跨越運(yùn)營高鐵的鐵路鋼桁梁橋橫移施工技術(shù)
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
崔文科
（中鐵寶橋天元實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西寶雞721001）
摘 要：對西成客專跨西寶客專特大橋132 m鋼桁梁開展了橫移施工風(fēng)險(xiǎn)分析。該橋跨越既有西寶客專及西安機(jī)場高速公路，采用橫移法施工，鋼桁梁在鋼廠分節(jié)段預(yù)制，運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，根據(jù)施工現(xiàn)場情況采用專家調(diào)查法確定施工風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)控制措施確保施工安全。通過有限元數(shù)值分析方法對鋼桁梁橫移過程關(guān)鍵部位進(jìn)行研究，結(jié)果表明：臨時(shí)墩的應(yīng)力和變形均滿足要求，結(jié)構(gòu)安全。
關(guān)鍵詞：鋼桁梁；高速鐵路；橫移施工；風(fēng)險(xiǎn)分析 DOI:10. 13206/j.gjg201606021
1 工程概況
西成客�？缥鲗毟哞F特大橋132 m鋼桁梁位于國家級(jí)開發(fā)區(qū)西安市西咸新區(qū)，是目前國內(nèi)最大單跨雙線跨高鐵鋼桁梁橋，工程跨越既有西寶高鐵及西安機(jī)場高速公路，鋼桁梁與西寶客專斜交夾角為140，與機(jī)場高速斜交夾角為720。采用單孔132 m跨下弦式鋼桁梁跨越。鋼桁梁全長134 m，兩片主桁中心距為13.9 m，桁高20 m，線間距為4.6 m，總質(zhì)量約2 800 t。本橋位于R=7 000 m的圓曲線上，主橋采用平分中矢布置，按直線梁外包設(shè)計(jì)。
2方案比選
本工程通過對縱向頂推施工和橫向移動(dòng)施工兩種方案的計(jì)算模擬分析與現(xiàn)場情況安全因素的綜合考慮，選取了橫向移動(dòng)施工的方案。
2.1 縱向頂推施工
縱向頂推施工是將鋼桁梁在橋跨的一側(cè)沿橋縱軸線方向逐段拼裝，在梁體前安裝鋼導(dǎo)梁，梁下及墩頂布設(shè)滑道和滑移裝置，用千斤頂頂推鋼桁梁，沿縱向滑移到預(yù)定位置，然后拆除輔助設(shè)施構(gòu)件，移正鋼梁，降落到位。頂推法施工具有施工費(fèi)用較低、施工設(shè)備少、無噪聲、不影響橋位處交通運(yùn)行和工期短等優(yōu)點(diǎn)。對于跨越既有線的橋梁施工，所選取的施工方法應(yīng)具有施工周期短、吊裝作業(yè)少、不易產(chǎn)生墜落物、施工場地小等特點(diǎn)。為避免對既有西寶高鐵正常運(yùn)營安全的影響，降低施工安全隱患風(fēng)險(xiǎn)，該方案施工周期長，安全性不易保證，不予采用。
2.2 橫向移動(dòng)施工
橫向移動(dòng)施工是在橋梁一側(cè)搭設(shè)拼裝支架及橫向滑道梁，然后用水平千斤頂沿滑道梁將鋼桁梁牽引橫移至橋位處，調(diào)整鋼桁梁的水平位置后，用豎向千斤頂將鋼桁梁落在支座上，澆筑鋼筋混凝土橋面板，安裝鋼桁梁附屬設(shè)備，完成鋼桁梁全部施工。該方案較頂推施工對鋼桁梁損傷較小，施工周期短，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠度大。橫向移動(dòng)施工布置如圖1所示。
3 橫移施工平臺(tái)
本工程采用橫移架設(shè)鋼桁梁方案，在橋梁右側(cè)對孔搭設(shè)拼裝支架及橫向滑道梁，利用40 t龍門吊進(jìn)行拼裝，主要結(jié)構(gòu)由龍門吊軌道梁、滑道梁、滑道梁鋼管臨時(shí)墩、八三墩組成。鋼桁梁橫移布置如圖2所示。
3.1 龍門吊軌道梁構(gòu)造
龍門吊軌道梁采用Q345B鋼材，由A、B兩種斷面組成，分別由2個(gè)和4個(gè)H582型鋼組成。龍門吊軌道梁布置與龍門吊軌道梁斷面如圖3和圖4所示。
3.2 滑道梁系統(tǒng)
滑道梁由兩組箱形梁拼接而成，材質(zhì)為Q345B。滑道梁總長59 m，寬2.4 m，高2m或2.4 m。箱形梁頂板36 mm，腹板30 mm，13.9 m跨底板厚度為24 mm，其余底板為30 mm，加勁肋20 mm，高2 000 mm或2 400 mm，寬2 000 mm。
滑道梁分為E、F、G、H四段，梁段之間通過對接焊縫連接，E段與臨時(shí)支架連接，H段與鋼桁梁橋墩連接。在地面將E、F、G、H分別拼裝成整體，用150 t汽車吊吊到237號(hào)墩頂臨時(shí)支架上，再連接成59 m單段梁，依次將4片梁在支架上聯(lián)成整體，最后在1個(gè)天窗點(diǎn)內(nèi)完成鋼橫梁跨線過孔。237號(hào)墩處滑道梁拼裝流程如圖5所示，滑道梁構(gòu)造如圖6所示。
3.3滑道梁鋼管臨時(shí)墩
滑道梁鋼管臨時(shí)墩立柱采用ϕ1500×14鋼管，聯(lián)接系采用ϕ476×6和ϕ800×10鋼管，鋼管材料均采用Q235B鋼材。鋼管臨時(shí)墩的構(gòu)造如圖7所示。
3.4 滑道系統(tǒng)
滑道是保證鋼桁梁橫移順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。滑道系統(tǒng)設(shè)在支座墊石上，整個(gè)滑道梁系統(tǒng)由滑道梁裝置、不銹鋼板（四周圍焊，打磨平整）、滑塊和四氟滑板組成。滑塊位于鋼桁梁底部與滑道梁之間，滑塊頂面與鋼桁梁底之間為橡膠，滑塊底部與滑道梁之間為四氟滑板。橫移滑塊由4片工字鋼145a組成，并加焊加勁肋，工字鋼和加勁肋采用Q235B，滑塊構(gòu)造如圖8所示。
