劉俊龍
(中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)有限公司萍鄉(xiāng)工務(wù)段,江西 萍鄉(xiāng) 337000)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,國(guó)家公路與鐵路交通網(wǎng)絡(luò)的完善,越來(lái)越多地出現(xiàn)公路與鐵路立體交叉的情況。傳統(tǒng)施工方法多采用裝配式預(yù)制梁,并使用架橋機(jī)在鐵路上方架設(shè),特別是部分新建橋梁要跨既有繁忙鐵路干線,施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工周期長(zhǎng)。而轉(zhuǎn)體施工[1]法可在路外平行鐵路方向現(xiàn)澆,且可在不超過(guò)2 h內(nèi)完成跨越鐵路股道施工作業(yè),最大限度減少了對(duì)既有線安全運(yùn)營(yíng)的影響,具有結(jié)構(gòu)合理、施工周期短、安全可靠的優(yōu)點(diǎn),故上跨鐵路橋優(yōu)先選用轉(zhuǎn)體施工法是更好的選擇,且能大大減少施工和運(yùn)營(yíng)期間工務(wù)維修、養(yǎng)護(hù)及管理成本。
下面對(duì)我局管內(nèi)“滬昆線K1016+199萍鄉(xiāng)市中環(huán)路上跨滬昆線立交橋工程”以及“滬昆線K890+854新余市新建環(huán)城路上跨滬昆線立交橋工程”進(jìn)行簡(jiǎn)要的對(duì)比分析,進(jìn)一步闡述連續(xù)梁跨鐵路轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
中環(huán)路上跨滬昆鐵路轉(zhuǎn)體橋位于江西省境內(nèi),其孔跨布置為2×70 m,分左、右兩幅采用變截面T構(gòu)箱梁,單幅橋長(zhǎng)140 m,全橋平面位于直線上,與既有滬昆鐵路夾角為47°,轉(zhuǎn)體主墩分別位于滬昆鐵路上、下行側(cè)。其平面布置如圖1所示。
橋梁上部結(jié)構(gòu)為單箱單室直腹板截面,橋面全寬31.5 m,下部結(jié)構(gòu)均采用矩形墩,并設(shè)直徑φ1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。
本橋采用平面轉(zhuǎn)體[2]法施工,即先在順滬昆鐵路方向兩側(cè)路基坡腳外用滿堂支架法現(xiàn)澆兩幅T構(gòu)箱梁,待完成相應(yīng)工序后,在天窗點(diǎn)內(nèi)將兩幅橋同步轉(zhuǎn)動(dòng)指定角度至成橋線位,在滿堂支架澆筑邊墩處直線段,合攏成橋。單個(gè)T構(gòu)轉(zhuǎn)體相關(guān)參數(shù)如表1所示。
表1 轉(zhuǎn)體參數(shù)
橋梁上部結(jié)構(gòu)為單箱單室直腹板截面,橋面全寬31.5 m,下部結(jié)構(gòu)均采用矩形墩,并設(shè)直徑φ1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主墩轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)造如圖2所示。
轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備為球鉸,本橋在兩個(gè)轉(zhuǎn)體主墩上安裝直徑3.5 m鋼球鉸,鋼球鉸由上、下鋼球鉸組成,球面半徑7.0 m,其間共730塊圓形四氟乙烯滑塊形成滑動(dòng)面。上下球鉸中心設(shè)270 mm固定銷軸作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸,同時(shí)在上轉(zhuǎn)盤底設(shè)8對(duì)直徑600 mm、厚度16 mm鋼管混凝土撐腳。撐腳下轉(zhuǎn)盤頂面設(shè)置寬1.2 m,中心半徑3.5 m的環(huán)形不銹鋼板滑道,滑道兩側(cè)安置8組千斤頂反力座。上承臺(tái)需設(shè)置鋼絞線2組17-15.24鋼絞線作為牽引索,下承臺(tái)頂面設(shè)2組牽引反力座。具體的轉(zhuǎn)體參數(shù)如表1所示,轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的構(gòu)造及平面圖如圖2,圖3所示。
轉(zhuǎn)體橋施工主要步驟為:主墩樁基施工→基坑開挖→轉(zhuǎn)體系統(tǒng)施工→主墩施工→滿堂支架搭設(shè)及預(yù)壓→現(xiàn)澆T構(gòu)箱梁施工→防撞墻施工→轉(zhuǎn)體→現(xiàn)澆段合攏→其他附屬工程施工。
