上跨營運鐵路門式墩鋼蓋梁的選用和吊裝施工

薛紅博

摘要：在新建鐵路客運專線橋梁施工過程中，由于線路設(shè)計曲線半徑大，跨越既有營運鐵路線時會遇到線路夾角較小的情況，就必須采用門式剛架墩的結(jié)構(gòu)形式通過。柳州至南寧客運專線南河雙線特大橋原設(shè)計33號墩～42號墩采用預(yù)應(yīng)力混凝土門式剛架墩跨越既有湘桂鐵路，但由于征地拆遷難度大，無法實施便線繞行方案，特此將門式墩結(jié)構(gòu)形式變更為混凝土柱身+鋼蓋梁方案。本文重點介紹了鋼蓋梁的規(guī)格選用、吊裝設(shè)備的選擇、場地的布置、鋼蓋梁的吊裝等關(guān)鍵步驟的施工技術(shù)，同時提出了幾點施工期間的注意事項。

Abstract： During the construction of a new railway passenger dedicated line bridge， due to the large radius of the design curve of the line， it will encounter a small angle between the lines when crossing over the existing operating railway line， and it must adopt the form of a portal rigid frame pier. The original design of 33# to 42# piers of the Nanhe double-track super bridge of the Liuzhou-Nanning Passenger Dedicated Line used prestressed concrete portal frame piers to cross the existing Xianggui Railway. However， due to the difficulty of land acquisition and demolition， it is not possible to implement the detour scheme， so the gate pier structure is hereby changed to the concrete pillar + steel cover beam scheme. This article focuses on the construction techniques of key steps， such as， the selection of steel cover beam specifications， the choice of lifting equipment， the layout of the site， and the lifting of steel cover beams， and so on. At the same time， some points for attention during construction are proposed.

關(guān)鍵詞：營運鐵路;門式墩;鋼蓋梁;施工技術(shù)

Key words： operating railway;gate pier;steel cover beam;construction technology

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0163-04

1? 工程概況

柳州至南寧客運專線南河雙線特大橋原設(shè)計33號墩～42號墩采用預(yù)應(yīng)力混凝土門式剛架墩跨越既有湘桂鐵路，門式墩下鐵路凈高6.0～6.3m不等。門式墩蓋梁采用支架現(xiàn)澆施工，并設(shè)置防護(hù)棚架保證既有鐵路運營安全。

為滿足電氣化凈空要求，既有湘桂鐵路YK542+800～YK543+600段需原位落道，為此設(shè)南河便線將既有湘桂右線繞行，以進(jìn)行落道及門式墩的施工。南河便線需征地約80畝，征地拆遷難度大，制約施工，門式墩無法開工。根據(jù)南寧鐵路局湘桂建指《關(guān)于客車線南河雙線特大橋門式墩變更設(shè)計的函》，門式墩成為柳南客專開通的控制性工程，為滿足工期要求，原預(yù)應(yīng)力混凝土門式剛架墩方案變更為混凝土柱身+鋼蓋梁方案。

由于33號墩～42號墩的樁基已經(jīng)施工完成，故樁基及承臺維持原位置不變，混凝土蓋梁改用鋼蓋梁，相應(yīng)調(diào)整混凝土柱身構(gòu)造。鋼蓋梁在工廠分段預(yù)制，現(xiàn)場拼裝后利用鐵路天窗時間整體吊裝架設(shè)就位，取消原設(shè)計的防護(hù)棚架。鋼蓋梁下方既有湘桂鐵路凈空≥6.55m，預(yù)留接觸網(wǎng)掛設(shè)條件。取消臨時便線和對既有線的落道施工。因此工程投資費用和工期要求滿足業(yè)主需求。橋址平面位置見圖1所示。

2? 鋼蓋梁的選用

南河特大橋33#～42#門式墩起訖里程DK543+043.819～DK543+266.126（對既有湘桂線里程K543+045～K543+268）門式墩與既有湘桂線斜交，選用鋼箱蓋梁上跨既有鐵路線，根據(jù)現(xiàn)場的情況決定鋼蓋梁的長度為26.00m到31.93m，保持墩柱為實心鋼混墩柱，墩柱基面長4.5m，寬3m。典型斷面如圖2所示。

