淺析既有線改造之鋼梁橋拆除

李富洪

摘要：隨著我國鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，對鐵路的建設(shè)要求和標(biāo)準(zhǔn)也與時俱進(jìn)。對于一些早期建設(shè)的鐵路，受經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件的限制，采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，通過能力和輸送能力不足，不能滿足國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民物質(zhì)文化水平不斷提高的需要，需要對其進(jìn)行改造。我國先后經(jīng)過六次大面積提速，旅客列車最高運行時速達(dá)到120公里及以上的線路延展里程共計2.2萬公里，但由于歷史原因，現(xiàn)還存在大量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低下的普速鐵路，因此可以預(yù)見，既有線提速改造任重道遠(yuǎn)，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，依舊是鐵路建設(shè)的重要發(fā)展方向。既有線改造涉及廣泛，主要有路基、橋涵、隧道、房建、站場等，本文就湘桂鐵路提速擴(kuò)能改造工程中桃花江雙線中橋的建設(shè)為例，淺析既有線改造中既有鋼梁橋的拆除，旨在對其施工技術(shù)進(jìn)行探討，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：既有線、鋼梁 、拆除、吊裝

1、前言

本段為湘桂鐵路擴(kuò)能改造增建右線，本橋為既有線改建橋梁，分成桃花江左線中橋和桃花江右線中橋兩座，將既有2-32米單線鋼梁橋改建成3-24m鋼筋混凝土簡支T梁分離式雙線橋。既有桃花江中橋跨越桃花江，橋長70m，現(xiàn)為 2-32米單線橋，在改建的過程中，需要將左線既有橋梁拆除。在此過程中先修建臨時過渡橋梁（即新建桃花江右線中橋），在既有營業(yè)線撥接到右線后，再拆除原有橋梁，之后在原址修建桃花江左線中橋，再將線路撥接回左線，左右線均形成完整的運營通道。本文主要根據(jù)此橋?qū)I業(yè)線旁既有鋼梁橋的拆除工法進(jìn)行研究。

桃花江既有橋為2-32m上承式鋼板簡支梁橋，主梁為2-32m工字鋼梁，每孔由2片工字鋼梁采用型鋼鉚接而成，工字鋼梁規(guī)格：2800×460×30mm。鋼梁結(jié)構(gòu)如下圖所示：

目前右線橋已完成修建開通臨時運營，左線橋的1#、2#橋墩墩身已施工完成（托盤頂帽未施工）?，F(xiàn)狀詳見《既有桃花江中橋縱斷面圖》和《既有桃花江中橋平面圖》：

2、施工方法比選

鋼梁拆除一般可以選用三種方法：膺架法、拖拉法、吊裝法。實施之前對上述方法進(jìn)行比選：

1.膺架法：由于此橋跨越桃花江，桃花江需要進(jìn)行通航，膺架法需要占用河道，且在此期間正處于汛期，所以排除此法。

2.拖拉法：由于此橋緊靠正在運營的新建桃花江右線橋，兩側(cè)橋臺位置存在既有路基，沒有足夠的場地進(jìn)行拖拉，拖拉法在拖拉過程中由于受力不均有產(chǎn)生橫向位移的可能，對運營線造成安全隱患；第一跨位于曲線段，不適宜拖拉法，所以排除此法。

3.吊裝法：在原位對鋼梁進(jìn)行分割，利用左線新建橋墩作為臨時支墩，分次要點吊裝，減輕吊裝重量，減小安全隱患。此法不需占用河道，且分批次吊裝每循環(huán)占用周期短，重量分解后安全隱患小。

