劉文武，張志才，范 君

(1.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;2.晉豫魯鐵路通道股份有限公司，山西 太原 030030)

鐵路鋼桁梁架設(shè)采用拖拉法施工一般是由于施工場地受限，不能搭設(shè)支墩原位拼裝架設(shè)。拖拉法施工的常規(guī)做法是在支架上拼裝鋼桁梁，在拼裝支架和安裝滑道，同時(shí)搭設(shè)拖拉下滑道，拼裝完成后頂起鋼桁梁，在主桁架下弦桿下部安裝上滑道，然后落梁至下滑道上，拖拉鋼桁梁沿下滑道前進(jìn)至設(shè)計(jì)位置落梁就位完成施工。晉豫魯鐵路通道采用108 m鋼桁梁跨越京廣線及107國道，受鐵路運(yùn)營及公路通行影響無法原位拼裝，因此設(shè)計(jì)采用拖拉法施工。

1 工程概況

晉豫魯鐵路通道西起山西省興縣瓦塘鎮(zhèn)，經(jīng)山西、河南至山東省日照港，全長1 267 km，總投資超過1 000億元。鐵路于河南省湯陰縣依次跨越南水北調(diào)主干渠、京廣線及107國道，在56#墩及57#墩間設(shè)108 m鋼桁梁跨越京廣線及107國道，是目前國內(nèi)采用拖拉法跨越京廣線施工跨度最大、結(jié)構(gòu)最重的鋼桁梁。

2 施工方案及實(shí)施情況

2.1 108 m鋼桁梁結(jié)構(gòu)

鋼桁梁設(shè)計(jì)采用無豎桿整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角桁架體系，計(jì)算跨度108 m，全長109.5 m，桁高14.5 m，主桁中心距12.8 m，節(jié)間長度12 m，見圖1。

圖1 鋼桁梁立面示意(單位:mm)

主桁上下弦截面均采用焊接箱型斷面，上下弦主桁采用全截面拼接。斜腹桿截面形式主要為箱型，部分采用H型斷面。斜腹桿除端斜桿采用對(duì)接式拼裝外，其余均采用插入式與主桁整體節(jié)點(diǎn)連接。對(duì)接腹桿內(nèi)寬與弦桿內(nèi)寬相同。橋面板為密布橫梁正交異性整體鋼橋面板，道砟橋面。上平縱聯(lián)的斜桿及支桿截面均采用交叉式工型斷面。鋼梁端斜桿上設(shè)有斜向橋門架，同時(shí)在上弦每個(gè)節(jié)點(diǎn)處斜腹桿上設(shè)置中間橫聯(lián)。鋼桁梁使用 M24及 M30高強(qiáng)度螺栓組拼，重約1 978 t，每米質(zhì)量約18.1 t。

圖2 支架簡圖

2.2 支撐結(jié)構(gòu)及滑道結(jié)構(gòu)

如圖2所示，支架從結(jié)構(gòu)形式上分3部分:57#～60#墩間的拼裝兼滑移支架、57#墩頂?shù)倪^渡滑移支架和56#～57#墩間的滑移支架。下部結(jié)構(gòu)的樁基、擴(kuò)大基礎(chǔ)、鋼管柱、分配梁、貝雷梁以及滑道結(jié)構(gòu)的鋼箱梁、分配梁及扣軌梁等結(jié)構(gòu)受力均經(jīng)過設(shè)計(jì)單位檢算，監(jiān)理、建設(shè)單位及鐵路局相關(guān)部門審核，各工況結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性滿足要求。施工方案經(jīng)兩次專家論證會(huì)評(píng)審?fù)ㄟ^。貝雷梁組拼前經(jīng)過加載試驗(yàn)，可以滿足設(shè)計(jì)承載力。