鋼蓋梁為鋼箱結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Q345qD，寬4500mm，32號、42號蓋梁高2400mm，34號、41號蓋梁高2600mm，35號蓋梁高2800mm，36～40號蓋梁高3000mm。頂、底板厚32mm，腹板厚28mm，頂、底板設(shè)置5道□300mm×30mm縱向加勁肋，每個腹板設(shè)置3道□300mm×30mm縱向加勁肋。梁箱內(nèi)設(shè)置一定橫隔板，其間距不大于2500mm，支座處橫隔板厚16mm，其它部位厚12mm，橫隔板距400～2460mm，平均間距1400mm。橫隔板開孔并鑲邊處理。鋼蓋梁各墩號參數(shù)見表1所示。

鋼蓋梁兩端通過球形支座支承于混凝土柱身上，T梁通過支座支承于鋼蓋梁上。鋼蓋梁在工廠分段預(yù)制，現(xiàn)場拼裝后利用鐵路封鎖點時間整體吊裝架設(shè)就位。鋼蓋梁需設(shè)置預(yù)拱，頂?shù)装灏椿⌒螔佄锞€，腹板按等高制造，具體預(yù)拱值見各構(gòu)造圖。不得因設(shè)置預(yù)拱而減小蓋梁下既有湘桂鐵路的凈高。

需要特別注意的是鋼結(jié)構(gòu)制造應(yīng)按照《鐵路鋼橋制造規(guī)范》要求實施，并控制好桿件的組裝精度和各類焊接的質(zhì)量，需要進(jìn)行各類焊接的工藝評定，同時各板材和接頭的力學(xué)性能要滿足要求。

鋼蓋梁由于平面布置尺寸較大，在制造時應(yīng)盡可能使用整板。鋼蓋梁板件間焊接尤其是坡口熔透焊，應(yīng)按規(guī)范的要求，經(jīng)過嚴(yán)格的探傷檢查。

3? 工程特點

3.1 鋼梁尺寸大

鋼梁長度26.00m～31.93m，根據(jù)圖紙要求由工廠分節(jié)段，按2段或者3段加工。通過分段加工、分段運輸，分片拼裝，按片吊裝。蓋梁分段加工、運輸規(guī)格見表2。

3.2 既有線施工配合要求大

既有湘桂鐵路車流密度大，封鎖施工業(yè)務(wù)部門配合比較多，協(xié)調(diào)任務(wù)量大。鋼蓋梁噸位大，吊裝作業(yè)半徑比較大，現(xiàn)場需要大噸位吊車進(jìn)行吊裝。

3.3 吊裝機(jī)械停放位置地基承載力要求高

根據(jù)鋼蓋梁參數(shù)表可知最重的一片梁為168.7t，作業(yè)半徑約24～28m。經(jīng)參考各吊裝設(shè)備參數(shù)。擬采用中聯(lián)650T履帶300噸超起配置工況進(jìn)行吊裝。履帶吊自身重量約950T，鋼蓋梁重約168.7T（最重一片），對地基承載力要求較高。根據(jù)吊車起吊工況參數(shù)要求，地基承載力不低于200kPa。

3.4 鋼梁安裝精度要求高

在施吊時，鋼蓋梁與混凝土柱墩之間連接采用螺栓連接，需要較高的吊裝精度。

3.5 施工組織難度大

施工現(xiàn)場場地有限，就需要各種工序科學(xué)組織，在門式墩混凝土強(qiáng)度滿足要求后，鋼梁的拼裝需要同期完成;大噸位吊機(jī)要根據(jù)鋼梁的拼裝進(jìn)度適機(jī)進(jìn)場，加上及時辦理鐵路要點計劃，順利完成施工。

4? 鋼蓋梁吊裝施工技術(shù)

4.1 施工工序安排

①吊車選擇;②施工現(xiàn)場布置;③鋼蓋梁逐片拼裝;④650T履帶吊車進(jìn)場、組裝;⑤試吊及工況檢查;⑥封鎖既有線路、鋼蓋梁自33#至42#墩逐片吊裝就位;⑦鋼蓋梁剩余工序（支座墊板、防落梁措施、檢查梯、吊籃焊接等）施工。

