劉志如

（中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原030001）

隨著中國(guó)高鐵由“四縱四橫”向“八縱八橫”發(fā)展，新建鐵路上跨既有鐵路的交叉工程越來(lái)越多、結(jié)構(gòu)形式也日益復(fù)雜。設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)綜合考慮地理?xiàng)l件、鐵路限界、橋梁結(jié)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)安全等因素，制訂最佳技術(shù)方案，減少對(duì)既有線行車(chē)安全的影響[1-3]。目前跨越方案通常有兩種，即采用大跨連續(xù)梁跨越既有線和采用門(mén)式墩結(jié)構(gòu)與既有鐵路交角較小跨越。門(mén)式墩因具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、施工周期短、投資低等優(yōu)點(diǎn)，且上部結(jié)構(gòu)可采用標(biāo)準(zhǔn)梁型，被廣泛使用。

1 工程概況

新建京張高速鐵路為世界上首條時(shí)速350 km/h 的智能化高速鐵路，也是世界上首條最高設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h 的高寒、大風(fēng)沙高速鐵路。新保安高架特大橋全長(zhǎng)15.05 km，為京張高速鐵路全線最長(zhǎng)的特大橋。該橋26 號(hào)墩與27 號(hào)墩在鐵路里程DK117+697 處跨越既有京包鐵路上行線，與既有京包鐵路上行線線路的夾角為12°。門(mén)式墩平面布置如圖1所示。新保安高架特大橋26、27 號(hào)門(mén)式墩原設(shè)計(jì)橫向跨度12 m，計(jì)算跨度10 m，凈跨度8 m，橫梁截面為組合梯形，上頂面寬3.4 m，下底面寬2.8 m，立柱為矩形界面，截面為橫向?qū)?.0 m×縱向?qū)?.2 m。門(mén)式墩結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 門(mén)式墩平面布置圖

圖2 門(mén)式墩結(jié)構(gòu)示意

2 總體方案比選及優(yōu)化

2.1 門(mén)式墩原方案施工問(wèn)題

新保安高架特大橋26 號(hào)、27 號(hào)墩采用門(mén)式墩結(jié)構(gòu)上跨既有京包上行線，主要考慮鐵路限界、運(yùn)營(yíng)安全因素，總體方案采用門(mén)式墩與施工便線相結(jié)合的方式，即先進(jìn)行便線施工實(shí)現(xiàn)既有京包鐵路臨時(shí)過(guò)渡，采用現(xiàn)澆法進(jìn)行門(mén)式墩施工，再對(duì)施工便線拆除、恢復(fù)線路?？傮w方案涉及既有運(yùn)營(yíng)鐵路斷道，因此，面臨與繁忙鐵路斷線要點(diǎn)協(xié)調(diào)難、便線施工周期長(zhǎng)無(wú)法滿足架梁工期等問(wèn)題。

2.2 門(mén)式墩優(yōu)化方案

為確保鐵路正常運(yùn)營(yíng)，加快門(mén)式墩施工進(jìn)度，滿足架梁工期要求，有必要針對(duì)門(mén)式墩設(shè)計(jì)與施工方案進(jìn)行深化研究。對(duì)運(yùn)營(yíng)安全、施工工期等因素進(jìn)行方案綜合比選，將門(mén)式墩跨度加大，同時(shí)取消施工便線的總體方案思路。門(mén)式墩跨度調(diào)整加大方案與原方案相比，工期方面，取消了便線施工，縮短工期1 個(gè)月左右；安全管理、協(xié)調(diào)方面，將運(yùn)營(yíng)鐵路斷線要點(diǎn)施工轉(zhuǎn)變?yōu)殚T(mén)式墩基礎(chǔ)臨近既有線施工、橫梁一次吊裝封鎖要點(diǎn)施工，規(guī)避了施工單位、鐵路部門(mén)在便線施工后帶來(lái)的臨時(shí)限速、運(yùn)營(yíng)管理等責(zé)任。