綜上所述，本橋既有鋼梁拆除擬采用吊裝法進(jìn)行。

3、施工工序

施工準(zhǔn)備—橋面附屬拆除—設(shè)置臨時支墩-鋼梁臨時加固-鋼梁切割-鋼梁吊裝—墩臺拆除。

4、施工總體方法

線路左側(cè)距施工現(xiàn)場20m為地方城市道路，施工便道利用該既有道路作為臨時便道，以供吊車和運梁車輛出入。桃花江既有鋼梁拆除步驟：先進(jìn)行既有橋面附屬的拆除，以減輕吊裝重量；根據(jù)吊車的起吊能力將鋼梁進(jìn)行分段，利用新建左線1#、2#橋墩作為臨時支墩，將鋼梁臨時加固后，采用氧焊割具將既有四片主梁分割成8段，申請封鎖點，點內(nèi)用吊車直接分段吊裝轉(zhuǎn)運，既有橋墩、臺采用機(jī)械破碎拆除。

5、既有橋面系拆除

施工之前由相關(guān)部門對既有線纜進(jìn)行遷移后，著手進(jìn)行既有橋面系的拆除。既有橋面系全部采用人工拆除，拆除順序從上到下依次為鋼軌、軌枕、人行道板、托架、檢查梯等，拆除后用人工抬下路基。

6、臨時支墩搭設(shè)

由于桃花江左線中橋的1#，2#橋墩已經(jīng)建成，且其位于既有鋼梁正下方，所以采用此墩柱作為臨時支墩，因其墩頂與梁底存在高差，所以在其墩頂上采用方木垛將既有鋼梁支墊穩(wěn)固。采用方木規(guī)格12cm×12cm，各方木之間采用扒釘連接，扒釘不得釘在接觸面上，同一根方木上的扒釘應(yīng)相互成八字形，以免錯動。具體布置圖如下：

7、既有鋼梁臨時加固

為防止在切割過程中鋼梁失穩(wěn)，切割前對其進(jìn)行臨時加固處理，每跨用16根Φ20的螺紋鋼，分別焊接在兩根鋼梁上下兩面臨時固定，在兩片鋼梁兩側(cè)用Φ48鋼管做一個臨時斜支撐，斜支撐下端靠近橋墩邊緣35cm以內(nèi)，防止鋼梁傾覆，其加固如下圖所示意。

8、既有鋼梁連接型鋼割除及吊裝

為減輕吊裝重量，除鋼梁構(gòu)件外所有物件均全部拆除，但由于要保證既有鋼梁施工期間的穩(wěn)定，支座及其連接件暫時不予拆除，防止主梁傾覆，待吊梁的時候再予拆除。為防止在吊裝過程中發(fā)生擦掛出現(xiàn)險情，切割主鋼梁之前將主鋼梁之間的連接型鋼全部切割清除，連接型鋼切除用氧焊割具沿著主梁邊緣分段切割，切割時由于無法采用大型的吊車設(shè)備作業(yè)吊裝，故采用搖頭扒桿吊裝，將切割下的型鋼吊到主梁以上用人工抬出，并堆碼整齊。

9、既有主梁切割

為減輕每次的吊裝重量，在吊裝主梁之前采用氧焊將四片主梁切割成八片，分段切割分次吊裝。臨時支墩樁上割一條寬20cm的切口垂直貫通主梁，并用Φ20的鋼筋作為臨時連接桿件，焊接在主鋼梁上避免失穩(wěn)，待主鋼梁吊裝時，一次切割。切割示意圖如下：

10、場地布置

吊裝第一跨和第二跨鋼梁的時候，吊車分別擺放于0#及2#臺左側(cè)的場地上。由于場地寬度不夠，架設(shè)吊車前將橋臺側(cè)既有場地地基換填并幫寬碾壓密實，地基將軟弱土層挖除后采用硬塊石換填，頂部采用級配碎石填筑；采用挖掘機(jī)將臺后過渡段范圍內(nèi)全部清除干凈，使架設(shè)吊車位置盡量靠前。由于受現(xiàn)場條件限制，吊車吊裝選擇“單機(jī)吊裝”作業(yè)。平面布置圖如下：