4.2 吊車選擇

經(jīng)調(diào)查現(xiàn)場實際場地、道路等情況及對比各型號吊車性能參數(shù)，綜合各方面因素決定優(yōu)先采用650T以上帶超起吊車方案吊裝。本次吊裝采用650t履帶式起重機(jī)，300t超起平衡重，超起平衡重半徑12m工況，單機(jī)吊裝方案，重型主臂L=60m，作業(yè)半徑R在22m吊裝就位，作業(yè)半徑R=22m，額定起重量Q=300t。整體吊裝蓋梁自重量168.7T，吊鉤自重11T，鋼絲繩自重2T，吊索具4T，合計185.7T。

參照650T履帶吊起重性能表。吊幅22m，主臂長度60m時，650T履帶吊起重能力為300t，安全系數(shù)為300/185.7=1.62滿足吊裝要求。吊裝布置示意圖見圖3。

4.3 場地處理

4.3.1 鋼蓋梁拼裝場地設(shè)置

根據(jù)施工現(xiàn)場情況可直接在吊車行走通道上每片鋼蓋梁對應(yīng)門式墩處原位拼裝。以保證后續(xù)鋼梁進(jìn)場即可拼裝，拼裝完成后即可吊裝，減少錯車干擾和場地內(nèi)運輸。

鋼蓋梁工廠分段加工完成，運至現(xiàn)場施工區(qū)域，拼裝完成后從33#小里程側(cè)往42#大里程側(cè)依次吊裝就位。吊裝通道15m寬。鋼蓋梁在地面拼裝臺座上栓接成整體，鋼蓋梁拼裝基礎(chǔ)設(shè)置為5m×1m×0.5m混凝土基礎(chǔ)，每榀鋼梁共設(shè)置3～4個拼裝基礎(chǔ)。鋼蓋梁需疊兩側(cè)放置，根據(jù)鋼蓋梁重量要求，最重168.7T，拼裝場地底面要求承載力為168.7×10/（5×3）=112.4kPa。

4.3.2 履帶吊行走及支點場地建設(shè)

根據(jù)吊車自身重量及鋼梁重量要求，履帶吊行走道路寬度為15m，場地長250m。履帶吊支點工作平臺寬18m。場地基礎(chǔ)采取換填處理。清除表面軟弱土質(zhì)，并壓填片石至原有施工便道標(biāo)高。填0.2m厚碎石墊層找平，碎石墊層上填筑0.7m厚級配碎石，分兩層填筑壓實。處理后的地基承載力用平板載荷測定儀進(jìn)行檢測不小于200kPa。吊裝作業(yè)時，吊車履帶下鋪路基板，保證吊裝作業(yè)順利安全進(jìn)行。

4.4 鋼蓋梁的拼裝

鋼蓋梁為門式墩主要承力構(gòu)件，焊接要求極高，鋼結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件采用焊接連接，接頭的基材與力學(xué)性能與主體板材相同屈服極限、相同強(qiáng)度、相同韌性。焊縫要求為一級焊縫。梁體由廠家制作，經(jīng)驗收合格后分節(jié)段運輸至架設(shè)位置，現(xiàn)場采用250噸位吊車逐片進(jìn)行拼裝。其中鋼梁節(jié)段采用100—120T運梁平板車運輸?shù)竭_(dá)現(xiàn)場后，專人指揮進(jìn)入施工場地，按現(xiàn)場指定位置停放到位。

4.5 鋼蓋梁吊裝

中聯(lián)QUY650t級履帶式起重機(jī)屬大型起重設(shè)備，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分體部件多，運輸要求高。為保證起重機(jī)運輸搬遷過程中，有效的規(guī)避各種運輸風(fēng)險，優(yōu)質(zhì)高效、安全順利地完成運輸搬遷任務(wù)，必須編制吊車的運輸計劃。運至現(xiàn)場后，采用220T汽車吊進(jìn)行組裝，組裝嚴(yán)格按照設(shè)備操作順序和起吊規(guī)程執(zhí)行。

