業(yè),又是臨近既有線施工,要特別加強(qiáng)臨邊防護(hù),注意掛籃走行、灌注混凝土前的錨固,防止掛籃出現(xiàn)傾覆事故。在具體施工過程中,還應(yīng)采取以下防墜落、防傾覆措施。

(1)防墜落措施：在掛籃兩側(cè)及底部兩側(cè)安裝安全網(wǎng)全封閉,以防雜物等墜落,影響線路運(yùn)營。

(2)防傾覆技術(shù)措施:掛籃使用的吊帶接縫處應(yīng)進(jìn)行探傷檢測,后短吊桿、錨固點(diǎn)等精軋螺紋鋼筋應(yīng)用絕緣膠帶防止電焊碰傷,并定期進(jìn)行更換。掛籃走行前,要加強(qiáng)對滑道錨固、吊掛系統(tǒng)、底側(cè)模等進(jìn)行檢查,確認(rèn)安全后才能走行。

3 既有線施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 線路加固技術(shù)

(1)加固方案

目前鐵路既有線路加固一般有工字鋼縱橫抬梁扣軌法、D型便梁法和I型便梁法等幾種形式。相對而言,I型便梁最大的好處是不需要調(diào)整既有混凝土枕間距,對既有線路的幾何尺寸不產(chǎn)生影響,減少了工作量,而且I型便梁單孔跨度小,跨中撓度小,加固線路穩(wěn)定,提高了安全系數(shù),降低了安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。本工程采取I100型鋼便梁作為線路架空縱梁,采用H20鋼枕作為橫梁。鋼枕與縱梁用高強(qiáng)度螺栓連接。

臨時(shí)支墩必須具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性。一般有枕木垛、現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)、挖孔樁等形式。本工程采取現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)和枕木垛組合方式,先開挖2.0 m×2.0 m擴(kuò)大基礎(chǔ),然后碼放枕木垛,兩臨時(shí)支墩中心距14 m。當(dāng)線路位于曲線時(shí),要將臨時(shí)支墩設(shè)置橫向坡度,滿足超高值[3]。

根據(jù)工務(wù)部門的要求,在兩側(cè)各插入1對25 m短軌作為緩沖區(qū),軌縫按15 mm控制,把無縫線路變?yōu)橛锌p線路。施工過程中要密切注意軌縫寬度和軌溫變化,當(dāng)軌縫密貼或軌溫超過規(guī)定溫度時(shí),要對鋼軌進(jìn)行灑水降溫處理,防止脹軌跑道事故。

87號墩處既有線路加固方案見圖2。

圖2 87號墩處線路加固示意(單位：cm)

(2)便梁的安裝

利用“天窗”點(diǎn)提前穿入H20鋼枕(臨時(shí)支墩處并列穿入2根)。鋼枕在既有混凝土枕的間隙內(nèi)設(shè),穿鋼枕時(shí)按“隔六穿一”的原則,開挖1孔穿1根。

便梁的運(yùn)輸通常采用鐵路運(yùn)輸。先將I100型便梁放在2輛60 t平板車上,采用跨裝方式運(yùn)送到靠近施工地點(diǎn)的車站,架設(shè)時(shí)采用機(jī)車或軌道車牽引平板車方式(要封閉點(diǎn))運(yùn)至現(xiàn)場卸梁。

I型便梁卸梁后,先迅速與臨時(shí)支墩處的橫梁連接,然后及時(shí)用高強(qiáng)螺栓與鋼枕連接,鋼枕與鋼軌接觸面墊好絕緣墊板。因曲線原因?qū)е聼o法安裝尼龍扣件的,為便于控制軌向,鋼軌底邊外側(cè)與縱梁間設(shè)橫向支撐,橫向支撐間距不大于1.5 m。架空臨時(shí)支墩每天必須用水準(zhǔn)儀觀測2次,發(fā)現(xiàn)支點(diǎn)下沉,及時(shí)加固處理。

線路加固完畢,經(jīng)安監(jiān)、工務(wù)等鐵路部門檢查簽認(rèn)確認(rèn)后,方可重新開通線路。

線路加固每個步驟的施工照片見圖3～圖5。

圖3 鋼枕橫梁提前穿入

圖4 軌道車卸Ⅰ型便梁

圖5 Ⅰ型便梁安裝就位

(3)便梁拆除

待承臺施工完畢后,盡快恢復(fù)線路：回填道砟、搗固、撤梁,封鎖線路進(jìn)行應(yīng)力放散,焊軌,恢復(fù)跨區(qū)間無縫線路,進(jìn)行線路驗(yàn)交,申請恢復(fù)常速。

(4)注意事項(xiàng)

①便梁安設(shè)期間,對既有線施工作業(yè)人員要進(jìn)行系統(tǒng)的行車知識和規(guī)章制度教育,制定和落實(shí)各崗位人員的安全生產(chǎn)責(zé)任制,做到分工明確,各行其職、各負(fù)其責(zé)。架子隊(duì)隊(duì)長、技術(shù)負(fù)責(zé)人以及五大員(技術(shù)、安全、質(zhì)檢、試驗(yàn)、材料)、工班長、領(lǐng)工員和施工防護(hù)員等關(guān)鍵崗位的人員,必須經(jīng)考核合格后,方準(zhǔn)上崗任職。

