跨運(yùn)河鐵路橋梁孔跨變更設(shè)計(jì)分析

李春平 王 綱

（上海東華地方鐵路開(kāi)發(fā)有限公司 上海 200071）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通路網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目日趨密集，跨河鐵路橋梁建設(shè)十分普遍，設(shè)計(jì)圖紙一般較為完善。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，航道通航狀況也發(fā)生了較大變化，船舶通過(guò)量、貨運(yùn)量急劇上升，安全隱患也相應(yīng)增加，跨越原航道部分跨徑的調(diào)整已是當(dāng)務(wù)之急。結(jié)合京滬鐵路無(wú)錫北至無(wú)錫段改造工程跨錫澄運(yùn)河橋梁變更設(shè)計(jì)實(shí)例，重點(diǎn)闡述變更設(shè)計(jì)的對(duì)比方法。

1 工程概況

跨錫澄運(yùn)河特大橋位于江蘇省無(wú)錫市境內(nèi)，在既有京滬線(xiàn)右側(cè)與既有京滬線(xiàn)平行。2006年，在京滬鐵路151#橋工程可行性研究階段，根據(jù)當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景的需要，151#橋跨越原航道部分在考慮不低于當(dāng)時(shí)通航標(biāo)準(zhǔn)及不惡化本段通航條件下，通航孔采用3跨32m簡(jiǎn)支T梁，橋梁位于老151號(hào)鐵路橋以南18m處，設(shè)計(jì)水位2.88m，通航寬度32m，凈高3.65m。2016年該工程開(kāi)始實(shí)施過(guò)程中，經(jīng)研究比選后對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了變更，變更設(shè)計(jì)后通航寬度80m，凈高4.91m，如圖1所示。

2 變更設(shè)計(jì)原因

（1）原通航標(biāo)準(zhǔn)為V級(jí)，該處航道緊張、繁忙。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，錫澄運(yùn)河江陰、惠山段已達(dá)III級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)151#鐵路橋的貨運(yùn)數(shù)量及船舶流量大為提升，據(jù)無(wú)錫海事部門(mén)統(tǒng)計(jì)，2017年4-8月份日均船舶流量基本呈逐月遞增趨勢(shì)，最多單日通過(guò)船舶1125艘，較2015年日單船通過(guò)量猛增114%以上。較較2016年日單船通過(guò)量增加80%以上.施工期間新、老151#號(hào)橋的安全風(fēng)險(xiǎn)加大，對(duì)鐵路安全運(yùn)營(yíng)造成極大地安全隱患。

圖1

（2）151#鐵路橋跨越原航道部分施工環(huán)境惡劣，按原設(shè)計(jì)方案施工，施工期間安全難以保證。

（3）采取海事管制措施，沿線(xiàn)企業(yè)運(yùn)輸成本劇增，易引發(fā)社會(huì)矛盾。

3 變更方案比較

3.1 施工方案對(duì)比

跨既有錫澄運(yùn)河原方案與變更后方案所采用的的主要施工方法主要有以下幾個(gè)方面的不同：

3.1.1橋梁上部結(jié)構(gòu)施工方法

原設(shè)計(jì)方案中橋梁上部結(jié)構(gòu)為24m+32m+32m+32m+32m簡(jiǎn)支T梁，施工方法采用公鐵兩用架橋機(jī)進(jìn)行架設(shè)，從大里程往小里程進(jìn)行架設(shè)，架設(shè)過(guò)程中以及后續(xù)施工過(guò)程中采取安全措施防止墜落物下墜影響航道行船安全，這也是該橋施工的重難點(diǎn)。變更設(shè)計(jì)方案采用20m+20m現(xiàn)澆箱梁+80m雙線(xiàn)有碴下承式栓焊鋼桁梁+32m簡(jiǎn)支T梁，T梁采用公鐵兩用架橋機(jī)架設(shè)；80m雙線(xiàn)有碴下承式栓焊鋼桁梁首先在陸地支架上進(jìn)行拼裝，然后采用兩套80kN卷?yè)P(yáng)機(jī)及動(dòng)定滑輪組進(jìn)行拖拉牽引至設(shè)計(jì)位置；兩跨20m現(xiàn)澆箱梁采用滿(mǎn)堂支架法施工，其中鋼桁梁跨河拖拉施工為變更設(shè)計(jì)方案中的重難點(diǎn)，拖拉施工過(guò)程中需聯(lián)系海事部門(mén)進(jìn)行封航處理，最大限度地降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保證船只的安全運(yùn)行。