轉(zhuǎn)體系統(tǒng)工藝包括:下轉(zhuǎn)盤施工、下球鉸施工、滑道施工、上球鉸施工、撐腳施工、上轉(zhuǎn)盤施工、轉(zhuǎn)體牽引體系施工。
轉(zhuǎn)體前先應(yīng)檢查是否具備轉(zhuǎn)體條件,包括稱重實(shí)驗(yàn)、配平衡重、氣象條件、轉(zhuǎn)體牽引設(shè)備安裝和調(diào)試、撐腳和滑道清理、轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)的各種障礙物高程復(fù)核、應(yīng)急和備用措施。
試轉(zhuǎn)體為正式轉(zhuǎn)體做準(zhǔn)備,通過(guò)試轉(zhuǎn)獲得轉(zhuǎn)體數(shù)據(jù),如實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度、點(diǎn)動(dòng)一次可轉(zhuǎn)動(dòng)距離及其他設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。
封鎖計(jì)劃下達(dá)后,檢查完畢具備條件即可正式轉(zhuǎn)體,此時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)連續(xù)張拉千斤頂勻速?gòu)埨D(zhuǎn)體過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控T構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)速度、懸臂端橋面標(biāo)高、運(yùn)行姿態(tài)。接近轉(zhuǎn)體到位前,緩慢減速,由自動(dòng)控制改為手動(dòng)控制。轉(zhuǎn)體基本到位時(shí)采用點(diǎn)動(dòng)操作,每操作一次立即測(cè)量并反饋橋面軸線偏差和高程偏差,然后臨時(shí)錨固,待精調(diào)后封固球鉸,焊接鋼筋,二次澆筑混凝土,使上下轉(zhuǎn)盤形成整體。
1)該項(xiàng)目施工重點(diǎn)。橋梁上、下部結(jié)構(gòu)施工均為臨近既有線施工作業(yè),需按照批準(zhǔn)的施工方案和鄰近計(jì)劃進(jìn)行,確保既有線運(yùn)營(yíng)安全。
施工前核實(shí)通信、信號(hào)、供電等設(shè)備的位置、數(shù)量、走向等情況,待遷改、防護(hù)完成后方可進(jìn)行下一步工作。
樁基施工需根據(jù)地質(zhì)情況擬定施工安全措施,避免塌孔影響路基穩(wěn)定,鉆機(jī)施工時(shí)站位應(yīng)遠(yuǎn)離鐵路,避免傾覆影響接觸網(wǎng)供電安全。
主墩承臺(tái)基坑開挖前應(yīng)先做好基坑防護(hù)樁,待達(dá)到強(qiáng)度后,開挖基坑內(nèi)土體,并持續(xù)監(jiān)測(cè)線路狀況,如有沉降異常情況應(yīng)及時(shí)處理。
上部結(jié)構(gòu)施工前,先拆除轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)受影響的建(構(gòu))筑物,保持支架基礎(chǔ)的安全,支架搭設(shè)應(yīng)穩(wěn)定、可靠,并進(jìn)行預(yù)壓消除非彈性變形,以保證箱梁順利澆筑。
箱梁澆筑時(shí)按計(jì)劃分段、分層進(jìn)行,及時(shí)張拉相應(yīng)大節(jié)段的預(yù)應(yīng)力鋼束并灌漿,保持梁體的外觀統(tǒng)一性和箱梁的整體性。
轉(zhuǎn)體前通過(guò)稱重、準(zhǔn)確掌握T構(gòu)箱梁及墩身的重量、偏心情況,通過(guò)配重、試轉(zhuǎn)獲得轉(zhuǎn)體相關(guān)數(shù)據(jù),為正式轉(zhuǎn)體做好充分準(zhǔn)備。
轉(zhuǎn)體過(guò)程平穩(wěn)有序,所施加牽引力持續(xù)輸出,轉(zhuǎn)體到位后通過(guò)精調(diào)確保高程、軸線滿足設(shè)計(jì)要求后,封固球鉸,使上下承臺(tái)形成整體。
2)該項(xiàng)目的施工難點(diǎn)。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)[3]施工精度控制要求高,直接關(guān)系到轉(zhuǎn)體成功與否,而球鉸是其中的核心部件,需控制其球面曲率均勻,邊緣各點(diǎn)高差小于1 mm,鑲嵌在下球鉸的四氟滑塊頂面需在同一球面,現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差小于1 mm。
