運營鐵路疊代法更換鋼梁施工技術(shù)

王 建 成

(通號(鄭州)電氣化局，河南 鄭州 450000)

隴海線下行K766+843為1-31.5 m上承鋼梁，輥軸支座，位于澠池—英豪區(qū)間的丘陵地段，上、下行分離，線間距約為28.8 m；橋位處為電氣化無縫線路，位于直線段，軌面坡度為7.9‰(行車方向為上坡)；橋下為季節(jié)性河道，河道與軌頂之間的高差為16 m。

該橋修建于1919年，運營時間久，橋臺為料石鑲面，內(nèi)填筑三合土，原橋修建等級低。在該橋運營過程中，西側(cè)橋臺活動支座內(nèi)輥軸螺栓銹斷，造成輥軸向西安方向傾斜；鋼梁部分已龜裂、老化；部分鉚釘失效，導(dǎo)致橋梁病害嚴(yán)重，危及行車安全(見圖1)。

針對該鋼梁的嚴(yán)重病害，以及原橋臺基礎(chǔ)承載等級偏低等情況，制定的改造方案是：移出鋼梁，在原址處新建兩個并列的雙層框架橋。

該橋鋼梁頂為明橋面木橋枕結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的在鋼梁頂部穿設(shè)Ⅰ20架空橫梁來實施架空作業(yè)，現(xiàn)場施工條件極其困難，沒有可供架空作業(yè)的操作空間，對既有線行車干擾也較大；在架空之后，還需對既有鋼梁實施移除，頂進(jìn)雙層框架橋，如何順利實現(xiàn)荷載受力結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換都是需要解決的問題。

經(jīng)過前期細(xì)致的調(diào)查、勘測與分析，最終確定采用“疊代法”的施工方法，來進(jìn)行該鋼梁橋病害的換梁施工。即：在箱涵頂預(yù)先拼裝架空結(jié)構(gòu)，在封鎖點內(nèi)將鋼梁整體下降后，將架空設(shè)備橫移到鋼梁頂部重疊，繼而下沉架空設(shè)備讓其承受線路荷載來替代鋼梁。

施工主體單位查閱技術(shù)資料總結(jié)和以往換梁經(jīng)驗，同時，結(jié)合本單位自身設(shè)備、周轉(zhuǎn)材料以及現(xiàn)場地形等條件，制定細(xì)化了詳細(xì)的施工方案。最終在現(xiàn)場得到應(yīng)用，圓滿完成路局下達(dá)的換梁計劃，獲得路局領(lǐng)導(dǎo)好評。

1 技術(shù)難點

傳統(tǒng)架空結(jié)構(gòu)是在列車慢行期間在線路兩側(cè)先安設(shè)縱梁，自線路一側(cè)往軌枕間穿設(shè)Ⅰ20型工字鋼橫梁，與之前制立到位的Ⅰ122工字鋼縱梁連接，繼而形成對施工范圍內(nèi)線路的架空。但在對該橋現(xiàn)場條件進(jìn)行實際勘測及分析后，采用傳統(tǒng)架空方法存在以下問題：

1)該橋為鋼梁明橋面，基本軌下為木橋枕，木橋枕是以刻槽及鉤螺栓和鋼梁連接(見圖2)，其凈距一般在15 cm左右，軌底至鋼梁上翼緣鉚釘凈距為22 cm；鋼梁設(shè)置有上拱度，在鋼梁上的橋枕刻槽厚度不一，在此情況下實施架空，對鋼枕的安設(shè)增加了難度，只能在封鎖點內(nèi)分次逐段施工，作業(yè)效率低下，而每個封鎖點最多只有150 min。同時，在分次施工期間，線路長期慢行，橋面處在鋼橫梁和木枕交替受力的狀態(tài)，軌道受力不均，線路幾何狀態(tài)也不易控制，會對行車帶來安全威脅。