11、吊車選擇計算

由于吊車擺放位置及吊裝梁段的不同，所以分次驗算

（1）當(dāng)?shù)踯嚁[放至0#臺吊裝1-1#段時，計算如下：

① 單機(jī)吊裝起重量計算

本次吊裝采用單機(jī)吊裝，起重量應(yīng)滿足以下要求：

Q≥Q1+Q2（根據(jù)《路橋施工計算手冊（15-138）公式》）

Q：吊車的起重量，t，由后續(xù)計算查詢《吊車額定起重量表》所得。

Q1：構(gòu)件的重量，t，參見下述鋼梁計算所得。

Q2：索具的重量，t，取2t。

既有橋梁部為2-32m鋼梁，每跨為兩片工字鋼梁由型鋼鉚接而成。經(jīng)現(xiàn)場測算，重量計算如下表所示：

既有桃花江鋼梁重量（每孔）

在切除連接型鋼后，只需考慮主梁重量，主梁為工字鋼結(jié)構(gòu)，共四片工字鋼，每片重量為（55.23+2.532+6.998）/2=32.38t，每延米重量為32.38/32=1.012t。切割后的八片主梁重量Q1計算結(jié)果如下：

1-1#、1-2#段：1.012×18.33=18.55t

2-1#、2-2#段：1.012×13.5=13.662t

3-1#、3-2#段：1.012×10.99=11.122t

4-1#、4-2#段：1.012×20.82=21.07t

②起重高度計算

H≥h1+h2+h3+h4（根據(jù)《路橋施工計算手冊（15-140）公式》）

H：吊車起重高度，m；

h1：梁部支座表面高度，m；

h2：起吊間隙，視具體情況而定；

h3：綁扎點至構(gòu)件吊起后離底面的距離，m；

h4：吊索高度，m，自綁扎點至吊鉤面的距離，視實際情況定。

h1現(xiàn)場量測為1.2m，h2為了不影響相鄰梁段取3m，h3由實際綁扎點測得2.6m，h4取5m。選用吊車的起重高度H≥（1.2+3+2.6+5）m=11.8m，起重高度取12m。

③起重臂長計算

L≥（H+ha-hb）/sinα（根據(jù)《路橋施工計算手冊（15-143）公式》）

L：吊車的臂桿長度，m；

ha：吊車臂頭至起升高度的距離，m，取40m；

hb：吊車臂底鉸至停機(jī)面距離，m，取2m；

α：吊車臂的仰角，即吊車臂縱軸線與水平面的夾角，一般取70°～77°，取70°。

L≥（12+40-2）/sin70°=53.2m，根據(jù)吊車參數(shù)表取56.3m

④吊車起重半徑計算

R=F+Lcosα（根據(jù)《路橋施工計算手冊（15-141）公式》）

R：吊車起重半徑，m；

F：吊車回轉(zhuǎn)中心至起重臂桿鉸接點的水平距離，m，取1m。

R=1+56.3×cos70°=20.26m，根據(jù)《吊車額定起重量表》取20m，此值亦可滿足現(xiàn)場擺放要求。

綜上所述，根據(jù) 《吊車額定起重量表查表》（附后）得知，Q=32t>（Q1+Q2）=18.55+2=20.55t，選用一臺中聯(lián)QAY350吊車能夠滿足施工要求。

中聯(lián)QAY350吊車額定起重量表：（支腿全伸，107T配重） 單位：噸

（2） 1-2#段、2-1#段、2-2#段、3-1#段、3-2#段、4-1#段、4-2#段亦采用上述方法計算。

同理可得，綜合上述數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)論：

綜上所述，吊車起吊能力均大于鋼梁計算重量，工作幅度滿足現(xiàn)場擺放要求，由此得出一臺中聯(lián)QAY350（107T配重）吊車能夠符合施工要求，采用此吊車進(jìn)行吊裝。吊裝擬采用一臺中聯(lián)QAY350（107T配重）吊車。

