周任峰

摘要：以新建鐵路牡丹江至佳木斯客運專線工程大楊木背河特大橋為研究對象，在分析新建橋梁與既有線相對位置關(guān)系的基礎(chǔ)上，運用層次分析法對比掛籃施工和支架現(xiàn)澆法施工方案，提出“棚洞防護+掛籃施工”的施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：客運專線；上跨運營鐵路；橋梁施工；方案比選；棚洞防護

0? ?引言

在橋梁施工中，施工技術(shù)和方案的選擇直接影響著施工進展和施工質(zhì)量[1]。通過科學(xué)、全面、系統(tǒng)地評估，選擇最佳的施工技術(shù)和方案，有利于確保橋梁施工的順利進行，提高鐵路運輸?shù)陌踩托б鎇2]。

在進行上跨鐵路營業(yè)線橋梁施工之前，施工方案的比選十分重要，需綜合考慮包括施工時間、施工成本、施工質(zhì)量、施工安全、對橋梁結(jié)構(gòu)和鐵路運行的影響等因素。本文以新建鐵路牡丹江至佳木斯客運專線工程大楊木背河特大橋為研究對象，在分析新建橋梁與既有線相對位置關(guān)系的基礎(chǔ)上，運用層次分析法對比掛籃施工和支架現(xiàn)澆法施工方案，提出“棚洞防護+掛籃施工”的施工技術(shù)。

1? ?工程概況

新建鐵路牡丹江至佳木斯客運專線工程為正線雙線客運專線，設(shè)計速度為250km/h，線間距4.6m。MJZQSG-3標(biāo)大楊木背河特大橋全長1615.62m，中心里程為DK94+

977.42，起訖里程為DIK94+169.61～DIK95+785.23。

大楊木背河特大橋孔跨結(jié)構(gòu)采用34～32m簡支箱梁+1～24m簡支箱梁+5～32m簡支箱梁+（32+48+32）m連續(xù)箱梁+6×32m簡支箱梁，其中40#～43#墩為一聯(lián)（32+48+32）m上跨既有林密鐵路連續(xù)箱梁，連續(xù)梁長度113.3m，林密鐵路與連續(xù)梁交叉里程為K16+350。林密線軌面高程318.03m，連續(xù)梁處軌面高程348.86m，立交預(yù)留凈空要求為6.88m寬、6.55m高。

2? ?上跨鐵路營業(yè)線橋梁施工方案比選

確定上跨鐵路營業(yè)線橋梁施工方案，主要考慮5個方面，分別為工程造價、施工工期、施工安全、工程質(zhì)量和對鐵路線的影響[3-5]。對新建鐵路橋梁跨越既有線路最為廣泛應(yīng)用的施工方案，支架現(xiàn)澆法和掛籃懸臂現(xiàn)澆法進行對比，方案比選方法為層次分析法。2種施工方案的對比分析如表1所示。

采用基于層次分析法對上跨鐵路營業(yè)線橋梁施工方案比選，目標(biāo)層為跨線橋施工方案A，準(zhǔn)則層為工程造價B1、施工工期B2、施工安全B3、工程質(zhì)量和對鐵路線的影響B(tài)4，方案層為掛籃懸澆法C1和支架法現(xiàn)澆C2。建立準(zhǔn)則層和方案層的判斷矩陣如公式（1）至公式（3）所示。

（1）

計算矩陣A的特征向量w，如公式（2）所示。

（2）

以掛籃懸澆法C1和支架法現(xiàn)澆C的特征向量w1、w2構(gòu)造綜合矩陣k，如公式（3）所示。

（3）

將公式（3）和公式（2）相乘，得到一個新的矩陣，如公式（4）所示。

（4）

由此可知，采用掛籃懸澆施工方案的層次分析結(jié)果值（0.5291），大于支架法現(xiàn)澆施工方案的層次分析結(jié)果值（0.4709），前者方案優(yōu)于后者，因此選用掛籃懸澆施工方案作為跨線橋梁施工方案。