2)傳統(tǒng)架空方法在穿設(shè)鋼橫梁之前縱梁必須先安放到位，木橋枕不能從側(cè)面抽出，只能在封鎖點內(nèi)將橋枕先抬起順至道心，再沿線路方向人力抬出，作業(yè)場地狹小，在明橋面上無法展開多個工作面，工效很低，因此施工期間需要增加封鎖點，增大了對鐵路運輸?shù)挠绊憽?/p>

3)在抽換木橋枕期間，還必須將橋枕護(hù)木解除，這將會對橋面線路的幾何尺寸造成極為不利的影響。

4)該橋上、下游空曠，橋高16 m，施工時鋼梁兩側(cè)需搭設(shè)大量的施工平臺來滿足施工人員作業(yè)及材料機具堆放的需要，這不僅會帶來高空作業(yè)的安全隱患，同時還增加了工程成本。

針對以上技術(shù)難點，考慮如果能將架空結(jié)構(gòu)以及基本的線路設(shè)施先行拼裝好，直接架設(shè)到位以替代鋼梁，可以很好的解決上述困難。

2 方案設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 總體思路

鋼梁橋南側(cè)預(yù)制好的2-11.4 m×14.1 m雙層矩形框架橋，在其頂部預(yù)拼Ⅰ122工字鋼架空設(shè)備，將新基本軌及軌枕一并安裝完成。整體下沉鋼梁，而后橫移架空設(shè)備至既有鋼梁橋的上部，使架空設(shè)備和鋼梁疊加，從而以架空設(shè)備替代原鋼梁承受線路荷載，最后橫移出鋼梁解體，頂進(jìn)框架橋，恢復(fù)正常行車。

具體施工順序如下：

架空支點樁施工、同時預(yù)制框架橋→搭設(shè)排架、鋪設(shè)滑道→拼裝Ⅰ122工字鋼架空設(shè)備、安裝新基本軌及軌枕→鋼梁支座轉(zhuǎn)換→下沉鋼梁、橫移架空設(shè)備、連接軌道、開通線路→橫移、解體鋼梁→頂進(jìn)框架橋、恢復(fù)正常行車。

2.2 架空設(shè)備選取

1)架空縱梁：施工單位既有的架空縱梁目前分為兩種，一種是Ⅰ100(即高度為1.0 m的工字型鋼梁)，規(guī)格有L=16 m與L=8 m兩種；另一種為Ⅰ122(即高度為1.22 m的工字型鋼梁)，L=22 m。

該橋鋼梁長達(dá)31.5 m，架空跨度較大，這就需要采用架空支點樁在頂進(jìn)過程中進(jìn)行減跨以滿足架空縱梁的受力要求。通過對架空后橫移鋼梁與頂進(jìn)雙層框架橋的空間需求核算，以及跨度的受力檢算，將架空跨度設(shè)計為Lp=19 m與Lp=16.5m，采取兩孔連續(xù)架空模式。

針對上述該工程特點，結(jié)合架空跨度、工程現(xiàn)場條件、設(shè)計架空結(jié)構(gòu)形式以及運輸?shù)谋憷缘惹闆r綜合考慮，架空縱梁采用Ⅰ122工字鋼。

2)架空橫抬梁：架空橫抬梁采用的是Ⅰ20配套特制鋼枕(即高度為0.20 m的工字型鋼梁)。Ⅰ20鋼枕滿足Ⅰ122工字鋼架空設(shè)備設(shè)計要求。該鋼枕規(guī)格共分為三種：L=4.42 m,L=4.94 m,L=5.1 m，可根據(jù)不同的限界要求來進(jìn)行選配，該工程架空結(jié)構(gòu)滿足直線段的限界要求即可，因而選用L=4.42 m的Ⅰ20鋼枕。

3)架空設(shè)備橫移滑道：架空設(shè)備橫移滑道共設(shè)置三道，東、西橋臺處各設(shè)置一道，中部架空支點樁頂設(shè)置一道，橫移滑道采用2根P50鋼軌組成。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

