鐵路行車線換梁設(shè)計與施工

陶帥，徐彬

(中鐵九局集團有限公司勘察設(shè)計院，遼寧沈陽110051)

鐵路行車線換梁設(shè)計與施工

陶帥，徐彬

(中鐵九局集團有限公司勘察設(shè)計院，遼寧沈陽110051)

沈大線(上行)第三鞍山河橋上部結(jié)構(gòu)為上承式鋼板梁，屬超期使用的老齡橋梁，因病害嚴(yán)重，需更換為預(yù)應(yīng)力混凝土梁。本文根據(jù)既有線路的特點，確定了預(yù)應(yīng)力混凝土梁的梁型、梁高、跨度等關(guān)鍵參數(shù)并進行了檢算。為維持原軌面高程不變，在既有鋼梁下搭設(shè)臨時支墩對墩臺帽進行改造。鋪設(shè)移梁滑道，在天窗時間內(nèi)將混凝土梁橫移到位。實踐證明，該方案達到了預(yù)期效果。

老齡橋 換梁 設(shè)計 施工方案

東北地區(qū)原哈大、沈丹等鐵路干線至今已有近百年歷史。這些線路的上承式鋼板梁橋?qū)俪谑褂玫睦淆g橋，病害較多。由于建成年代久遠、標(biāo)準(zhǔn)低、行車密度大等原因，致使鋼梁產(chǎn)生嚴(yán)重疲勞損傷，雖經(jīng)加固維修也不能阻止裂紋產(chǎn)生和發(fā)展。因此，應(yīng)根據(jù)鐵路局大修安排及橋梁狀態(tài)，有計劃地對已危及行車安全的舊鋼梁橋進行換梁或建造新橋。本文就沈大線一具體工點，對舊鋼梁換成預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計要點及施工方法進行闡述，以供類似工程參考。

1 工程概況

沈大上行線K300+180第三鞍山河橋始建于1908年，上部結(jié)構(gòu)為(1×22.15+4×22.33)m單線上承式鋼板梁，下部結(jié)構(gòu)為石砌圓端橋墩和U形橋臺，墩臺基礎(chǔ)均為擴大基礎(chǔ)，基底均位于砂卵石層上。本橋?qū)儆跍\基橋，因此于2011年對全橋4個橋墩進行了包箍，對橋墩的擴大基礎(chǔ)進行了樁基托換，同時對臺前進行了混凝土局部鋪砌。因本鋼梁橋病害多，故客車限速80 km/h、貨車限速60 km/h運營。為使第三鞍山河橋滿足客車120 km/h、貨車80 km/h的速度要求，結(jié)合本橋墩臺及基礎(chǔ)已經(jīng)加固的情況，設(shè)計方案采用5孔預(yù)應(yīng)力混凝土T梁更換既有鋼板梁，橋墩、橋臺維持現(xiàn)狀。

2 設(shè)計內(nèi)容

2.1 設(shè)計前期準(zhǔn)備工作

本橋設(shè)計前期準(zhǔn)備工作的重點是:與設(shè)備管理單位充分溝通，查閱檔案并了解設(shè)備運用情況及有無病害、水害等，摸清既有設(shè)備狀況;涉及換梁工程主要調(diào)查內(nèi)容包括線路平面條件，既有橋上下部結(jié)構(gòu)尺寸，基礎(chǔ)尺寸及地質(zhì)情況(必要時進行補鉆或挖探)等。據(jù)此確定預(yù)應(yīng)力混凝土梁梁型、梁高、跨度、墩臺支承墊石尺寸、墩臺頂高程等關(guān)鍵參數(shù)，并制定可實施的換梁施工方案。

2.2 設(shè)計方案

因本橋已對橋墩進行包箍及樁基托換(每個墩設(shè)8根φ1.0 m、長28 m鉆孔樁進行托換，并用0.25 m厚鋼筋混凝土包箍至墩頂)，同時，對橋臺前河床進行了鋪砌(設(shè)0.4 m厚混凝土鋪砌，3 m深混凝土垂裙)，因此本橋大修設(shè)計方案是僅作換梁處理。根據(jù)既有各墩、臺之間的實際間距，確定全橋采用5孔跨度22.4 m(梁全長23.0 m)后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁更換既有鋼板梁。因第1，2孔梁位于緩和曲線上，預(yù)應(yīng)力混凝土梁按曲線梁設(shè)計，其余各孔均按直線梁設(shè)計。新混凝土梁參照《專橋(01)2051-Ⅲ》標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計，新梁橫斷面按24 m梁橫斷面選取，新梁全長按標(biāo)準(zhǔn)跨度全長在跨中附近截去標(biāo)準(zhǔn)梁長與新梁梁長的差值確定。預(yù)應(yīng)力束需經(jīng)計算并重新布置，本設(shè)計僅對鋼束縱坐標(biāo)進行調(diào)整，鋼束數(shù)量不變。