12 吊索選擇

（1） 以最重梁段4-1#段為例計算，若此段滿足要求，其它段亦可滿足。

① 梁段計算見上表，得梁段重力Q=23.07×10=230.7KN；

② 吊索的內(nèi)力計算

S=Q/n×1/sinα≤Sb/K（根據(jù)《路橋施工計算手冊（15-1）公式》）

S：每根吊索所承受的內(nèi)力；

n：吊索的支（根）數(shù)；

α：吊索與水平面的夾角，取70°；

Sb：鋼絲繩的破斷拉力，Kn，可由鋼絲繩規(guī)格及荷重性能表查得；也可近似的按Sb=0.5d2求得；

K：吊裝安全系數(shù)，根據(jù)《路橋施工計算手冊表（15-6）和附表（3-36）》此處取6；

S=230.7/2×1/sin70°=122.75KN

Sb=aPg（根據(jù)《路橋施工計算手冊（15-4）公式》）

a：考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，對6×19.6/37.6/61分別取0.85/0.82/0.80；

Pg：鋼絲繩的破斷拉力總和=公稱抗拉強(qiáng)度（MPa）×鋼絲總斷面積（mm2）。

擬采用直徑43mm的6×37鋼絲繩，公稱抗拉強(qiáng)度1700MPa，鋼絲總斷面積697.08mm2，a=0.82

Sb=0.82×1700×697.08/1000=971.73KN

Sb/K=971.73/6=161.955KN>122.75KN

綜上所述，直徑43mm的6×37鋼絲繩（公稱抗拉強(qiáng)度1700MPa）滿足施工需求，選用此種鋼絲繩吊裝。

13、卡環(huán)選擇

由上述計算所得吊裝最大拉力122.75KN，根據(jù)《路橋施工計算手冊表（15-15）》查表所得，14.0型卡環(huán)安全荷重為137.2KN>122.75KN，滿足施工要求，故選用此卡環(huán)。

14、繩卡選擇

由于騎馬式鋼絲繩卡是連接力最強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩卡子，所以繩卡選用此卡。根據(jù)《路橋施工計算手冊表（15-17）》查表所得，直徑43mm的鋼絲繩選用Y12-45繩卡；根據(jù)《路橋施工計算手冊表（15-19）》查表所得，每個夾頭需要6個繩卡，間距300mm，規(guī)定夾頭之外，在距最后一個繩卡約500mm左右加一個保安繩卡，并留安全彎，以利檢查。

15、抗傾覆驗算

為保證吊車在吊裝過程中的穩(wěn)定，吊車需進(jìn)行抗傾覆驗算，穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩即是滿足施工要求的，以1-1#梁段計算為例，其它梁段同理可得。

∑M=KGMG+ KQMQ+KWMW>0

KG：自重加權(quán)系數(shù)，取1；MG：吊車重量（自重加配重）對傾覆邊的力矩，N﹒m；

KQ：起升荷載加權(quán)系數(shù)，取1.15；MQ：起升荷載對傾覆邊的力矩， N﹒m；

KW：風(fēng)動荷載加權(quán)系數(shù)，取1；MW：風(fēng)動荷載對傾覆邊的力矩， N﹒m；

∑M=KG×（G×a）+ KQ×（-（Q×（R-a）））+ KW×（-（W×h））

G：吊車重量（自重加配重）；

a：吊車重心至支腿傾覆支點距離，支腿全部伸開9m，取其一半距離4.5m；

Q：起吊梁段重量；

R：吊車起重半徑；

W：風(fēng)動荷載，按起升荷載的20%考慮；

h：風(fēng)動荷載作用高度。

∑M=1×（83.805+107）×1000×10×4.5+1.15×（-（20.55×1000×10×（20-4.5）））+1×（-（0.2×20.55× 1000× 10×（1.2+3+2.6/2）））=4697138N﹒m>0，故穩(wěn)定性滿足施工要求，其它梁段以此類推穩(wěn)定性亦可符合施工條件。

