鐵路上跨橋防撞墻移動(dòng)作業(yè)架施工技術(shù)

張林昌

(江蘇雷威建設(shè)工程有限公司,江蘇南京 210003)

新建鐵路上跨橋防撞墻及防拋網(wǎng)施工,位于鐵路既有線上空,一般需在線路封鎖天窗時(shí)間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。由于各工序施工周期較長(zhǎng),且均為臨邊作業(yè),常規(guī)施工方法存在諸多隱患。線路封鎖施工雖能保證鐵路行車安全,但仍難避免施工期間可能發(fā)生的高空墜物造成鐵路設(shè)施損壞(尤其電氣化區(qū)段)。介紹移動(dòng)作業(yè)架施工技術(shù),采用“物理隔離措施、封閉作業(yè)環(huán)境”的思路,利用既有橋面作為輔助設(shè)備使用空間,使用外掛籃方式的移動(dòng)作業(yè)架形成獨(dú)立封閉的作業(yè)區(qū)域,將施工操作面與既有鐵路隔離,確保鐵路行車安全和施工期間人身安全。以下結(jié)合蘇州北環(huán)東延二期工程BH-7標(biāo)段具體實(shí)施情況,簡(jiǎn)單介紹該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。

1 工程概況

蘇州北環(huán)快速路東延二期工程位于蘇州工業(yè)園區(qū),BH-7標(biāo)項(xiàng)目為互通式立交,其中兩幅匝道橋均跨越京滬鐵路及滬寧城際高鐵,平均跨度為40～43 m。該工程共約220 m鋼筋混凝土防撞墻位于既有京滬鐵路和新建的滬寧城際高鐵(當(dāng)時(shí)尚未正式開(kāi)通)上方。京滬鐵路為全國(guó)最繁忙的鐵路干線之一,雙線電氣化區(qū)段,鐵路行車安全必須確保萬(wàn)無(wú)一失。

2 移動(dòng)作業(yè)架結(jié)構(gòu)說(shuō)明

根據(jù)現(xiàn)階段鐵路營(yíng)業(yè)線施工特點(diǎn)及要求,采用可靠的安全裝置,將防撞墻施工界面與既有鐵路完全隔離,在鐵路上空形成完全封閉的作業(yè)面,減少施工對(duì)鐵路行車造成的影響，移動(dòng)作業(yè)架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 移動(dòng)作業(yè)架三維模型

移動(dòng)作業(yè)架為鋼結(jié)構(gòu),整個(gè)作業(yè)架框架主體由外掛籃、主桁移動(dòng)小車、配重框等組成,通過(guò)螺栓及鋼絲繩斜拉桿連接成一體。其中外掛籃為全封閉結(jié)構(gòu)(型鋼骨架+定制擋板),懸挑至橋面以外的鐵路上空,完全將施工界面與既有鐵路隔離,同時(shí)為施工人員提供了安全的操作空間。主桁移動(dòng)小車是整個(gè)結(jié)構(gòu)的主體,能夠起到平衡整個(gè)結(jié)構(gòu)的作用,底部設(shè)置行走裝置確保整個(gè)移動(dòng)作業(yè)架使用的靈活性。配重框的主要作用就是平衡外掛籃中荷載的作用；通過(guò)頂部連接裝置將上述組件有機(jī)連接在一起,使整個(gè)移動(dòng)作業(yè)架結(jié)構(gòu)能夠滿足既定功能的要求。移動(dòng)作業(yè)架結(jié)構(gòu)主要組件需先在工廠焊接完成安裝,然后再分別將組件運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行螺栓連接,最終形成整個(gè)作業(yè)架框架的結(jié)構(gòu)主體。

綜合考慮鐵路防撞墻(含防拋網(wǎng))常規(guī)尺寸、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、橋梁平豎向曲線及使用功能等方面因素,確定移動(dòng)作業(yè)架斷面結(jié)構(gòu)(如圖2所示),作業(yè)架單元每節(jié)長(zhǎng)6 m,可以根據(jù)防撞墻長(zhǎng)度采用多節(jié)作業(yè)架組合使用。

圖2 移動(dòng)作業(yè)架截面(單位：mm)

3 移動(dòng)作業(yè)架結(jié)構(gòu)檢算

3.1 荷載取值

(1)恒載

鋼結(jié)構(gòu)理論自重3.128 t,ρ=7 850 kg/m3。

(2)活載

外掛籃：1.5 t/6 m=2.5 kN/m,按線荷載布置在作業(yè)架的最外側(cè)。

配重：2 t/(1.97 m×6 m)=1.692 kN/m2,按均布荷載均勻布置在配重框內(nèi)。

(3)風(fēng)荷載

考慮到施工條件為江蘇省內(nèi),同時(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)的敏感性較強(qiáng),因此風(fēng)荷載基本風(fēng)壓值取江蘇省各地50年內(nèi)最大值：0.55 kN/m2,地面粗糙度為B類。計(jì)算高度暫按30 m高度取。