1)拼裝Ⅰ122架空結(jié)構(gòu)及新的軌道結(jié)構(gòu)時，一定要提前使縱梁支點位置標(biāo)高一致，然后再復(fù)核軌道線路幾何尺寸，避免在封鎖點內(nèi)進(jìn)行調(diào)整而耽誤時間。

2)下沉Ⅰ122架空結(jié)構(gòu)時，須保證中線不發(fā)生大的偏移，否則在無砟的情況下調(diào)整線路方向會十分困難。

3)工字鋼與工字鋼以及鋼枕之間用φ22高強螺栓連接。采用性能等級為10.9s,高強螺栓終擰扭矩值為600 N·m。

4)穿橫抬鋼軌時，鋼枕與基本軌之間要墊絕緣膠墊，防止聯(lián)電。

3 換梁施工

為了避開汛期，工程于2012年11月中旬進(jìn)場施工，前期平整場地，改移河道，預(yù)制框架橋等，對行車無干擾。2013年1月開始預(yù)制框架橋。

3.1 框架橋預(yù)制

1)框架橋灌注混凝土分三次，即底板、邊墻→橫梁、邊墻→頂板。

2)冬季施工時，灌注混凝土前搭設(shè)暖棚，框架全部封閉，并提前打入蒸汽蓄熱，以提高模板及鄰接混凝土溫度，使之與新灌混凝土間溫差小于15 ℃。

3)混凝土灌注高度為7.6 m，混凝土坍落度大，凝固時間較長，邊墻模板側(cè)壓力大，為保證模板強度，采用10號槽鋼與φ22對拉螺栓對邊墻模板進(jìn)行加固處理。保證模板抗變形能力，提高了混凝土的灌注速度。

3.2 架空支點樁施工

1)兩橋臺處支點樁采用人工挖孔，挖孔時采用鋼筋混凝土護(hù)壁。

2)中間架空支點樁地面以下樁基礎(chǔ)部分采用直徑1.5 m的沖擊鉆鉆孔施工，灌注水下混凝土，高于地面墩柱部分則采用直徑1.5 m的圓柱鋼模板立模后灌注C20鋼筋混凝土。兩墩柱中心距為4.64 m，墩柱間設(shè)置一道系梁。

3.3 搭設(shè)排架、鋪設(shè)滑道

1)采用鋼管排架搭設(shè)，用鋼管聯(lián)結(jié)牢固。

2)橫移架空設(shè)備時采用三組P50鋼軌滑道。

3)橫移鋼梁時采用四組P50鋼軌滑道，頂面要平順，接頭用夾板聯(lián)結(jié)。

4)每組滑道為2根P50鋼軌，中距0.27 m?；赖墓潭ǚ绞剑好?.2 m置放一根普枕，與P50短軌間隔布置，釘設(shè)道釘固定。

3.4 拼裝工字鋼架空設(shè)備、安裝新基本軌及軌枕

1)工字鋼架空設(shè)備及預(yù)鋪線路在已預(yù)制好的框架頂上提前拼裝。

2)在架空設(shè)備范圍內(nèi)鋪設(shè)新基本軌，長度38 m，中間接頭采用現(xiàn)場鋁熱焊焊接，兩端接頭提前鉆好連接孔。

3)基本軌與工字鋼之間每2 m設(shè)一道橫木支撐。

3.5 鋼梁支座轉(zhuǎn)換施工

2013年5月7日，利用維修天窗封鎖120 min，進(jìn)行了鋼梁支座轉(zhuǎn)換成自制鋼支墩工作。

1)利用下行維修天窗封鎖點，將臨時支點上方鋼梁按設(shè)計要求在腹板鉆孔用角鋼和高強螺栓予以加固；點前，臺帽頂用砂漿找平，放置H=50 cm鋼支墩，鋼支墩間用角鋼焊連。