3? ?上跨鐵路營業(yè)線橋梁施工要點

在上跨林密鐵路部分橋梁施工，主要采用“棚洞防護+掛籃施工”的施工技術(shù)，關(guān)鍵施工步驟主要分為6步。第1步為編制跨既有林密鐵路的橋基礎(chǔ)及墩柱施工防護方案，并與鐵路有關(guān)單位和部門簽訂安全協(xié)議；第2步為既有線棚洞防護施工；第3步為連續(xù)梁0#塊施工；第4步為連續(xù)1～6#塊掛籃施工，連續(xù)梁中跨合龍；第5步為連續(xù)梁邊跨施工；第6步為既有線棚洞拆除。

3.1? ?既有鐵路營業(yè)線防護棚洞施工

跨既有林密鐵路施工的防護主要是解決防墜落、防火。防護方案的選擇主要考慮跨越線路的種類、橋下凈空高度、行車限界、既有線運營管理單位的要求、現(xiàn)場地形地勢情況及施工方法等。連續(xù)梁施工周期長，連續(xù)梁掛籃施工跨既有線施工會對既有線有一定影響，經(jīng)研究確定連續(xù)梁采用掛籃施工，既有林密鐵路采用棚架進行防護。防護棚洞搭設(shè)長度為19.44m，凈寬為8.0m，軌面以上凈空高度7m。

防護棚洞基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，截面尺寸為0.8m×0.8m，長度為19.44m，整個防護棚洞共設(shè)置12根φ325mm鋼管立柱（兩側(cè)各6根）。立柱頂部縱向焊接雙榀I36a工字鋼，3根立柱與縱梁I36a工字鋼提前焊接加工成一個排架，共計4個排架?？v向I36a工字鋼頂面焊接I30a工字鋼橫梁。立柱排架安裝申請施工天窗時間180min。

頂面滿鋪6mm鋼板，在兩側(cè)掛防護網(wǎng)。棚洞3根立柱與縱梁提前加工成一個排架（12根立柱，共焊接成4個立柱排架）?；A(chǔ)施工完成后分段吊裝，立柱通過與基礎(chǔ)頂鋼板焊接成為整體，之后吊裝工字鋼橫梁及鋪設(shè)鋼板。

為了防止棚洞遭受雷擊，在棚洞兩側(cè)各設(shè)一根接地線，采用4m等邊角鋼，一側(cè)一根。棚洞拆除時間為2018年10月15日至2018年10月17日，棚洞拆除每天申請施工天窗180min。棚洞拆除順序與搭設(shè)順序相反，從上往下依次拆除。拆除時，棚洞各部件用氣焊割散，分割時間90min，吊離時間60min，剩余30min檢查線路及設(shè)備，做好開通準(zhǔn)備工作。10月15日，完成頂板的拆除。10月16日，完成橫梁拆除及立柱排架拆除。10月17日完成基礎(chǔ)的挖除以及水溝的修護。

3.2? ?掛籃施工要點

41#、42#墩身施工完成后，進行支承墊石施工及永久支座安裝。安裝0#塊施工托架，鋪設(shè)底模，吊裝0#塊外側(cè)模，并準(zhǔn)確定位加固。采用混凝土預(yù)制塊對施工托架進行預(yù)壓，預(yù)壓完成后準(zhǔn)確調(diào)整底、側(cè)模標(biāo)高及軸線位置，確認無誤后進行0#塊鋼筋綁扎、波紋管定位及內(nèi)模安裝。進行綁扎頂板鋼筋及預(yù)埋件安裝，澆注0#塊混凝土，并進行預(yù)應(yīng)力張拉。

吊裝施工掛籃上橋并拼裝成型，對稱進行1#段施工，循環(huán)5次完成2#段～6#段施工。中跨合龍完成后施工7#、8#段，同時進行40#、43#墩永久支座施工并臨時予以鎖定。搭設(shè)托架并預(yù)壓，完成9#直線段施工。中跨合龍段施工利用掛籃模板，并張拉相應(yīng)預(yù)應(yīng)力索，合攏順序為先合龍中跨，再順序施工邊跨直線段，完成體系轉(zhuǎn)化，最終形成整體連續(xù)梁。

3.3? ?應(yīng)力與變形分析

3.3.1? ?底?？v梁應(yīng)力和豎向撓度

施工前，需對掛籃底膜縱梁、側(cè)模吊梁、主構(gòu)架等進行受力和變形計算。底模縱梁按照簡支梁進行計算的跨度為5.025m，計算荷載長度為3.0m。底?？v梁采用的是40b工字鋼?；炷料淞焊拱搴穸葹?0cm，腹板下按照3根40b工字鋼承受腹板荷載，根據(jù)混凝土分布情況，經(jīng)計算確定其承受的荷載為280kN，單根40b工字鋼縱梁承受的混凝土均布荷載為32kN/m。