2.2.1 拼裝區(qū)支架與下滑道

下部支架結(jié)構(gòu):57#～60#墩間設(shè)9排臨時(shí)支墩，臨時(shí)支墩采用擴(kuò)大基礎(chǔ)及雙鋼管柱;柱頂設(shè)2根橫向I45b工字鋼分配梁;分配梁上每桁設(shè)9片加強(qiáng)型貝雷梁;在鋼管柱支墩處橫向設(shè)2根通長I22a工字鋼與兩主桁下的貝雷梁相連接。下滑道結(jié)構(gòu):在貝雷梁頂設(shè)間距0.75 m、長1.5 m I22a工字鋼分配梁，設(shè)在貝雷梁節(jié)點(diǎn)處，分配梁上鋪設(shè)43 kg/m鋼軌扣軌梁，正反扣并排鋪設(shè)，每桁10根;上面鋪δ20 mm鋼板，寬1.0 m，通長鋪設(shè);鋼板上面焊接2～3 mm厚的不銹鋼板做滑動(dòng)面。

2.2.2 過渡滑移支架

該段位于墩頂，長1.7 m，用于貝雷梁與鋼箱滑道梁剛度突變段過渡，下部支撐結(jié)構(gòu)初期采用預(yù)制鋼管混凝土支墩，拖拉時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土支墩底部難以抄墊密實(shí)，頂部滑道結(jié)構(gòu)間隙處壓縮變形大，故改為鋼筋混凝土基礎(chǔ)。支墩上鋪設(shè)縱橫向鋼軌垛，其上鋪設(shè)鋼板及不銹鋼滑面板。

2.2.3 拖拉區(qū)支架與下滑道

拖拉區(qū)支架下部結(jié)構(gòu)自56#墩向57#墩間設(shè)1#，2#，3#支墩群，分別位于京廣線以西、京廣線和107國道之間以及107國道以東。1#臨時(shí)支墩基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)，湯臺(tái)鐵路廢棄線的基床上設(shè)擴(kuò)大基礎(chǔ)，在邊坡和坡腳處設(shè)3排鉆孔樁，共6根。每桁縱向設(shè)7排 φ500 mm，δ16 mm的無縫鋼管，橫向每排5根，縱向間距3.2 m。2#臨時(shí)支墩群位于京廣鐵路和107國道之間，支架基礎(chǔ)全部采用鉆孔樁基礎(chǔ)，每桁縱向設(shè) 6排，橫向每排 2根，共 12根。立柱采用φ500 mm，δ16 mm的無縫鋼管，縱向10根，橫向5根，縱向間距3.0 m。3#臨時(shí)支墩群位于107國道與57#墩之間，支架基礎(chǔ)全部采用鉆孔樁，每桁縱向設(shè)2排，橫向每排2根，共4根。立柱采用φ500 mm，δ16 mm的無縫鋼管，縱向4根，橫向5根，縱向間距2.5 m。在鋼管支架頂部每根鋼管立柱用2根I45b一組作為縱向分配梁。橫向分配梁采用3根I45a，間距1.5 m?；澜Y(jié)構(gòu)采用分配梁上設(shè)廠制鋼箱滑道梁，其上鋪設(shè)不銹鋼板作為滑動(dòng)面，滑動(dòng)面滿涂黃油潤滑。

2.2.4 上滑道

鋼桁梁上滑道安裝在鋼桁梁下弦主桁的節(jié)點(diǎn)下面，設(shè)置18處上滑道。上滑道采用厚20 mm鋼板拼焊，設(shè)肋板加強(qiáng)，各主桁節(jié)點(diǎn)下上滑道高度根據(jù)鋼桁梁拼裝預(yù)拱度設(shè)置，使上滑道底面保持水平。上滑道從上向下依次為石棉布?jí)|層、鋼上滑道、四氟滑板，上滑道用細(xì)鋼絲繩與下弦主桁連接固定。

2.3 拖拉體系設(shè)計(jì)

1)在3#臨時(shí)支墩群的滑道前端安裝反力支架，利用下滑道在內(nèi)側(cè)對(duì)稱安裝2臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的200 t連續(xù)張拉千斤頂，每行程拖拉20 cm，理論拖拉速度超過8 m/h。

2)每個(gè)千斤頂使用10根鋼絞線作為拉索，在鋼桁梁大里程端下弦桿(E0桿件)第二橫梁上面設(shè)置拉錨器。拉錨器為組焊件，采用高強(qiáng)螺栓安裝在梁端主桁端頭上。