下球鉸在下承臺(tái)上安裝時(shí),結(jié)合測(cè)量放樣定位其支撐骨架中心位置,且澆筑混凝土?xí)r不得移動(dòng)。通過(guò)調(diào)整骨架上的螺栓,經(jīng)多次復(fù)核、校驗(yàn)保證下球鉸嚴(yán)格水平放置,且其中心位置位于設(shè)計(jì)中心線處,位置偏差小于1 mm。
滑道施工質(zhì)量控制[4]關(guān)系著轉(zhuǎn)體過(guò)程能否順利、平穩(wěn),要求滑道頂面鋼板局部平整度小于1 mm。撐腳是轉(zhuǎn)體過(guò)程中保持上部結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的基本保障,撐腳在滑道上走行時(shí),滑道頂面摩擦阻力應(yīng)均勻,誤差過(guò)大時(shí)將使撐腳頂死,導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體系轉(zhuǎn)動(dòng)阻力過(guò)大而轉(zhuǎn)動(dòng)困難。
環(huán)城路上跨滬昆鐵路立交橋位于江西省境內(nèi),其跨越鐵路一聯(lián)孔跨布置為4×40 m,分左、右兩幅采用等截面裝配式小箱梁,全橋平面位于曲線上,與既有滬昆鐵路夾角為88.6°,橋墩分別位于滬昆鐵路上、下行側(cè)。
橋梁上部結(jié)構(gòu)采用8片小箱梁,橋面全寬25.5 m,下部結(jié)構(gòu)均采用φ1.6 m柱式墩,并設(shè)直徑φ1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。其橫截面構(gòu)造如圖4所示。
本橋采用架橋機(jī)施工[5],即先在橋臺(tái)后路基上預(yù)制小箱梁,待達(dá)到架梁條件后,自橋臺(tái)往鐵路方向逐孔架設(shè),上跨鐵路時(shí)須在天窗點(diǎn)內(nèi)架設(shè),防撞護(hù)欄、濕接縫、防拋網(wǎng)等工序也須在天窗內(nèi)施工完成。
本橋封鎖時(shí)長(zhǎng)合計(jì)135 min/2工日。具體包括:
1)Ⅲ級(jí)施工:跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁試轉(zhuǎn) ,封鎖時(shí)間:45 min。
2)Ⅱ級(jí)施工:跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁轉(zhuǎn)體,封鎖時(shí)間:90 min。
本橋封鎖時(shí)長(zhǎng)合計(jì)5 520 min/48工日。具體包括:
1)左幅(2020年6月~7月)。
a.Ⅱ級(jí)施工:第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),封鎖時(shí)間:115 min,該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長(zhǎng)小計(jì)460 min/4工日。
b.Ⅲ級(jí)施工:第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),封鎖時(shí)間:115 min,該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長(zhǎng)小計(jì)460 min/4工日。
c.Ⅲ級(jí)施工:第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng),封鎖時(shí)間:115 min,該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個(gè)封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長(zhǎng)小計(jì)1 840 min/16工日。
2)右幅(2020年10月~11月)。
a.Ⅱ級(jí)施工:第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),封鎖時(shí)間:115 min,該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長(zhǎng)小計(jì)460 min/4工日。
b.Ⅲ級(jí)施工:第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),封鎖時(shí)間:115 min,該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長(zhǎng)小計(jì)460 min/4工日。