2.3 門(mén)式墩結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，新保安高架特大橋26 號(hào)、27 號(hào)門(mén)式墩設(shè)計(jì)調(diào)整為橫向跨度20.1 m，計(jì)算跨度17 m，凈跨度14.5 m。橫梁截面優(yōu)化為上頂面寬4 m，下底面寬3.3 m，立柱為矩形截面尺寸為橫向?qū)?.5 m×縱向?qū)?.8 m。因總體采用門(mén)式墩跨度加大，橫梁一次吊裝的方案，橫梁分預(yù)制吊裝段及現(xiàn)澆段，長(zhǎng)度分別為13.3 m 及3.4 m，預(yù)制吊裝段采用空心箱室結(jié)構(gòu)，門(mén)式墩優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 門(mén)式墩優(yōu)化設(shè)計(jì)

3 門(mén)式墩橫梁吊裝施工技術(shù)

3.1 施工方案

進(jìn)行樁基、承臺(tái)及墩身施工，將預(yù)制好的橫梁采用大噸位吊車(chē)將橫梁一次吊裝到位，然后進(jìn)行后澆段施工，實(shí)現(xiàn)橫梁與墩身的連接，張拉剩余預(yù)應(yīng)力鋼束，完成門(mén)式墩施工。其中，橫梁吊裝施工是門(mén)式墩施工成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2 橫梁預(yù)制

橫梁中間部分采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，墩頂預(yù)留3.4 m 長(zhǎng)混凝土后澆段。在既有線附近選擇預(yù)制場(chǎng)地，對(duì)地基進(jìn)行處理并進(jìn)行硬化，立模綁扎橫梁鋼筋、安裝預(yù)應(yīng)力管道、澆筑混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束、壓漿，預(yù)制過(guò)程中做好混凝土強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力工序控制，確保吊裝過(guò)程橫梁的強(qiáng)度和剛度。

3.3 橫梁吊裝設(shè)計(jì)及計(jì)算

3．3．1 吊車(chē)選型計(jì)算

因預(yù)制橫梁重量較大，達(dá)240 t，需對(duì)吊裝設(shè)備進(jìn)行選擇計(jì)算。橫梁自重G1=240 t，吊具、吊鉤G2=6 t，實(shí)際吊裝質(zhì)量G3=G1+G2=246 t。查詢選定吊車(chē)QUY650-SHB 吊車(chē)，超起平衡重半徑16 m，工作半徑按22 m 計(jì)算（實(shí)際工作半徑最大為20 m），主臂54 m，額定荷載G4=340 t，經(jīng)計(jì)算安全系數(shù)η=1.38，大于1.2，滿足要求。

3．3．2 吊具設(shè)計(jì)及計(jì)算

橫梁頂部設(shè)置8 個(gè)φ90 mm 吊點(diǎn)孔，在預(yù)制橫梁時(shí)在兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置，用以安裝吊點(diǎn)裝置。吊點(diǎn)設(shè)計(jì)采用Q345 高強(qiáng)鋼棒及鋼板吊具組成，高強(qiáng)鋼棒下端與橫梁通過(guò)螺帽及墊板固定，上端與高強(qiáng)鋼板吊具通過(guò)螺帽及墊板固定，鋼板吊具側(cè)面預(yù)留吊具。其中，鋼板吊具采用鋼板焊接而成，底板板厚為8 mm、側(cè)板及肋板板厚5 m。因吊具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過(guò)建立有限元模型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明應(yīng)力最大值為195 MPa，位于橫梁吊點(diǎn)處；位移最大值為0.9 mm，位于底板四角處，整體應(yīng)力和變形均滿足規(guī)范要求。鋼板吊具應(yīng)力分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4 鋼板吊具應(yīng)力

3．3．3 鋼絲繩計(jì)算

吊具和吊車(chē)吊鉤通過(guò)8 個(gè)55 t 級(jí)卡環(huán)和4 根Φ70，L=30 m 鋼絲繩連接。查粗直徑鋼絲繩載荷表，主吊車(chē)鋼絲繩選用4 根長(zhǎng)為30 m 的鋼絲繩Φ70-8×61（b 類(lèi)）-1870 鋼芯鋼絲繩，使用時(shí)每根采用一彎二股。

查表可得：P破=3 760 kN=383.7 t。鋼絲繩最大受力：?jiǎn)喂墒芰=246 t/8/sin60°=35.4 t，則鋼絲繩安全系數(shù)K=P破/P=383.7 t/35.4 t=10.8＞6，滿足要求。

3．3．4 門(mén)式墩橫梁支架體系設(shè)計(jì)