16、地基承載力驗算

吊車四個支腿受力均勻，放置枕木垛加設(shè)2.5×2.5×0.03m厚鋼板作為支腿支承，考慮最大荷重Q=23.07t，吊車重量G=G自+G配=83.805+107=190.805t，支腿支承面積S=2.5×2.5=6.25m2。

p=N/A<[fa]

p：基底平均壓應(yīng)力，KPa；

N：基底產(chǎn)生的豎向力，KN；

A：支腿支承面積；

[fa]：地基承載力，KPa；

p=（190.805+23.07）×10/（2.5×2.5×4）=85.55 KPa， 考慮1.1的安全系數(shù)，[fa]≥1.1p=94.105KPa，經(jīng)處理后的地基承載力為150KPa，滿足施工要求。

17、申請封鎖點

由于既有橋緊靠正在運營的桃花江右線中橋，安全風(fēng)險高，所以采取申請夜間封鎖點點內(nèi)施工進(jìn)行，八片切割后的梁片分四次吊裝，每次吊裝兩片。吊裝作業(yè)時間：嚴(yán)格按批復(fù)的時間內(nèi)進(jìn)行，不準(zhǔn)延時，必須在點內(nèi)進(jìn)行，完不成留在第二天來吊裝。調(diào)度進(jìn)行天氣預(yù)報統(tǒng)計，注意大風(fēng)雷電暴雨天氣提前預(yù)警。

18、鋼梁吊裝

鋼梁吊裝采用一臺中聯(lián)QAY350（107T配重）吊車分段吊裝，吊裝示意圖如下：

主鋼梁吊裝順序依次為1-1#段、1-2#段、2-1#段、2-2#段、3-1#段、3-2#段、4-1#段、4-2#段。0#臺吊裝1-1#段、1-2#段、2-1#段、2-2#段，2#臺吊裝3-1#段、3-2#段、4-1#段、4-2#段。

0#臺 2#臺 2#臺

運營橋邊線

吊裝之前在地面上標(biāo)示出吊車及支腿擺放位置。吊車擺放位置地基分層碾壓密實，經(jīng)檢測承載力合格后，在支腿位置放置枕木垛加設(shè)3cm厚鋼板作為支腿支承。進(jìn)出場道路需平整碾壓，保證拖車平穩(wěn)。

吊車在標(biāo)示的位置擺放，107T配重全加，全支腿伸開支立。

主梁吊裝采用兩根等長的43#鋼絲繩作為吊繩，吊點設(shè)置在兩端腹板上部和翼緣板位置，采用氧焊切割形成吊裝孔，然后用14.0型卡環(huán)穿過吊裝孔，鋼絲繩系在卡環(huán)上，嚴(yán)禁鋼絲繩直接穿過吊裝孔，并采用廢舊皮帶保護(hù)鋼絲繩與主梁接觸位置。鋼絲繩與主梁夾角控制在70°左右。

鋼絲繩連接好主梁后，利用吊車暫時控制主梁，氧焊切除主梁的臨時連接和剩余連接型鋼。

主梁吊裝之前，在主梁兩端設(shè)置兩根直徑25mm麻繩作為纜風(fēng)繩人工調(diào)整鋼梁轉(zhuǎn)向，防止主梁在吊裝的過程中因風(fēng)力的影響發(fā)生主梁旋轉(zhuǎn)影響營業(yè)線安全。

完成上述步驟，現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人車站登記請點，封鎖點開始以后，主梁進(jìn)行起吊，吊鉤中心豎直方向通過鋼梁中心，先緩慢勻速豎直提升，脫離了橋面范圍之后再緩慢勻速水平轉(zhuǎn)向，嚴(yán)禁緊急制動，保證吊裝安全和相鄰梁段的穩(wěn)定。吊裝轉(zhuǎn)向朝向既有公路橋梁方向旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁朝向營業(yè)線方向，利用纜風(fēng)繩人工控制鋼梁的轉(zhuǎn)動。不允許橫向、斜向拖拉吊裝，吊裝時采用垂直吊裝。主梁起吊后，專人指揮吊車作業(yè)，必須按照計算所得參數(shù)控制主臂的臂長和角度，并監(jiān)控支腿有無下陷等危險狀況。吊車變幅應(yīng)平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛起猛落臂桿。