2)封鎖點內(nèi)，松開鋼梁兩側(cè)各5 m線路扣件，割除支座連接螺栓，頂起一端鋼梁，設(shè)好鋼支墩臨時支座，落梁，再進(jìn)行另一端支座轉(zhuǎn)換施工。檢查線路幾何尺寸，符合標(biāo)準(zhǔn)后開通線路。

3)慢行期間拆除既有支座及割除支座上方的部分鋼梁，割除部分應(yīng)保證鋼梁能下沉0.65 m。

3.6 下沉鋼梁、橫移架空設(shè)備

2013年5月8日，利用維修天窗封鎖180 min，進(jìn)行了鋼梁支座轉(zhuǎn)換成自制鋼支墩工作。

1)設(shè)置封鎖防護(hù)，連接好軌道電路銅線，在橋臺胸墻處切斷鋼軌，分別頂起鋼梁東西端，拆除鋼支墩，同步下沉鋼梁至臺帽頂并支墊穩(wěn)固。

2)接通東、西側(cè)以及架空支點墩柱上的P50鋼軌橫移滑道。

3)橫移架空設(shè)備至線路上方，架空設(shè)備與鋼梁的疊加：a.松開橋臺兩側(cè)各50 m范圍線路扣件螺栓，同時切割距橋臺胸墻2 m處的鋼軌(距橋臺胸墻2 m內(nèi)的基本軌按規(guī)定不得設(shè)置軌縫)，然后橫移架空設(shè)備。b.架空結(jié)構(gòu)下沉，中線與既有線路中線的對位，架空設(shè)備與鋼梁疊加(見圖3)。

4)切割既有線鋼軌，接通線路鋼軌。a.切割與架空設(shè)備預(yù)鋪鋼軌連接處的既有線鋼軌，將預(yù)鋪鋼軌與既有線路鋼軌用夾板連接，電務(wù)配合固定好鋼軌接頭處的連接線。b.架空支點墩柱頂?shù)男≤嚰皺M移滑道抽移后，支墊鋼支墩。c.復(fù)緊線路扣件螺栓。

5)開通線路：檢查架空設(shè)備及線路幾何尺寸，達(dá)到開通線路的要求之后，撤除防護(hù)，開通線路。

3.7 頂進(jìn)框架梁

將架空設(shè)備橫移到位后可進(jìn)行常規(guī)的框架橋頂進(jìn)施工。

4 結(jié)語

隴海線下行K766+843中橋1-31.7 m鋼梁病害改造工程，成功實施了架空設(shè)備與鋼梁的疊代法施工，鋼梁被橫移出限界之外安全解體，雙層框架橋順利頂進(jìn)就位，及時恢復(fù)了正常行車，顯著減少了慢行施工對鐵路運輸?shù)挠绊?。施工總工期約7個月，共慢行40 d，要點封鎖施工3次，其中僅用了一次180 min封鎖點就順利完成了落梁和架空設(shè)備橫移到位施工。

在架空換梁以及雙層框架橋頂進(jìn)施工期間，架空設(shè)備狀態(tài)良好，線路穩(wěn)定，減少了封鎖施工要點的次數(shù)，施工方案有效、合理，安全狀況良好?？蚣軜蚓臀坏募夹g(shù)參數(shù)均符合TB 10415—2003鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)的要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。換梁后，兩個雙層框架橋頂進(jìn)就位的狀態(tài)見圖4。

建議：既有線的鋼梁橋多處于河道、丘陵或者交通要道處，對于此類鋼梁在實施改造施工中，傳統(tǒng)的架空方案會導(dǎo)致工期長、成本高、對行車安全產(chǎn)生長時的不利影響。在此情況下，則要針對不同的地段、不同的鋼梁替換結(jié)構(gòu)，因地制宜的研制和采用一些最有利于行車安全，同時操作性強的架空方案。

[1] 經(jīng)審批的該工程施工方案[R].鄭州：鄭州鐵路局鄭州工務(wù)機械段，2013.