既有鐵路車站鋼桁架天橋架設(shè)工程施工技術(shù)

鄢志芳 王立忠

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300350 石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北石家莊 050041）

不少既有鐵路車站的升級改造工程中需要增加跨線人行天橋，本文介紹的包西鐵路通道東勝西站人行天橋架設(shè)工程就是這樣一個實(shí)例。

1 工程概況

包西鐵路通道東勝西站設(shè)基本站臺和二號站臺兩座站臺，站臺寬度分別為10.0m 和10.5m，站線布置順序從基本站臺向二號站臺為6 號線、4 號線、Ⅱ號線、Ⅰ號線、3 號線、5 號線，線間距分別為5m、5.3m、5m、5.3m、5m，二號站臺外側(cè)有7 號線。

天橋垂直線路布置在基本站臺和二號站臺之間。天橋基礎(chǔ)采用六樁承臺基礎(chǔ)。支撐系統(tǒng)采用兩根鋼管混凝土柱，基本站臺1/P-B 軸支撐為?800×20 鋼管混凝土柱，二站臺P-B 軸支撐為?800×30 鋼管混凝土柱，O/P-A 軸支撐為?800×20 鋼管混凝土柱。天橋起點(diǎn)及終點(diǎn)支點(diǎn)設(shè)活動支座，中間支點(diǎn)設(shè)固定支座。天橋梁為Q345B 鋼桁梁，起吊重量為1600 kN，設(shè)計跨度42.23（4.135×9+5.015）+4.4m，全長47.63m，桁架間距12.0m，桁架高度4.3m。橋面底板采用壓型組合樓板，屋面采用壓型保溫復(fù)合板。天橋底板距離基本站臺面高度為7.2m，橋面高7.8m。

天橋采用地面拼裝、大型吊車起吊的安裝方法施工。拼裝場地設(shè)在二號站臺順線路方向上，大型吊車布置在二號站臺上。

2 吊車的選擇

架設(shè)天橋時起吊重量為1600 kN，起吊高度為8m。根據(jù)起吊天橋?qū)Φ踯嚻鹬啬芰Φ囊蠛臀覇挝滑F(xiàn)有的吊車情況，最后確定使用三一重工生產(chǎn)的SCC6300 履帶起重機(jī)進(jìn)行吊裝作業(yè)。

SCC6300 履帶起重機(jī)最大額定起重6300kN，最大起重力矩5950×7kN.m，吊車主臂長度36～108m，后配重1800kN，中央壓重800kN，超起配重0～3000kN。經(jīng)圖紙模擬計算，起吊人行天橋需要的吊車起吊半徑為34m，起吊高度為8m 時所需吊臂長度為72m，此時額定吊裝重量為1930kN，實(shí)際吊裝重量為1600kN 時，負(fù)荷率為82.9%，滿足負(fù)荷率≯90%的要求。

3 吊裝場地布置及吊車位置

吊裝場地布置在二站臺上。為了滿足吊裝施工的需要，二站臺兩側(cè)的股道需回填，兩側(cè)的信號柜需做剛性保護(hù)，東側(cè)的土坡以及進(jìn)場道路需要進(jìn)行改造。

履帶起重機(jī)就位于二站臺偏5 股道一側(cè)，吊車主機(jī)占位面積約12m×15m。起重機(jī)自重、配重以及被吊構(gòu)件重量合計約10134kN，因此需要對吊車主機(jī)占位區(qū)域進(jìn)行換填，換填用3∶7 灰土，深度60cm。寬度超出二號站臺的吊車占位以及7 號線和其外側(cè)的場地用道渣裝袋回填并碾壓密實(shí)。吊車占位的回填、換填區(qū)域必須進(jìn)行地基承載實(shí)驗，要求地基承載力≥300kPa。吊車起吊時要在其占位上鋪設(shè)箱板，以確保吊車的穩(wěn)定。見圖1。

圖1 吊車占位圖

履帶吊車重+超起配重=8500kN，加上起吊重量后荷載總重=1600+8500=10100kN。吊車履帶箱型墊板尺寸2.3m×6m、4 塊，總承壓面積=2.3×6×4=55.2m2，吊裝偏心系數(shù)為1.2，地基承受的壓應(yīng)力=10100×1.2/55.2=220.3kPa＜地基允許承載力300kPa。起吊時地基能夠滿足承壓要求。