3.1.2 下部結(jié)構(gòu)及樁基礎(chǔ)施工方法

原設(shè)計(jì)方案中9#、10#墩是水中墩，11#墩位于駁岸邊，其中9#、10#墩施工方案主要是結(jié)合上下游防撞墩和引導(dǎo)樁的設(shè)置分兩階段來(lái)實(shí)施，先施工10#墩棧橋、圍堰，完成10#墩樁基、承臺(tái)及墩身后拆除棧橋與圍堰，再按相同步驟施工9#墩。151#鐵路橋跨越原航道部分距老橋邊僅為10多米，同時(shí)為滿(mǎn)足航道彎曲半徑要求，新老橋墩布置存在一定偏差，再加上施工時(shí)要在橋梁上下游設(shè)置防撞、引導(dǎo)和靠船等設(shè)施，施工期間的最小通航凈寬僅為20m，使得通航條件無(wú)法滿(mǎn)足船舶雙向通行的安全要求，現(xiàn)場(chǎng)施工安全監(jiān)管難度加大，安全風(fēng)險(xiǎn)難以得到有效控制。變更后設(shè)計(jì)方案9#、10#墩位于原駁岸位置，采用IV型拉森鋼板樁圍堰施工，施工前需設(shè)置防撞墩，船舶行駛空間較大，安全風(fēng)險(xiǎn)能大大降低。

3.2 具體施工要點(diǎn)把控

3.2.1 支架設(shè)計(jì)與施工

該項(xiàng)目在鋼桁架設(shè)計(jì)上選取在岸上完成鋼支架的拼裝，采用2臺(tái)8t卷?yè)P(yáng)機(jī)拖拉過(guò)線(xiàn)工藝，其鋼支架整體長(zhǎng)度為125m，選取12m深的φ800mm鉆孔樁作為基礎(chǔ)，鋼管立柱的規(guī)格為φ609×12mm，橫梁由45C工字鋼制成，縱梁采用箱式結(jié)構(gòu)、左右縱梁間距為11.8m。在拼裝支架施工上，選取GPS10型鉆孔樁機(jī)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，利用25t履帶吊與人工安裝方式進(jìn)行陸地鋼支架鋼管的安裝處理，選取150t履帶吊與DZ120振動(dòng)錘搭配人工作業(yè)方式完成水中鋼支架的安裝，依次完成防撞墩、縱梁施工，并做好拼裝支架預(yù)壓、拆除兩個(gè)環(huán)節(jié)的施工管理。

3.2.2 鋼桁梁架設(shè)方案

在鋼桁梁架設(shè)方案設(shè)計(jì)上，該工程桁架橋共包含2片桁架，每片桁架有8個(gè)節(jié)間與9個(gè)主節(jié)點(diǎn)，全長(zhǎng)為82m。在完成鋼桁梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝的基礎(chǔ)上，需選取36m導(dǎo)梁安裝在鋼桁梁前端，采用2臺(tái)8t卷?yè)P(yáng)機(jī)利用拖拉過(guò)線(xiàn)工藝完成鋼桁架的滑移，并利用位于9#、10#墩頂部的4臺(tái)400t千斤頂調(diào)節(jié)水平位置并落梁，完成鋼桁架的安裝。在此過(guò)程中需加強(qiáng)對(duì)拖拉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，合理調(diào)節(jié)重物移運(yùn)器裝置、滑輪組、導(dǎo)梁、拖拉與頂推裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)，并在導(dǎo)梁開(kāi)始懸挑時(shí)進(jìn)行航道的臨時(shí)封航管理。

3.2.3 鋼桁架橋面施工

在鋼桁架橋面施工設(shè)計(jì)上，選取在縱橫梁與下弦桿上方部位進(jìn)行混凝土橋面板的澆筑，將其作為道砟與鋪軌基礎(chǔ)，并圍繞下弦桿外側(cè)部位搭設(shè)懸挑人行走道。在橋面板的施工參數(shù)設(shè)計(jì)上，選取C50無(wú)收縮鋼筋混凝土作為原材料，經(jīng)由焊釘處理實(shí)現(xiàn)橋面板與縱、橫梁頂板及下弦上翼板的結(jié)合；將橋面板懸臂端厚度設(shè)為15cm，主桁間厚度為28～38.7cm，縱向全橋采用相同截面。