底?？v梁上方的鋼模板總重按3t，分配到12根底模縱梁上，則每根承受的鋼模板自重荷載為0.9kN/m（按集中在3.0m范圍內(nèi)計算）。另外，40b工字鋼的自重按0.9kN/m計算，得到底?？v梁最大應(yīng)力為74.8MPa，＜205MP，受力滿足要求，最大豎向撓度為5mm，＜12.6mm。底?？v梁應(yīng)力和豎向撓度如圖1所示。

3.3.2? ?側(cè)面吊梁豎向撓度和應(yīng)力

側(cè)模吊梁的總長度為9.9m，吊梁采用2-36b槽鋼并焊而成，單側(cè)吊梁為兩根組焊在一起。側(cè)模吊梁的前后吊點距離按5.0m計算。當(dāng)側(cè)模走行到位時，側(cè)模吊梁前后吊點的距離按8.9m計算。走行到位工況時，側(cè)模吊梁承受單側(cè)側(cè)模板的自重荷載為40kN，底模自重傳遞而來的荷載為52kN。側(cè)模板通過側(cè)模桁架傳遞給側(cè)模吊梁的集中荷載為5×8kN（模板自重）。

此時需要考慮拉筋背帶及施工防護的荷載，根據(jù)經(jīng)驗以1.3為荷載系數(shù)，經(jīng)計算得到單邊側(cè)模中每個側(cè)模桁架傳遞的自重荷載為10kN。混凝土頂板荷載為5×32=160kN，總計為210kN。經(jīng)計算得到翼緣板澆筑處最大計算豎向變形為5mm，側(cè)模吊梁最大應(yīng)力為66.6MPa，＜205MPa，受力滿足要求。側(cè)面吊梁豎向撓度和應(yīng)力如圖2所示。

3.3.3? ?三角形主構(gòu)架的受力和變形

主構(gòu)架是掛籃的主要受力構(gòu)件，處于掛籃結(jié)構(gòu)的核心位置，掛籃主構(gòu)架為三角形結(jié)構(gòu)，各桿件之間是鋼銷連接。所有桿件均為2-28b槽鋼，并在腹板補強16mm厚的鋼板。銷孔處的板總厚度為59mm。

前上橫梁計算結(jié)果中每個主構(gòu)架對其的支反力為386kN，經(jīng)過計算得到三角形主構(gòu)架的受力和變形如圖3所示。從圖3中可以看出，三角形主構(gòu)架前點豎向位移為7mm，＜20mm，變形滿足要求。主構(gòu)架桿件的最大應(yīng)力為49.7MPa，＜205MPa，應(yīng)力滿足要求。

4? ?結(jié)束語

本文以新建鐵路牡丹江至佳木斯客運專線工程大楊木背河特大橋為研究對象，在分析新建橋梁與既有線相對位置關(guān)系的基礎(chǔ)上，運用層次分析法對比掛籃施工和支架現(xiàn)澆法施工方案，提出“棚洞防護+掛籃施工”的施工技術(shù)，得到以下幾個結(jié)論：

掛籃懸澆施工方案的層次分析結(jié)果值（0.5291）大于支架法現(xiàn)澆施工方案的層次分析結(jié)果值（0.4709），前者方案優(yōu)于后者，因此選用掛籃懸澆施工方案作為跨線橋梁施工方案。既有林密鐵路采用長度19.44m，凈寬8.0m的棚架進行防護。掛籃懸澆施工的受力和變形分析表明：底?？v梁最大應(yīng)力74.8MPa，＜205MP；最大豎向撓度為5mm，＜12.6mm；翼緣板澆筑處最大計算豎向變形為5mm，側(cè)模吊梁最大應(yīng)力66.6MPa，＜205MPa；三角形主構(gòu)架前點豎向位移為7mm，＜20mm，主構(gòu)架桿件的最大應(yīng)力為49.7MPa，＜205MPa；掛籃各構(gòu)件的受力和變形均滿足要求。

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