主梁下放時需慢速輕放，禁止忽快忽慢突然制動。主梁運輸采用平板拖車，在施工之前即將平板車停放在兩側(cè)橋臺空地上，拖車?？科椒€(wěn)，吊車直接吊放至拖車上，及時采用導(dǎo)鏈將梁體與拖車固定，然后轉(zhuǎn)運離開。

每次吊裝結(jié)束，施工現(xiàn)場人員和工器具清場完畢后及時銷點。

19、既有墩臺拆除

既有橋墩臺采用機(jī)械拆除，人工配合的施工方法，拆除順序為先拆除橋臺，后拆除橋墩。

從新建桃花江右線橋3#墩修建一條臨時便道至既有墩臺位置，用液壓破碎錘將既有墩臺的混凝土破碎，并用挖掘機(jī)裝車運出至棄砟場。

20、安全措施

（1）鋼梁拆除安全措施

做好管線的調(diào)查、遷改和保護(hù)工作，防止施工中損壞。

安全員必須配備齊全到位。

吊車操作遵循“十不吊”原則：

所有起重設(shè)備、電器設(shè)備、運輸設(shè)備等要加強(qiáng)保養(yǎng)、檢查，所有機(jī)具設(shè)備的操作人員均經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)，持證上崗，并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，嚴(yán)禁違章作業(yè)。

嚴(yán)格遵循《建筑施工高處作業(yè)安全規(guī)范》。

（2）營業(yè)線旁作業(yè)安全措施

既有主鋼梁吊裝作業(yè)時向南寧局要封鎖點施工作業(yè)。

防護(hù)員必須配備齊全到位。

施工前必須辦理既有線施工的相關(guān)手續(xù)和施工方案的審批。現(xiàn)場施工必須嚴(yán)格按審批后的施工方案執(zhí)行，遵循既有線相關(guān)安全操作規(guī)程施工前做好各項準(zhǔn)備工作。

嚴(yán)格執(zhí)行既有線施工 “三有” “九不準(zhǔn)”原則。

21、制定應(yīng)急預(yù)案

根據(jù)工程實際情況及環(huán)境，成立應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，有針對性地制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

設(shè)立應(yīng)急預(yù)案辦公室安全部，日常工作由安質(zhì)部部長負(fù)責(zé)，下設(shè)各聯(lián)絡(luò)組，并遵循以下原則：

（1）以人為本、預(yù)防為主。

（2）快速有效，協(xié)同一致。

（3）著重現(xiàn)場指揮。

（4）服從統(tǒng)一指揮。

結(jié)束語：

本文針對既有線改造施工既有線鋼梁橋的拆除工法進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

（1）既有線施工復(fù)雜，安全隱患巨大，影響因素繁多，在工法及工序的選擇上，應(yīng)因地制宜綜合考慮。不但要保證施工自身的順利進(jìn)行，還要將對既有線的影響降低到最小。嚴(yán)格遵循既有線施工相關(guān)操作規(guī)程，對于一些安全風(fēng)險高的項目申請點內(nèi)施工。此橋采用點內(nèi)吊裝拆除既有線主鋼梁，從理論和實踐都得到驗證可行。

（2）從此文衍生開去可以看出在橋梁梁部施工中，吊車吊裝方便快捷靈活，特別是在一些中小橋和既有線施工中應(yīng)作為首選方案。

（3）吊裝施工必須按照相關(guān)規(guī)范手冊對地基處理、機(jī)型吊具選擇、位置擺放等相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行驗算。

（4）吊裝必須加強(qiáng)過程控制，嚴(yán)格按照計算所得參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場施工，避免吊裝事故。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周水興，何兆益，鄒毅松等；路橋施工計算手冊；人民交通出版社；2001.5