4 天橋梁吊裝計算

4.1 吊點(diǎn)位置的確定

天橋梁必須先準(zhǔn)確計算出其重心位置，4 個吊點(diǎn)應(yīng)該對稱地布置在重心四周，吊點(diǎn)應(yīng)該在桁架的節(jié)點(diǎn)上。起吊過程中應(yīng)使結(jié)構(gòu)自重給天橋梁各桿件造成的彎矩盡量小，變形盡量小。

本天橋桁架的結(jié)構(gòu)尺寸為長47.63m、寬10.4m、高4.3m，剛度分布基本均勻。

以平面模型研究彎矩分配的規(guī)律。

圖2 天橋梁吊裝模型示意圖

構(gòu)件跨中正彎矩：M0=NA(L/2-a)-qL2/8=qL2/8-qLa/2（下緣受拉）

吊點(diǎn)處構(gòu)件負(fù)彎矩：MA=qa2/2（上緣受拉）

式中：q 為天橋桁架梁簡化后的勻布荷載，L 為桁架梁長，NA 為A 點(diǎn)的起吊重量，a 為吊點(diǎn)到梁端的距離。

如果吊點(diǎn)位置合理，應(yīng)該使正、負(fù)彎矩的絕對值相等，可解得a=0.207L，即吊點(diǎn)設(shè)在距構(gòu)件兩端0.207L 時最合理。

天橋梁長L=47m 時0.207L=9.729m。按照吊點(diǎn)應(yīng)該選在桁架節(jié)點(diǎn)上的原則，吊點(diǎn)應(yīng)該選在A2 和A9 兩個節(jié)點(diǎn)上，兩個節(jié)點(diǎn)距梁端的距離分別為8.27m 和9.835m。兩個吊點(diǎn)的距離2×14.773m，吊鉤距天橋梁頂?shù)木嚯x15.596m，鋼絲繩的傾角47 度。天橋吊點(diǎn)位置及吊耳布置見圖3、圖4。

圖3 天橋梁吊點(diǎn)位置圖

圖4 天橋吊點(diǎn)位置及吊耳布置圖

由于吊點(diǎn)距梁兩端的距離不同，A9 點(diǎn)外側(cè)的梁重比A2 點(diǎn)外側(cè)的梁重多50kN。施工中將A9 點(diǎn)以外的壓型鋼底板先不安裝，可以使A9 一端減少16kN 的重量，再在A2 點(diǎn)加34kN 的沙袋（68 袋，0.5kN/袋），使天橋梁的重心與吊鉤中心重合。

4.2 吊耳選擇和計算

吊耳用36mm 厚Q345 鋼板制作，尺寸430×400×36mm，中間鉆一個直徑150mm 的圓孔。圓孔圓心距耳環(huán)頂邊215mm，距吊耳兩邊均為215mm。在吊耳兩側(cè)需要焊四塊加勁板對吊耳進(jìn)行加強(qiáng)，每塊加勁板100×100×25mm，外上側(cè)進(jìn)行殺角。對吊耳需要進(jìn)行抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、焊縫強(qiáng)度檢算，檢算方法按參考文獻(xiàn)的要求進(jìn)行。

4.3 鋼絲繩和卡環(huán)的選用

吊裝用的鋼絲繩和U 型卡環(huán)的強(qiáng)度需要進(jìn)行檢算，按照參考文獻(xiàn)附錄A 可以選用鋼絲繩和U 型卡環(huán)。經(jīng)計算，本次吊裝選用直徑77.5mm 的6×61 鋼絲繩，容許拉應(yīng)力1850N/mm2，破斷力總和4165KN。選用直徑d=130mm 的卡環(huán)。

4.4 吊裝過程中桁架內(nèi)力檢算

需要進(jìn)行吊裝過程中桁架內(nèi)力檢算，方法是取一榀主桁架做為計算模型。將一榀主桁架800kN 的荷載用集中質(zhì)量分配法分配到12 個節(jié)點(diǎn)上，用midas civil 軟件計算其內(nèi)力。經(jīng)計算，吊裝過程中桁架桿件中的拉、壓應(yīng)力均在允許范圍以內(nèi)。

5 天橋吊裝前的準(zhǔn)備工作

除了一般的施工準(zhǔn)備工作以外，還需做好既有線施工的安全保障工作。包西鐵路通道為已開通的運(yùn)營鐵路，天橋吊裝施工時需要按照鐵道部門的規(guī)定進(jìn)行封鎖，必須確保鐵路營業(yè)安全和工地施工安全。天橋吊裝施工能開通的天窗時間只有2h。因此，事前要制定出以min 為單位的施工作業(yè)時間表。