框架墩預(yù)制橫梁吊裝施工過(guò)程中，需要在26 號(hào)、27 號(hào)墩旁設(shè)置臨時(shí)支撐，作為預(yù)制橫梁的落梁平臺(tái)。為保證吊裝施工安全，采用鋼管+工字鋼的臨時(shí)支架體系[4]，門(mén)式墩橫梁支架體系如圖5 所示。立柱采用Φ609×16 mm 鋼管，每個(gè)橋墩內(nèi)側(cè)各布置一排3 個(gè)，鋼管中心間距為1.8 m；鋼管下端固定在樁頂承臺(tái)處，應(yīng)墊設(shè)鋼板，防止承臺(tái)混凝土局部受力，立柱上端布置雙拼45b 工字鋼作為落梁平臺(tái)，長(zhǎng)度6 m。立柱側(cè)面設(shè)置10#槽鋼作為剪刀撐，以增強(qiáng)穩(wěn)定性。

3.4 橫梁吊裝施工

3．4．1 吊車(chē)進(jìn)場(chǎng)組裝

根據(jù)組裝計(jì)劃和需要，50 t 汽車(chē)式起重機(jī)完成QUY75型75 t履帶式起重機(jī)的組裝；75 t履帶式起重機(jī)完成QUY650型650 t 履帶式起重機(jī)的組裝。

圖5 門(mén)式墩橫梁支架體系

3．4．2 吊裝準(zhǔn)備及試吊

履帶式起重機(jī)行走至設(shè)計(jì)位置，將橫梁高度提升30 cm，持荷5 min，詳細(xì)檢驗(yàn)起重機(jī)載荷性能、地基承載力狀況及鋼絲繩卡環(huán)受力狀況，一切無(wú)異常，則進(jìn)行正式吊裝。

3．4．3 正式吊裝起吊

主吊車(chē)以19 m 半徑起吊，將設(shè)備提升至設(shè)備最低處與制臺(tái)座最高處距離約300 mm，起到位后停止，檢查吊裝起重機(jī)及吊裝索具是否處于良好狀態(tài)，一切無(wú)異常，然后主吊機(jī)起鉤將橫梁提升至橫梁底部距離接觸電網(wǎng)2 m 高度，起重機(jī)控制吊裝半徑調(diào)整為20 m，等待鐵路要點(diǎn)計(jì)劃指令。

3．4．4 主吊車(chē)轉(zhuǎn)桿

鐵路要點(diǎn)指令下達(dá)后主吊車(chē)向既有線方向以20 m 半徑轉(zhuǎn)桿，起重操作至橫梁到達(dá)指定位置，配合纜風(fēng)繩調(diào)整就位。

3．4．5 橫梁就位、摘鉤

橫梁軸線就位后，起重機(jī)回鉤將橫梁放置于支架體系上，起重總指揮發(fā)出摘鉤指令，主吊車(chē)摘除超起裝置后，拆除索具，通過(guò)起鉤、轉(zhuǎn)桿等動(dòng)作將索具吊至地面。

4 結(jié)語(yǔ)

新建京張高速鐵路新保安高架特大橋26 號(hào)、27 號(hào)墩采用門(mén)式墩結(jié)構(gòu)上跨既有京包上行線，原方案采用門(mén)式墩原位現(xiàn)澆與施工便線相結(jié)合的方法，面臨架梁工期壓力大、便線施工后需施工單位和鐵路部門(mén)管理及協(xié)調(diào)的諸多問(wèn)題。通過(guò)比選確定采用取消施工便線，門(mén)式墩橫梁一次吊裝就位的技術(shù)方案。將門(mén)式墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凈跨度由8 m 調(diào)整為14.5 m，橫梁實(shí)體結(jié)構(gòu)調(diào)整為空心箱室結(jié)構(gòu)，為門(mén)式墩橫梁一次吊裝完成跨線施工創(chuàng)造了技術(shù)前提。施工中通過(guò)吊車(chē)選型計(jì)算、吊具設(shè)計(jì)、鋼絲繩計(jì)算、橫梁支架體系設(shè)計(jì)、橫梁吊裝施工等關(guān)鍵技術(shù)深化研究，于2017-10 成功完成240 t 大噸位門(mén)式墩橫梁一次跨線吊裝施工，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著，為今后上跨鐵路運(yùn)營(yíng)線的交叉工程提供了新思路。