混凝土梁自重(含道砟)較既有鋼梁重量增加，故應(yīng)對下部墩臺按規(guī)范的要求進行檢算。橋墩檢算內(nèi)容包括墩身強度(因梁體重量增加對橋墩偏心有利，無需進行偏心檢算)、樁身強度和承載力。因橋臺未經(jīng)樁基托換，故橋臺檢算內(nèi)容為臺身強度、偏心、地基承載力、基底偏心和傾覆穩(wěn)定。經(jīng)檢算墩臺各項指標(biāo)均滿足橋梁設(shè)計規(guī)范相關(guān)規(guī)定的要求。雖然混凝土梁梁高較既有鋼梁梁高高出33 cm，但由于本橋橋下凈空不由水位控制，所以設(shè)計采用降低梁底高程以維持原軌面高程不變方案，從而降低工程造價。

3 設(shè)計要點

沈大線為繁忙干線鐵路，其平均通過能力為79.5對/d，通行能力利用率達到89.9%。受鐵路運輸制約，本橋設(shè)計難點主要有3點:①一次換梁作業(yè)只能在3 h天窗內(nèi)完成;②電氣化鐵路換梁施工無法使用架橋機等大型機械，主要以人工作業(yè)為主;③在限速行車的情況下完成墩臺帽的改造施工。

本橋換梁施工內(nèi)容:在每跨鋼梁下搭設(shè)臨時支墩，用以支承鋼梁，進行墩臺帽改造;鋪設(shè)移梁滑道，吊車配合，人工進行拆、架梁作業(yè);混凝土T梁預(yù)先組拼，整孔移架。

3.1 橫移梁支墩及滑道設(shè)計

混凝土T梁均通過移梁滑道進行橫移架設(shè)。在橋墩外側(cè)設(shè)M10漿砌片石移梁滑道支墩，支墩基礎(chǔ)采用C20混凝土。支墩頂設(shè)40 cm厚混凝土頂帽，埋設(shè)預(yù)埋件以固定移梁小車走行鋼軌。橫向支墩最外邊距線路中心11.0 m，橋臺處支墩寬1.3 m，橋墩處支墩寬2.5 m。支墩頂面鋪設(shè)移梁小車走行軌，每側(cè)設(shè)2根(1個墩4根，橋臺側(cè)2根)。支墩頂標(biāo)高視走行軌滑道和移梁小車高度確定。移動支墩及滑道布置如圖1所示。

圖1 移梁支墩及滑道布置

3.2 鋼梁臨時支墩

寶島各鄉(xiāng)村旅游地旅游服務(wù)水平整體較高、工作人員講解故事能力強，大多數(shù)導(dǎo)游、導(dǎo)覽、解說員、帶領(lǐng)人等體現(xiàn)出非常高的美學(xué)素養(yǎng)、親和力和演講能力。“臺灣最美是人情”是旅游精致化后，臺灣人性最深刻的體現(xiàn)。以南投縣桃米村為例，該村落曾在“9·21”地震中受到重創(chuàng)，如今已發(fā)展為臺灣青蛙主題民宿和鄉(xiāng)村自然旅游（教育）的典范。最具特色的是桃米村專業(yè)青蛙導(dǎo)覽員的遴選和培養(yǎng)，由于桃米村不求規(guī)模，而是要保持并不斷優(yōu)化導(dǎo)覽員的素質(zhì)和品質(zhì)，所以，導(dǎo)覽員要經(jīng)過嚴(yán)格篩選、培訓(xùn)、評估、認(rèn)證，最后留下的專業(yè)觀蛙導(dǎo)覽僅有幾十位。

由于新、舊梁梁高不同，需按新梁梁高設(shè)置墩臺頂帽高程，故需在換梁前完成墩臺帽的改造。具體做法是在每孔鋼梁下設(shè)置臨時支墩以支承鋼梁，臨時支墩墩身為M10漿砌片石，頂帽為C20混凝土，墩身寬2.0 m，長4.0 m，其基礎(chǔ)為C20混凝土。臨時橋墩中心距既有墩中心2.75 m，頂面距鋼梁底57 cm。當(dāng)鋼梁落在臨時支墩后可對墩臺帽進行改造。鋼梁臨時支墩布置如圖2所示。

圖2 鋼梁臨時支墩布置示意(單位:cm)

靠近橋墩的臨時支墩的基礎(chǔ)設(shè)在既有橋墩樁基托換承臺上。首先澆筑臨時橋墩基礎(chǔ)混凝土，將既有托換承臺表面鑿毛，鑿成3×20 cm臺階，并用鋼筋與既有承臺鋼筋焊接，間距50 cm，梅花形布置。

因混凝土梁較既有鋼梁建筑高度高，故臨時支墩墩頂設(shè)置鋼墊梁，鋼墊梁采用6根3.0 m長I50工字鋼，工字鋼之間及頂、底面用10 mm厚鋼墊板焊接在一起，臨時支墩墩頂預(yù)留直徑24 mm螺栓孔，螺栓插入后采用環(huán)氧樹脂砂漿灌注，最后通過螺栓將鋼墊梁固定在臨時支墩上。墩頂設(shè)鋼梁限位裝置，與鋼梁間采用硬木塞緊。在鋼梁吊起后，拆除鋼墊梁，以不影響混凝土梁就位。