3)在拼裝區(qū)每個(gè)臨時(shí)支墩的上方和拖拉區(qū)57#墩每隔20 m設(shè)置橫向限位裝置。拼裝區(qū)限位裝置安裝在上分配梁I22工字鋼上面。拖拉區(qū)的限位裝置每隔20 m設(shè)置一處，安裝在橫向分配梁上。拖拉前進(jìn)時(shí)，根據(jù)鋼桁梁橫向偏移情況，在拖拉過程中采用滾輪配合鋼楔糾正橫向偏位。

3 施工問題分析

鋼桁梁拖拉施工期間由設(shè)計(jì)人員對(duì)各上滑道受力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢算?？紤]到上滑道和鋼桁梁剛度均較大，當(dāng)上滑道與下滑道不密貼時(shí)，各上滑道受力重新分配，這時(shí)使用液壓千斤頂加力調(diào)整各上滑道荷載，使各上滑道工作荷載接近計(jì)算荷載。試拖啟動(dòng)拖拉力960 kN，換算摩擦系數(shù)約0.05，符合最初設(shè)計(jì)預(yù)期，說明滑移面構(gòu)造合理?；茀^(qū)支墩群及滑道結(jié)構(gòu)在拖拉施工中未出現(xiàn)異常情況，拼裝區(qū)貝雷梁段工作也基本正常。拖拉施工正式開始后，設(shè)計(jì)及施工方面存在的問題逐漸暴露出來，給施工過程造成了較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 上滑道脫空

鋼桁梁拼裝起拱度偏差、上滑道加工尺寸偏差、滑道平順度、滑道承載部位豎向位移等因素耦合作用，使得上下滑道接觸面不在同一水平面上，落梁后南側(cè)2#～4#上滑道及北側(cè)2#，3#上滑道脫空未承載，原設(shè)計(jì)各上滑道受力情況改變，個(gè)別上滑道受力集中，使對(duì)應(yīng)部位的下滑道受力遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)，出現(xiàn)下滑道部分I22a工字鋼分配梁腹板壓潰(圖3(a))。為調(diào)整下滑道受力狀態(tài)，拖拉過程中根據(jù)上滑道脫空情況，按計(jì)算值以千斤頂配合施加相應(yīng)壓力。

3.2 過渡滑移區(qū)工作效果不理想

拖拉區(qū)滑道及支架體系剛度較大，拼裝區(qū)貝雷梁段剛度相對(duì)較小，剛度過渡段位于57#墩頂，鋼管混凝土支墩及下滑道承載后產(chǎn)生較大下沉，使過渡段滑道與鋼箱梁滑道產(chǎn)生較大錯(cuò)臺(tái)。采取千斤頂配合滑移通過第二個(gè)上滑道后，取消過渡段下部支撐鋼管混凝土支墩，改現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)。此措施使剛度差的影響由過渡段滑道至鋼箱梁滑道轉(zhuǎn)移到貝雷梁段滑道至混凝土過渡段滑道。貝雷梁端部1.5 m懸臂段豎向變形計(jì)算值與實(shí)測值差異過大，拖拉過程中產(chǎn)生超過5 cm的豎向變形，與57#墩頂滑道表面形成錯(cuò)臺(tái)(圖3(b))，拖拉千斤頂最大拖拉力提高至2 720 kN即接近啟動(dòng)拖拉力的3倍時(shí)仍無法拖動(dòng)。為解決錯(cuò)臺(tái)問題采用千斤頂頂升貝雷梁，導(dǎo)致貝雷梁豎桿變形。錯(cuò)臺(tái)產(chǎn)生的剪力使固定四氟滑板的螺絲剪斷、四氟滑板脫落，上滑道變形，下滑道不銹鋼滑面開焊起鼓(圖3(c))。