6 天橋吊裝施工技術(shù)

6.1 吊車就位及索具、卡具配置

吊車按設(shè)計好的路線進(jìn)場后按照吊車占位圖停放吊車，吊車安裝后進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試結(jié)果應(yīng)報請質(zhì)檢單位驗收，驗收合格后方可投入使用。

吊裝使用的卡扣件、索具等必須按照設(shè)計要求配置，必須符合相關(guān)規(guī)范的要求，且具有檢驗合格證明書。

6.2 試吊

試吊是為了檢測天橋梁在起吊后是否能夠處于平衡狀態(tài)，測試吊車在全負(fù)荷狀態(tài)下的整體穩(wěn)定性，檢驗鋼絲繩、卡扣件是否合格。試吊時將天橋梁吊離地面50cm。

當(dāng)天橋梁吊起達(dá)到平衡狀態(tài)，四個角的攬風(fēng)繩均與地錨連接，讓天橋梁保持吊起狀態(tài)2h，檢測懸空狀態(tài)下天橋梁的變形情況。

試吊結(jié)束后檢查吊車狀態(tài)是否正常，吊車主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，鋼絲繩、卡扣件受力是否均勻。檢查天橋桿件是否發(fā)生不該出現(xiàn)的變形，吊車占位地面有無下陷或側(cè)移等。

6.3 吊裝

在正式起吊前要對吊車、吊具、天橋梁再進(jìn)行一次系統(tǒng)檢查，確認(rèn)全部正常以后方可正式起吊。

鐵路有關(guān)部門的線路封鎖命令下達(dá)后立即開始吊裝。

為保證天橋梁對高壓線的安全距離，起吊時先將天橋梁吊起1m 后向基本站臺方向平行旋轉(zhuǎn)，待旋轉(zhuǎn)到天橋梁距高壓線水平距離5m 時開始垂直上升，上升速度2.0m/min，再提升7m 后停止提升，開始向左側(cè)基本站臺方向做約55 度的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時間約為8min，待天橋旋轉(zhuǎn)到支撐柱上方時停止旋轉(zhuǎn)，準(zhǔn)備下降就位。

吊裝時用在天橋梁兩端四個角上掛系的4 根纜風(fēng)繩控制其位置，避免天橋梁旋轉(zhuǎn)、晃動并進(jìn)行初步對位。纜風(fēng)繩用?20～25mm 棕繩或麻繩。

6.4 就位

吊裝前在天橋鋼柱周圍搭設(shè)腳手架。天橋梁吊裝到位時利用掛在梁和鋼柱之間的4 個倒鏈精準(zhǔn)調(diào)節(jié)梁的位置，然后緩慢平穩(wěn)下降，徐徐就位。待天橋梁下降到距鋼柱頂面支座上方約50mm 時調(diào)整支座螺栓的位置，支座的螺栓全部就位后將天橋梁落到支座上，開始焊接支座。天橋梁安裝允許偏差見參考文獻(xiàn)[3]的相關(guān)要求。

6.5 支座焊接

支座采用手工電弧焊焊接。焊接前要將焊口邊緣的毛刺、油污、鐵銹等雜質(zhì)清理干凈。

支座的焊接順序為先焊接P-B 軸固定端支座，焊接完畢后放松吊車鋼絲繩使天橋自重全部落在支座上，檢測天橋桁架就位合格后焊接兩端的活動端支座。最后解除吊裝設(shè)備。

由于時間限制，支座焊接可以采取花焊的方式，即先在每個支座的四邊各焊10cm 長的焊縫，剩余的焊縫待脫鉤后繼續(xù)焊接。

7 結(jié)語

包西鐵路通道東勝西站在鐵路通車以后需要增設(shè)一座鋼桁架結(jié)構(gòu)的人行天橋。天橋在二號站臺東側(cè)拼裝，全橋重量1600kN，用SCC6300 型履帶吊車架設(shè)。本文從吊車的選用和占位、天橋吊點(diǎn)位置的選擇、吊耳的尺寸和構(gòu)造、吊裝鋼絲繩和卡環(huán)的選用、天橋吊裝的施工方法等詳細(xì)介紹了天橋架設(shè)的施工技術(shù)，可為同類工程提供借鑒。