3.3 既有鋼梁加固

由于臨時支墩中心距既有鋼梁支點2.75 m，改變了鋼梁支點，梁端有2.75 m懸臂。經(jīng)檢算鋼梁強度及端部變形均滿足要求。因支點改變，需在鋼梁新支點處按既有支點處的斷面構(gòu)造設(shè)置豎向加勁肋、斷面聯(lián)接系、支座板等。上述操作可焊接處理。自轉(zhuǎn)入臨時墩行車起至換梁結(jié)束，列車限速45 km/h。鋼墊梁及鋼梁加固如圖3所示。

圖3 鋼墊梁及鋼梁加固

4 施工組織

4.1 總體施工組織

換梁施工時間選在枯水期。在線路一側(cè)順橋向鋪設(shè)施工臨時道路，供運梁及作業(yè)用。在第4孔處埋設(shè)4×φ1.5 m排水圓管，提前對施工影響范圍內(nèi)的通信、信號、電力牽引、供電等設(shè)施進行防護或排遷，修建臨時墩和加固既有鋼梁可同期進行。之后對橋梁施工范圍內(nèi)無縫線路進行應(yīng)力放散，將長軌更換為標(biāo)準(zhǔn)軌(根據(jù)梁長亦可插短軌)。上述工作完成后，即可將鋼梁支點移至臨時橋墩上，開始既有墩臺頂帽改造施工。因不受行車影響移梁滑道可先期施工。

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在梁場集中預(yù)制，通過鐵路運至附近車站，通過汽車運至橋位，再采用吊車配合運放到對孔的移梁滑道上。換梁前需在兩片預(yù)應(yīng)力混凝土T梁梁端及跨中橫隔板處按設(shè)計要求焊聯(lián)鋼板，組成整孔梁，然后穿入橫向預(yù)應(yīng)力筋，安設(shè)支座，并鋪設(shè)道砟及橋枕。

上述工作就緒后即可在天窗時間進行換梁作業(yè)。具體施工步驟為:①拆除所換鋼梁上線路，將承力索及接觸線外移;②利用220 t及130 t兩臺吊車將鋼梁吊出;③將整孔T梁利用頂拉鎬沿滑道橫移，移梁小車就位;④用油鎬將梁頂起，退出移梁小車，落梁就位;⑤錨栓孔灌干硬砂漿，鋪設(shè)軌道，整修線路，恢復(fù)接觸網(wǎng);⑥開通線路(張拉橫向預(yù)應(yīng)力筋、封錨可在線路開通后進行)。由于每天只有3 h天窗，一次僅可更換一孔鋼梁。按照上述施工工藝要求逐孔更換剩余鋼梁，全橋鋼梁更換完成后，恢復(fù)無縫線路。恢復(fù)橋下既有河道，清理場地。

4.2 移梁施工

采用4臺100 t頂程150 cm液壓頂拉鎬進行移梁作業(yè)。頂拉鎬與移梁小車相連，將頂拉鎬后背與滑道鋼軌鎖死，4臺頂拉鎬同步給壓移梁。完成一個頂程后，頂拉鎬回油，后背跟進并鎖死。如此重復(fù)頂進作業(yè)直至將梁移至就位位置。一個頂進作業(yè)周期約15～20 min。

為保證移架梁位置準(zhǔn)確，鋪設(shè)移梁小車走行軌時各軌要平行，鋼軌固定應(yīng)可靠，直線梁鋼軌應(yīng)垂直于線路，緩和曲線上的梁應(yīng)根據(jù)就位位置調(diào)整方向，混凝土梁在移梁小車上的擺放位置要準(zhǔn)確。這樣才能保證混凝土梁就位后順線路方向的位置準(zhǔn)確，避免進行調(diào)整浪費時間。

5 結(jié)語

沈大線上行K300+180第三鞍山河大橋換梁大修工程已于2013年年底完成，經(jīng)施工單位反饋，全橋每孔鋼梁均在一個天窗內(nèi)(3 h)完成換梁作業(yè)，橋上行車速度恢復(fù)到該區(qū)段圖定行車速度。

［1］中華人民共和國鐵道部．TB 10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［2］中華人民共和國鐵道部．TB 10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［3］中華人民共和國鐵道部．鐵運［2006］177號鐵路工務(wù)安全規(guī)則［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［4］中華人民共和國鐵道部．鐵運函［2004］120號鐵路橋梁檢定規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［5］鐵道部第四勘測設(shè)計院．鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·橋梁墩臺［M］．北京:中國鐵道出版社，1997．

［6］鐵道部第三勘測設(shè)計院．鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·橋渡水文［M］．北京:中國鐵道出版社，1999．

［7］中華人民共和國鐵道部．鐵運［1999］146號鐵路橋隧建筑物大修維修規(guī)則［S］．北京:中國鐵道出版社，2000．

(責(zé)任審編周彥彥)

U445．1

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．04

1003-1995(2015)04-0012-03

2014-10-17;

2014-12-04

陶帥(1981—)，男，遼寧黑山人，工程師。