②施工期間設(shè)專人加強(qiáng)對I型便梁及施工區(qū)段內(nèi)既有線路的巡視檢查,及時(shí)排除施工問題。安排專職檢查員,每過一躺車都要進(jìn)行檢測,對有松動的配件及時(shí)加固。

③凡在既有線旁施工,作業(yè)人員和施工機(jī)械有可能侵入限界的處所,均應(yīng)設(shè)置醒目的隔離如警示標(biāo)志(樁、繩、網(wǎng)),不經(jīng)施工負(fù)責(zé)人允許,任何人員、設(shè)備不得進(jìn)入行車限界以內(nèi)。

3.2 門式防護(hù)鋼架

(1)防護(hù)鋼架設(shè)計(jì)

防護(hù)鋼架高度為10.676 m,跨度為13 m。鋼架立柱采用φ630 mm×10 mm鋼管,鋼管柱通過預(yù)埋件與挖孔樁基礎(chǔ)連接。柱頂架設(shè)大縱梁、橫梁,小縱梁、橫梁均采用型鋼HW588×300,橫梁上再布置的I16小縱梁,小縱梁頂部滿鋪4 mm鋼板,上面再滿鋪2 cm厚木板,剛架頂面鋪設(shè)薄鐵皮(圖6)。

圖6 防護(hù)鋼架結(jié)構(gòu)斷面(單位：mm)

(2)防護(hù)鋼架施工

①基礎(chǔ)施工

安全防護(hù)鋼架基礎(chǔ)采用φ2.0 m挖孔樁基礎(chǔ),樁長3.5 m。挖孔樁頂面設(shè)有預(yù)埋件,以便于和鋼架立柱焊接。

②鋼架安裝

在安裝前,應(yīng)仔細(xì)考慮現(xiàn)場起吊設(shè)備性能、吊裝能力和吊距能否滿足要求,在點(diǎn)前作好鋼架吊點(diǎn)并進(jìn)行試吊,點(diǎn)前應(yīng)檢查各種材料、機(jī)具到位情況,現(xiàn)場人員安排情況是否到位。鋼架安裝采用要點(diǎn)分步安裝的方式施工,從兩側(cè)向站場中間逐步安裝,直至最后合龍?？⒐ず蟮姆雷o(hù)鋼架見圖7。

圖7 竣工后防護(hù)鋼棚架

③鋼棚架拆除

梁體合龍后,先將掛籃拆除,然后拆除防護(hù)剛棚架。防護(hù)棚架立柱采用氣割方式人工分散拆除,并在駐站聯(lián)絡(luò)員和防護(hù)員的監(jiān)護(hù)下人工分批運(yùn)送出場。

(3)安全管理措施

①采取接地裝置

采用扁鋼在鋼架底部與大地充分連接,整個鋼架體系共設(shè)置12處接地,保證接地電阻小于10 Ω,使整個鋼架與大地充分接觸,降低感應(yīng)電流的影響。

②防雨水措施

在鋪設(shè)木板時(shí),考慮在每股道范圍內(nèi)設(shè)置人字形流水坡,將雨水盡可能沿兩股道接觸網(wǎng)以外位置排除,不致形成水柱,發(fā)生較大安全事故。

③加強(qiáng)安全防護(hù),確?？缇€施工安全

在87號、88號每一個主墩上安排一個認(rèn)真負(fù)責(zé)的安全防護(hù)員負(fù)責(zé)該梁段的施工,防止施工人員向線路丟棄建筑垃圾等,特別是施工混凝土?xí)r向下傾倒多余的混凝土。

4 結(jié)語

(1)本工程采用I型鋼便梁和鋼枕進(jìn)行線路加固,在施工期間,未發(fā)生一起人身、行車和施工安全事故,確保了營業(yè)線的安全,且工程質(zhì)量和施工進(jìn)度處于可控狀態(tài)。這對于類似既有線工程施工具有一定的借鑒和參考意義。

(2)跨既有線連續(xù)梁采取掛籃懸臂澆筑時(shí),采用門式鋼棚架是一種較好的選擇,它可以將施工界面與既有線進(jìn)行隔離,還能防止小型重物墜落,相比“封閉式”掛籃來說,顯得更加安全、可靠。

(3)對于跨既有線施工,應(yīng)樹立“既有線上無小事”的理念,加強(qiáng)“三全”(全員、全方位、全過程)安全質(zhì)量監(jiān)控,尤其是線路加固、防護(hù)棚架搭設(shè)等。

(4)為確保既有線安全,筆者建議,設(shè)計(jì)上應(yīng)更多地考慮施工因素,在可能的情況下,應(yīng)盡可能加大連續(xù)梁的跨度,保證既有線與橋墩有足夠的安全距離。

[1]羅裕明.上跨式公路橋鉆孔樁施工時(shí)鐵路線路的加固方法[J].路基工程，2003(1)：10-11．

[2]馬占凱.工便梁加固線路頂進(jìn)大跨度橋涵技術(shù)[J].山西建筑，2009(18)：324-325.

[3]靳銳勇.有線上頂進(jìn)立交橋采用D型鋼便梁進(jìn)行線路加固的施工方法[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003(12)：17-19.