圖3 施工現(xiàn)場

3.3 過渡滑移區(qū)設(shè)計(jì)不合理

為便于安裝滑道，作業(yè)時(shí)將扣軌梁在過渡滑移區(qū)起始位置斷開，使鋼軌梁下部抄墊不實(shí)，鋼軌梁邊緣存在約10 cm左右的懸臂段。在上滑塊走行至該部位時(shí)，過大的受力使鋼軌梁及其上的鋼板、不銹鋼板翹起，每個(gè)上滑道經(jīng)過此段時(shí)必須使用千斤頂壓住鋼板配合滑移。

3.4 處理措施

出現(xiàn)的問題集中在貝雷梁末端1.5 m及57#墩頂1.7 m過渡段豎向支撐剛度突變段。在拖拉期間一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題就需停止施工進(jìn)行處理。主要處理措施包括對(duì)腹板壓潰的工字鋼分配梁進(jìn)行加固，對(duì)過渡段滑道支撐結(jié)構(gòu)由鋼管混凝土柱改為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，對(duì)貝雷梁變形部位增加槽鋼支撐，貝雷架支撐結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)間的錯(cuò)臺(tái)處使用千斤頂代替上滑道工作，割除起鼓的不銹鋼板重新鋪設(shè)焊接等。原計(jì)劃10 d左右拖拉就位，實(shí)際拖拉用時(shí)約20 d。

4 結(jié)論與建議

1)貝雷梁支架上拼裝鋼桁梁、拼裝區(qū)以外拖拉區(qū)采用鋼箱梁滑道的施工有較多成功案例，但在本工程應(yīng)用卻不順利，主要原因是其他案例中鋼桁梁跨度及自重相對(duì)較小，而本工程108 m跨度鋼桁梁自重大，加大了滑道縱向剛度不連續(xù)產(chǎn)生的影響。采用貝雷梁拼裝支架使下部縱向支撐結(jié)構(gòu)剛度差異過大，滑道難以形成剛度連續(xù)均勻的水平支撐面。鋼桁梁自重大、滑道剛度突變使施工過程中出現(xiàn)了大量不可預(yù)見的問題。更需要注意的是鋼桁梁自重較大，一旦滑移過程被迫暫停，主桁節(jié)點(diǎn)下起頂部位已被上滑道占據(jù)不能放置千斤頂，下弦桿非設(shè)計(jì)起頂位置不能頂升受力，且鋼梁與滑道之間空間狹小，大噸位千斤頂沒有作業(yè)空間，出現(xiàn)問題難以處理。建議拖拉法施工的鋼桁梁拼裝區(qū)和拖拉區(qū)采用結(jié)構(gòu)形式一致的下部支撐結(jié)構(gòu)，使支撐體系形成沿拖拉方向剛度連續(xù)均勻的滑道。

2)滑道扣軌梁在過渡段斷開使下部支撐剛度突變處滑道剛度也發(fā)生突變，沒有緩沖過渡，引起了較多問題。建議滑道方案應(yīng)考慮剛度是否連續(xù)均勻變化對(duì)施工的影響。

3)鋼桁梁拼裝預(yù)拱度控制主要涉及桿件加工精度和拼裝施工精度控制，應(yīng)給予高度重視。拼裝完成后，應(yīng)對(duì)鋼桁梁實(shí)際拱度進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果確定上滑道加工高度，保證滑移面水平，消除預(yù)拱度對(duì)上滑道工作狀態(tài)的影響。

4)滑道水平標(biāo)高測量控制。在基礎(chǔ)、立柱及滑道梁施工安裝過程中，應(yīng)加強(qiáng)各環(huán)節(jié)標(biāo)高復(fù)核，盡量消除支撐結(jié)構(gòu)標(biāo)高偏差?；劳瓿珊螅瑧?yīng)對(duì)滑面標(biāo)高進(jìn)行實(shí)測、調(diào)整，確保平順。

5)上滑道加工尺寸應(yīng)在鋼桁梁組拼拱度測量完成后確定，加工偏差應(yīng)嚴(yán)格控制。

［1］徐文平，張宇峰.鋼橋拖拉法施工技術(shù)的研討［J］.公路，2007(5):48-52.

［2］鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.經(jīng)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)［2008］176號(hào) 客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.