依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)(2006年版),風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為

wk=βzμsμzw0

其中各參數(shù)取值如下：μs=1.3,μz=1.42,βz=1.42。

3.2 荷載組合

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗傾覆承載力驗(yàn)算,荷載組合見(jiàn)表1。

表1 荷載組合

3.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)

(1)應(yīng)力指標(biāo)

桿件最大組合設(shè)計(jì)應(yīng)力不大于0.95f(f為鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度)。

(2)桿件截面指標(biāo)

長(zhǎng)細(xì)比：受壓和壓彎桿件λ≤150。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

(1)分析軟件

首先在CAD中建立作業(yè)架的三維模型,然后導(dǎo)入結(jié)構(gòu)有限元軟件SAP2000中進(jìn)行計(jì)算,有限元模型的整體坐標(biāo)系如圖3所示。

圖3 有限元模型整體坐標(biāo)系

(2)單元的選用

模型中梁柱采用SAP2000中的梁?jiǎn)卧?支撐采用兩端釋放彎矩的桿單元，面荷載采用加載面進(jìn)行施加。加載面通過(guò)無(wú)剛度的殼單元(厚度設(shè)置為0)進(jìn)行模擬。

(3)荷載的施加

結(jié)構(gòu)自重通過(guò)軟件自動(dòng)計(jì)算,外掛籃內(nèi)活荷載按移動(dòng)作業(yè)架一節(jié)活荷載換算成線荷載,并按最不利位置布置在外掛籃內(nèi),配重框內(nèi)活荷載按一節(jié)活荷載換算成均布荷載,通過(guò)加載面施加面荷載。風(fēng)荷載主要施加在外掛籃側(cè)面,通過(guò)加載面施加面荷載。

(4)整體分析結(jié)果

桿件截面類型：HW100×100×6×8 mm,L63×5 mm,焊接矩形管172×122×8×8 mm；

拉索類型：鋼絲繩類別6×19(a)或則6×19(b),公稱直徑12 mm；

鋼結(jié)構(gòu)桿件理論鋼材用量為3.128 t。

3.5 抗傾覆承載力驗(yàn)算

通過(guò)建立模型,分別在主桁架的下端2側(cè)各設(shè)置3個(gè)支點(diǎn),然后采用荷載組合1～組合5進(jìn)行抗傾覆承載力驗(yàn)算,如果任何一個(gè)支點(diǎn)的豎向反力小于零,則認(rèn)為不滿足抗傾覆承載力驗(yàn)算,反之如果任何一個(gè)支點(diǎn)的豎向反力大于零,則認(rèn)為滿足抗傾覆承載力驗(yàn)算。豎向反力正反向取向上為正。驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖4～圖8,結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),支點(diǎn)反力均沿Z軸正方向,滿足抗傾覆承載力驗(yàn)算。

圖4 組合1的支點(diǎn)反力(單位：kN,滿足要求)

圖5 組合2的支點(diǎn)反力(單位：kN,滿足要求)

圖6 組合3的支點(diǎn)反力(單位：kN,滿足要求)

圖7 組合4的支點(diǎn)反力(單位：kN,滿足要求)

圖8 組合5的支點(diǎn)反力(單位：kN,滿足要求)

3.6 檢算結(jié)論

通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)的靜力分析及對(duì)該結(jié)構(gòu)在各種工況組合下的抗傾覆驗(yàn)算,滿足使用要求。

4 移動(dòng)作業(yè)架施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

按照移動(dòng)作業(yè)架工藝進(jìn)行鐵路上跨橋防撞墻施工,因涉及既有線行車設(shè)備安全,根據(jù)鐵路營(yíng)業(yè)線施工相關(guān)規(guī)定,需制定專項(xiàng)方案并經(jīng)相關(guān)管理部門、設(shè)備管理單位評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后實(shí)施。

4.2 移動(dòng)作業(yè)架拼裝

移動(dòng)作業(yè)架組件于工廠加工成形,集中運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。拼裝前按照橋梁懸臂板邊緣與外掛籃相應(yīng)位置,在地面鋪設(shè)14號(hào)槽鋼作為作業(yè)架移動(dòng)軌道,確保外掛籃安裝完成后的提供的工作空間不小于50 cm,軌道鋪設(shè)范圍從作業(yè)架拼裝位置到鐵路跨作業(yè)架就位位置。