在施工準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，需在澆筑混凝土前預(yù)先完成下弦、縱橫梁等部位的清潔處理，對(duì)照施工圖紙確認(rèn)不同鋼桁梁縱橫梁間的孔洞尺寸，完成支架、模板的加工；在支架搭設(shè)環(huán)節(jié)，需依照中間孔洞支架、人行道懸臂板支架的順序完成支架搭設(shè)與拆除處理；在鋼筋制作安裝環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格做好鋼筋材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)，將鋼筋現(xiàn)場(chǎng)綁扎成型，對(duì)照設(shè)計(jì)圖做好鋼筋的排列與標(biāo)記，確保其間距、搭接長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求，并選取搭接焊方式進(jìn)行鋼筋接頭的焊接處理，待鋼筋綁扎完畢后做好質(zhì)量驗(yàn)收與監(jiān)理復(fù)查；在混凝土施工環(huán)節(jié)，選用C50無(wú)收縮商品混凝土作為原材料，在澆筑作業(yè)前做好鋼筋與預(yù)埋件規(guī)格數(shù)量、隱蔽項(xiàng)目、綜合接地設(shè)施的檢查工作，在正式澆筑時(shí)確保一次性澆筑到位，將混凝土厚度最大值控制在37.9cm以?xún)?nèi)，中間不得停頓、將澆筑時(shí)長(zhǎng)控制在6h以?xún)?nèi)，采用插入式振搗棒做好混凝土振搗環(huán)節(jié)的把控，并采用土工布覆蓋、灑水等方式做好混凝土的養(yǎng)護(hù)管理，使混凝土表面保持濕潤(rùn)，待其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后方可進(jìn)行拆模，保障混凝土質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

3.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

變更前與變更后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

從表1可以看出151#鐵路橋跨越原航道部分方案的變更設(shè)計(jì)，經(jīng)初步估算，調(diào)整方案需增加費(fèi)用約1800萬(wàn)元。主要體現(xiàn)在鋼桁梁及現(xiàn)澆梁施工費(fèi)用增加。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

對(duì)于項(xiàng)目投資方來(lái)說(shuō)，雖然工程成本增加了約1800萬(wàn)元，但從社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展運(yùn)河船舶流量激增，水上交通事故越發(fā)頻繁，海事部門(mén)也必須采取更多的管制措施，投入的成本也會(huì)加大，原設(shè)計(jì)方案無(wú)論是施工期或施工完成后，均不能滿(mǎn)足船舶雙向通行的安全要求，唯有采取如間歇性斷航、階段性（單雙日）放行或全單向限行（北向南通行）三種方式的水上交通管制措施，這也直接導(dǎo)致管制成本加大，但不管采取哪種限行方式，都會(huì)改變船舶的運(yùn)輸線(xiàn)路和增加運(yùn)輸成本。以無(wú)錫市區(qū)常州中天鋼廠(chǎng)為例，據(jù)調(diào)查，一年通過(guò)151#鐵路橋走錫澄運(yùn)河的礦粉和鋼材1000多萬(wàn)噸，如從諫壁船閘繞行經(jīng)長(zhǎng)江至江陰，總路程多行駛200多公里，增加運(yùn)輸成本估算超過(guò)1億元。若沿線(xiàn)企業(yè)和廣大船民的利益長(zhǎng)期受損，易引發(fā)社會(huì)矛盾。

從施工方考慮，變更設(shè)計(jì)方案更有利于工程實(shí)施的安全性。最主要原因在于原設(shè)計(jì)方案鐵路橋跨越原航道部分的實(shí)施存在較大障礙，首先施工距離北側(cè)鐵路較近，且9#、10#墩位于運(yùn)河中央，施工較為困難；其次來(lái)往船只較多，施工區(qū)域極易發(fā)生船只擁堵、碰撞事件甚至碰撞施工棧橋及圍護(hù)樁造成重大安全事故，即使進(jìn)行了防護(hù)管理措施設(shè)計(jì)，包括防撞、引導(dǎo)及上下游停泊區(qū)及靠船樁，但仍舊無(wú)法消除影響鐵路安全運(yùn)營(yíng)和工程施工的安全隱患。從而導(dǎo)致整體施工推進(jìn)較為滯后，延長(zhǎng)工期促使項(xiàng)目間接費(fèi)成本增加。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論是從安全風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)因素還是社會(huì)影響等考慮，151#鐵路橋跨越原航道部分按原設(shè)計(jì)方案施工都存在各種不利因素。最有效的解決方案就是對(duì)151#鐵路橋進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，增大通航凈寬。本文以無(wú)錫市跨錫澄運(yùn)河橋梁為例闡述了該橋梁變更設(shè)計(jì)的可行性和必要性，對(duì)以后此類(lèi)型橋梁變更設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。