4.5.1 吊前準(zhǔn)備

首先按照規(guī)劃支立650T履帶吊，現(xiàn)場技術(shù)人員復(fù)核相對位置，司機(jī)檢查吊車的狀況，提前做好吊裝準(zhǔn)備的所有工作。同時準(zhǔn)備好各種牽引繩索，輔助工人在梁兩端頭各2組，每組5人;左右兩側(cè)墩柱頂各配備技術(shù)人員1名，特別要在吊機(jī)的每個支腿處設(shè)置防護(hù)安全員，落實支腿的安全檢查情況。各類設(shè)備和人員準(zhǔn)備到位。

4.5.2 吊繩、攬風(fēng)繩準(zhǔn)備

現(xiàn)場總指揮人命令吊梁輔助人員分別掛好兩端的鋼絲繩，其中吊點距梁端均為4m，吊繩采用直徑為120mm的無接頭鋼絲繩圈4根（單根額定荷載200T），用85t卸扣連接吊繩與鋼梁的吊耳，吊耳采用廠制，與梁體采用同質(zhì)鋼材，并評定焊接質(zhì)量。

攬風(fēng)繩設(shè)置：分別在鋼蓋梁的兩段4個角處設(shè)置4處纜風(fēng)繩，吊裝時跟隨吊車能夠旋轉(zhuǎn)，滿足將鋼梁粗定位到墩頂位置。

4.5.3 試吊

在組裝完主吊機(jī)后，必須一個既有線的封鎖時間來進(jìn)行單片梁體的試吊作業(yè)。試吊的作用主要是檢查整個吊裝的組織系統(tǒng)是否完善，同時檢查吊機(jī)的性能，核實支腿地基的穩(wěn)定性，檢查各類索具和風(fēng)纜繩匹配性。同時，在試吊作業(yè)時嚴(yán)格按照吊裝程序執(zhí)行，落實指揮人員、輔助人員、吊裝司機(jī)、焊接人員、測量人員和既有線路設(shè)備防護(hù)人員的職責(zé)。確保指揮通訊暢通，現(xiàn)場技術(shù)人員需要詳細(xì)記錄試吊時的各工序持續(xù)時間和作業(yè)參數(shù)，便于為正式吊裝時提供指導(dǎo)，做好充分準(zhǔn)備。

試吊程序：指揮人員下達(dá)試吊命令→吊裝班組安裝卸扣→指揮人員下達(dá)起吊命令→吊裝班組按命令起吊（高度按實際高度進(jìn)行）→到位后吊機(jī)大臂向遠(yuǎn)離營業(yè)線側(cè)旋轉(zhuǎn)90°→向指揮人員匯報已旋轉(zhuǎn)到位可落梁→指揮人員下達(dá)落梁命令→吊機(jī)反向旋轉(zhuǎn)90°落梁→落梁至原位置→技術(shù)人員檢查向指揮人員匯報檢查情況→指揮人員命令拆卸扣→班組拆卸扣→吊車大臂回轉(zhuǎn)→班組焊接→總結(jié)分析試吊成果。

4.5.4 吊裝作業(yè)

在試吊完成后，總結(jié)了相關(guān)的成果，在既有運營鐵路取得施工封鎖點后，方可進(jìn)行吊裝作業(yè)。根據(jù)梁體的重量和吊車的作業(yè)半徑、吊裝高度，按既定的位置布置650t履帶吊超起300噸配重起重吊裝（半徑22m計），吊裝過程分為兩步：

第1步：650T履帶吊車提前就位，完成組裝，在計劃線路封鎖點命令下達(dá)前90分鐘準(zhǔn)備各項工況，現(xiàn)場進(jìn)行第2次試吊，輔助人員掛好吊鉤后，由現(xiàn)場總指揮下過試吊作業(yè)命令，吊車緩慢起吊，要求梁體吊起0.1m時暫停作業(yè)，由現(xiàn)場安全負(fù)責(zé)人和各支腿防護(hù)人員檢查支腿的穩(wěn)定狀態(tài)，輔助人員檢查吊鉤、吊繩，纜風(fēng)繩的狀態(tài)，若有不穩(wěn)定情況立即停止吊裝作業(yè)。技術(shù)人員對鋼蓋的吊點進(jìn)行檢查，確保吊點穩(wěn)定。等各項無異常情況，等待線路封鎖點。