拼裝以節(jié)(6 m/節(jié))為單位,在鐵路保護(hù)區(qū)以外橋面逐節(jié)拼裝,所需拼裝節(jié)數(shù)根據(jù)鐵路上跨橋跨徑確定,移動(dòng)作業(yè)架組裝完成后總長(zhǎng)度應(yīng)滿足完全封閉既有鐵路上方的要求。拼裝采用汽車吊、人工配合完成,并按照設(shè)計(jì)荷載(2t/節(jié))設(shè)置配重。完成拼裝后的移動(dòng)作業(yè)架,應(yīng)安排專人進(jìn)行檢查,確認(rèn)作業(yè)架所有連接件、螺栓、銷軸連接牢固,外掛籃封閉嚴(yán)密且外部無(wú)多余附著物后,進(jìn)行試運(yùn)行。

4.3 設(shè)備試運(yùn)行

移動(dòng)作業(yè)架試運(yùn)行同樣位于鐵路保護(hù)區(qū)以外進(jìn)行,其目的在于檢查作業(yè)架各部件連接、移動(dòng)車輪與軌道適應(yīng)情況,外掛籃部分與橋梁懸臂板相對(duì)位置變化關(guān)系,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理,以確保作業(yè)架在封鎖時(shí)間內(nèi)順利就位。同時(shí)確定作業(yè)架移動(dòng)所需推力。

4.4 移動(dòng)作業(yè)架就位

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒后,按規(guī)定對(duì)鐵路線路進(jìn)行封鎖,一般情況外掛籃底端距離接觸網(wǎng)承力索均大于2 m,因此在電氣化區(qū)段進(jìn)行施工時(shí)不需要停電配合。封鎖期間,采用人力(或機(jī)械牽引)將移動(dòng)作業(yè)架分節(jié)推入鐵路上方指定地點(diǎn),作業(yè)架分節(jié)就位后再采用連接螺絲將每節(jié)作業(yè)架連接組成整體,相鄰作業(yè)架之間拼縫采用木板封閉嚴(yán)密,外掛籃與橋梁懸臂板采用定制擋板封閉牢固,在每個(gè)移動(dòng)滾輪下方設(shè)置限位裝置。在確認(rèn)組裝后的作業(yè)架位置正確、外掛籃封閉嚴(yán)密、整體穩(wěn)固后封鎖完成,開(kāi)通線路。一般推入拼裝30 m移動(dòng)作業(yè)架所需封鎖天窗時(shí)間為30 min。

4.5 防撞墻施工注意事項(xiàng)

移動(dòng)作業(yè)架就位后,在電氣化區(qū)段需設(shè)置好接地保護(hù)裝置,經(jīng)接地電阻測(cè)試合格后方可按照常規(guī)工藝進(jìn)行鐵路上跨橋防撞墻施工。施工過(guò)程中需注意以下幾點(diǎn)：

①由于作業(yè)架內(nèi)操作空間限制,鐵路跨防撞墻單塊模板重量需控制在100 kg左右,以便人工進(jìn)行安裝。

②混凝土澆筑采用人力車推入作業(yè)架內(nèi)人工入模。

③施工期間外掛籃嚴(yán)禁超過(guò)設(shè)計(jì)荷載(1.5 t/節(jié))使用。

④施工期間應(yīng)安排專人及時(shí)清理外掛籃內(nèi)因施工產(chǎn)生的雜物。

4.6 移動(dòng)作業(yè)架拆除

移動(dòng)作業(yè)架退出鐵路上方作業(yè)同樣需封鎖線路進(jìn)行施工,其施工流程及封鎖時(shí)間與進(jìn)入鐵路上方類似,不再贅述。移動(dòng)作業(yè)架拆除在其退出鐵路保護(hù)區(qū)以外的橋面上進(jìn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

移動(dòng)作業(yè)架封閉式施工技術(shù)經(jīng)多項(xiàng)工程實(shí)踐證明,該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,拼裝、移動(dòng)、拆卸快捷方便,安全可靠,能有效保障既有鐵路行車和施工安全且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。該項(xiàng)技術(shù)成果已于2011年4月通過(guò)上海鐵路局科學(xué)技術(shù)成果驗(yàn)收(上鐵局技驗(yàn)字[2011]第007號(hào)),其整體成果水平達(dá)到路內(nèi)領(lǐng)先,目前已在上海局既有鐵路上跨橋梁施工中廣泛推廣使用。

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