c.Ⅲ級(jí)施工:第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng),封鎖時(shí)間:115 min,該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個(gè)封鎖點(diǎn)完成。封鎖時(shí)長(zhǎng)小計(jì)1 840 min/16工日。
兩座橋封鎖總時(shí)長(zhǎng)如表2所示。
表2 轉(zhuǎn)體及架橋機(jī)施工封鎖總時(shí)長(zhǎng)對(duì)比
本橋施工時(shí)工務(wù)調(diào)配合計(jì)13人次。具體包括:
1)Ⅲ級(jí)施工:跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁試轉(zhuǎn),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),計(jì)6人次。
2)Ⅱ級(jí)施工:跨滬昆鐵路連續(xù)梁左右幅箱梁轉(zhuǎn)體,段領(lǐng)導(dǎo)1人(把關(guān)),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),計(jì)7人次。
本橋施工時(shí)工務(wù)調(diào)配合計(jì)232人次。具體包括:
1)左幅橋(2020年6月~7月)。
a.Ⅱ級(jí)施工:第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),段領(lǐng)導(dǎo)1人(把關(guān)),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成,計(jì)28人次。
b.Ⅲ級(jí)施工:第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成,計(jì)24人次。
c.Ⅲ級(jí)施工:第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個(gè)封鎖點(diǎn)完成,計(jì)64人次。
2)右幅橋(2020年10月~11月)。
a.Ⅱ級(jí)施工:第12跨(滬昆鐵路正上方)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),段領(lǐng)導(dǎo)1人(把關(guān)),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成,計(jì)28人次。
b.Ⅲ級(jí)施工:第11跨(鄰跨)架橋機(jī)過(guò)孔、箱梁架設(shè),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),該分項(xiàng)施工歷時(shí)4個(gè)封鎖點(diǎn)完成,計(jì)24人次。
c.Ⅲ級(jí)施工:第12跨橫隔板、濕接縫、防護(hù)欄、防拋網(wǎng),橋梁專業(yè)2人(把關(guān)、監(jiān)控),線路專業(yè)4人(把關(guān)、監(jiān)控、駐站及工地防護(hù)),該分項(xiàng)施工歷時(shí)16個(gè)封鎖點(diǎn)完成,計(jì)64人次。
兩座橋封鎖施工時(shí)人力組織如表3所示。
表3 轉(zhuǎn)體及架橋機(jī)施工人力組織對(duì)比 人次
既有線的安全監(jiān)控和監(jiān)測(cè)在施工及運(yùn)營(yíng)階段持續(xù)實(shí)施,施工過(guò)程中轉(zhuǎn)體橋梁線形監(jiān)控、應(yīng)力監(jiān)控僅僅是既有線安全監(jiān)控的一小部分,此外工務(wù)管理還包括鄰近營(yíng)業(yè)線施工監(jiān)控;路基、軌道和接觸網(wǎng)立柱等位移及沉降監(jiān)測(cè);異物侵限監(jiān)測(cè);橋梁、隧道、涵洞及各類安全防護(hù)設(shè)施(如柵欄、防拋網(wǎng)、防撞墻、限高架等)的檢查、維修;線路設(shè)備動(dòng)態(tài)檢測(cè);關(guān)鍵工序和隱蔽工程的施工過(guò)程監(jiān)控;線路周邊安全環(huán)境凈化等。通常工務(wù)部門配置人員僅能滿足日常設(shè)備檢查維修需要,施工監(jiān)管及施工配合人員不足、勞動(dòng)力緊張是普遍存在的困難,管轄范圍內(nèi)上跨、下穿等鄰近營(yíng)業(yè)線施工項(xiàng)目越來(lái)越多,為確保營(yíng)業(yè)線施工安全受控,工務(wù)部門面臨巨大的安全監(jiān)護(hù)壓力。