第2步：當(dāng)線路封鎖命令下達(dá)，配合單位的電務(wù)人員切斷區(qū)間接觸網(wǎng)電源后，總指揮長下達(dá)起吊命令，但吊車的起升速度必須控制在1.25m/min以下，在起升過程中同時要進(jìn)行安全檢查。當(dāng)起吊高度梁底超過墩柱支座頂1.5m（距地面14m）時停止。吊車順時針緩慢回轉(zhuǎn)至鋼蓋梁軸線位置正上方，人工牽引攬風(fēng)繩定位后，緩緩下落至吊裝就位。

4.5.5 落梁就位

在梁體下落距離支座面500mm時應(yīng)停止下落，輔助纜風(fēng)繩穩(wěn)定梁體后再緩慢下降，現(xiàn)場落梁輔助人員及技術(shù)人員要保證梁體落位的準(zhǔn)確控制，同時檢查梁板底與支座間是否密貼，若不密貼采用1mm、2mm等厚度鋼片墊實，焊接人員即可焊接地鋼筋、防落梁鋼構(gòu)件。

4.5.6 撤鉤

鋼蓋梁與柱墩支座連接穩(wěn)固后，由吊裝指揮長下達(dá)撤鉤命令，輔助人員進(jìn)行撤鉤作業(yè)，吊車緩慢收繩及轉(zhuǎn)向。

4.5.7 轉(zhuǎn)場

其他施工人員及時完成各項后序工作后，清理現(xiàn)場，吊車方可移位至下一墩位地點，在既有線封鎖點內(nèi)，循環(huán)進(jìn)行下一片梁的吊裝作業(yè)。

5? 施工期間的注意要點

①本橋跨越既有線及靠近既有線的墩臺施工時，應(yīng)采取安全防護(hù)措施，并設(shè)置安全警示標(biāo)志，保證鐵路運營及施工安全。施工時要求列車限速45km/h，有車通過時，應(yīng)停止大型設(shè)備作業(yè)。施工單位應(yīng)與有關(guān)部門密切配合，確保列車運營及施工安全。

②各鋼蓋梁吊裝必須在天窗時間進(jìn)行，以確保安全。施工方案報既有鐵路相關(guān)部門批準(zhǔn)后方可施工。

③門式墩鋼結(jié)構(gòu)箱形桿件外表面采用《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》（TB/T1527-2011）的第VII體系涂裝，即環(huán)氧富鋅底漆（至少2道，每道至少40μm），環(huán)氧云鐵中間漆（至少1道，每道至少40μm），氟碳面漆（至少2道，每道至少30μm）。箱形桿件內(nèi)表面采用《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T 722-2008）的S15體系，即環(huán)氧富鋅底漆（1道，每道至少60μm），環(huán)氧云鐵中間漆（1～2道，至少厚度120μm），環(huán)氧厚漿面漆（1道，至少80μm）。

④由于本工程臨近既有運營鐵路，必須對鐵路運營相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效的安全防護(hù)。

⑤本工程現(xiàn)場施工的主要安全風(fēng)險源有：臨近既有線接觸網(wǎng)保護(hù)安全風(fēng)險;夜間封鎖吊裝施工安全風(fēng)險;大型設(shè)備操作安全風(fēng)險;高空作業(yè)人身安全管理風(fēng)險。

6? 方案實施效果

本案門式墩蓋梁由原來的支架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土施工改為鋼蓋梁吊裝后，有效減少了施工臨時便線繞行和征地拆遷的工程量，節(jié)約了工程投資。由于臨近既有線，消除施工支架時對既有運營設(shè)備的干擾影響，減少了施工安全風(fēng)險。同時，通過合理安排了施工組織，科學(xué)管理，大大節(jié)約了工期。積累的施工經(jīng)驗?zāi)苡行е笇?dǎo)類似工程的順利實施。

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