預(yù)制梁上跨方案所需封鎖時(shí)間長(zhǎng),且與施工企業(yè)施工能力、人員作業(yè)經(jīng)驗(yàn)、熟練程度密切相關(guān),而架橋機(jī)過(guò)孔、架梁封鎖施工,鐵路正上方高空施工作業(yè)存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)體橋上跨方案僅需2 h轉(zhuǎn)體時(shí)間即可完成上跨鐵路作業(yè),轉(zhuǎn)體過(guò)程由球鉸生產(chǎn)廠家派專人負(fù)責(zé)實(shí)施,防撞墻、防拋網(wǎng)施工均在轉(zhuǎn)體前完成,無(wú)需在鐵路上方作業(yè)、無(wú)需封鎖施工,極大地提高了安全性、可靠性,也極大減少了工務(wù)現(xiàn)場(chǎng)施工配合及監(jiān)控工作。
從實(shí)際操作來(lái)看,轉(zhuǎn)體梁是確保施工安全和行車安全對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路干擾最小的施工方案,整個(gè)施工過(guò)程中對(duì)既有鐵路正常運(yùn)行幾乎沒有任何影響,其施工工藝極大的減小了對(duì)既有營(yíng)運(yùn)線的影響,同時(shí)為橋梁工程的建造提供了可靠的安全保障。具體包括以下幾個(gè)方面:
1)極大的降低了對(duì)鐵路行車的干擾??缂扔需F路線連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)能夠極大的縮短鐵路封鎖時(shí)間,有效減少對(duì)鐵路行車的干擾。如:滬昆線K890+854公跨鐵立交橋封鎖施工時(shí)長(zhǎng)合計(jì)5 520 min/48工日,前后歷時(shí)半年(2020年6月~11月)之久;而滬昆線K1016+199公跨鐵立交橋封鎖時(shí)長(zhǎng)僅為135 min/2工日。
2)極大的減少了對(duì)工務(wù)車間班組的監(jiān)管監(jiān)控工作量。近年來(lái),既有鐵路基層運(yùn)輸站段的人員組織結(jié)構(gòu)一直在不斷的減員優(yōu)化,轉(zhuǎn)體梁施工極大的縮短鐵路封鎖時(shí)間,從而有效的減少了車間班組的人力成本,有效的減少對(duì)車間班組日常生產(chǎn)組織的干擾。如:滬昆線K890+854公跨鐵立交橋封鎖施工涉及到線橋車間用工232人次;而滬昆線K1016+199公跨鐵立交橋封鎖施工涉及到線橋車間用工僅為13人次。
3)提供了更有力的安全保障。一是有效的簡(jiǎn)化了封鎖施工作業(yè)內(nèi)容。傳統(tǒng)的架梁施工在梁體架設(shè)到位后還要裝模現(xiàn)澆橫隔板及濕接縫,在施工作業(yè)過(guò)程中可能存在模板脫落、扣件脫落侵限等影響既有鐵路行車安全的風(fēng)險(xiǎn),而連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工整體澆筑成型。二是按照相關(guān)規(guī)定,公跨鐵立交橋兩側(cè)必須設(shè)置防護(hù)欄及防拋網(wǎng),傳統(tǒng)的架梁施工在梁體架設(shè)到位后還要在橋面兩側(cè)裝?,F(xiàn)澆防撞護(hù)欄,以及安裝防拋網(wǎng),在施工作業(yè)過(guò)程中仍然存在工具、材料掉落侵限等風(fēng)險(xiǎn),而轉(zhuǎn)體梁在連續(xù)箱梁轉(zhuǎn)體之前就已澆筑好防護(hù)欄,并將防拋網(wǎng)安裝到位,把對(duì)鐵路行車的干擾降到最低,風(fēng)險(xiǎn)幾乎為零,從而為既有鐵路行車提供有力的安全保障。
轉(zhuǎn)體施工法在上跨既有鐵路等特殊條件下具有影響范圍小、安全風(fēng)險(xiǎn)低、后期維修養(yǎng)護(hù)工作量小等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),既有利于各地跨鐵路建設(shè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行,又避免了在鐵路上方進(jìn)行復(fù)雜的高空作業(yè)帶來(lái)的安全隱患,最大限度減少對(duì)既有線的安全運(yùn)營(yíng)的影響,也減少了后期工務(wù)養(yǎng)護(hù)管理的工作,具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在涉及上跨鐵路的橋梁建設(shè)項(xiàng)目中,應(yīng)從方案階段就推薦采用轉(zhuǎn)體法,推動(dòng)和促進(jìn)轉(zhuǎn)體法在橋梁建設(shè)方面的應(yīng)用,確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。