3.5 牽引系統(tǒng)
鋼桁梁的牽引設(shè)備共采用4臺(tái)300 t智能水平千斤頂，單側(cè)2臺(tái)千斤頂分別與一臺(tái)泵站并聯(lián)，用一臺(tái)泵站同時(shí)控制2臺(tái)千斤頂，通過兩側(cè)同時(shí)牽引來保證牽引的同步性。牽引系統(tǒng)如圖9所示。
4 橫移過程風(fēng)險(xiǎn)分析與控制措施
鋼桁梁橫移施工過程中一旦發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故，易造成人員傷亡且社會(huì)影響惡劣，因此在施工前必須對施工過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。不僅要保汪鋼桁梁橫移施工自身安全，還應(yīng)避免施工對既有營業(yè)線產(chǎn)生不利的影響。在正式施工前應(yīng)根據(jù)所采取的施工技術(shù)方案，識(shí)別并評(píng)估施工中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，對施工風(fēng)險(xiǎn)做出正確的評(píng)價(jià)和判斷，并制定控制措施對施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行主動(dòng)控制，確保施工安全。通過施工風(fēng)險(xiǎn)分析并采取相應(yīng)措施確保鋼桁梁橫移施工的順利完成及既有線路的正常運(yùn)營。
4.1 風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)
鋼桁梁橋跨越既有線橫移施工由于其存在的特殊施工難點(diǎn)，施工中的風(fēng)險(xiǎn)需要結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及施工方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)。施工前通過專家調(diào)查法對施工過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行篩選，分類、分層次對所有施工過程中的主要潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行整理分類，如圖10所示。
4.2 鋼桁梁風(fēng)險(xiǎn)
由于鋼桁梁自身及施工工藝的特性，施工過程中鋼桁梁存在若干潛在風(fēng)險(xiǎn)。1）隨著橫移的不斷進(jìn)行，鋼桁梁左右兩側(cè)可能會(huì)出現(xiàn)不同步牽引造成鋼桁梁扭曲的風(fēng)險(xiǎn)，因此必須隨時(shí)對左右兩側(cè)的牽引設(shè)備調(diào)整，確保同步牽引。2）橫移過程中，如果一側(cè)縱向限位裝置作用失效有可能導(dǎo)致鋼梁縱向偏移過大，應(yīng)在橫移過程中實(shí)施縱向糾偏。3）落梁過程中，可能會(huì)出現(xiàn)某一墩頂支反力過大，致使鋼桁梁局部屈曲。落梁時(shí)，要保證各墩千斤頂下落進(jìn)度一致，施工人員要密切注意梁底變形情況。
4.3既有線風(fēng)險(xiǎn)
鋼桁梁跨越既有線橫移施工由于其施工的特殊性，必然會(huì)對運(yùn)營線路產(chǎn)生影響，因此也存在若干潛在風(fēng)險(xiǎn)。1）鋼桁梁施工過程中，雜物有可能會(huì)落入既有線上，造成嚴(yán)重后果。施工方應(yīng)在鋼桁梁進(jìn)入既有線前在橋面兩側(cè)安裝護(hù)欄，防止雜物滾落，并責(zé)專人對橋面雜物進(jìn)行清理。2）鋼桁梁橫移施工中滑道梁撓度過大，會(huì)對既有線的正常運(yùn)營產(chǎn)生影響。施工過程中必須實(shí)時(shí)監(jiān)測滑道梁撓度。3）鋼桁梁施工過程中可能無意間會(huì)產(chǎn)生列車運(yùn)營指揮信號(hào)的效果，干擾既有線列車的正常運(yùn)營。因此，施工前應(yīng)對施工人員進(jìn)行相關(guān)知識(shí)普及，避免使用可能會(huì)產(chǎn)生干擾的設(shè)備。
4.4設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)
鋼桁梁橫移施工所用設(shè)施種類多樣，施工設(shè)施的安全是完成橫移的必備條件，因此必須對各類重要的施工設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。1）施工平臺(tái)作為施工過程中最重要的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，必須對最不利工況下支架的變形與整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，定時(shí)對地基沉降進(jìn)行觀測。2）滑道梁是鋼桁梁橫移的重要臨時(shí)結(jié)構(gòu)，橫移過程中應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等設(shè)計(jì)要求。滑道梁表面摩擦系數(shù)應(yīng)滿足牽引力設(shè)計(jì)要求，否則可能造成橫移困難。每階段橫移運(yùn)行前，應(yīng)反復(fù)涂抹潤滑劑。3）施工中兩臺(tái)油泵如未能做到同步，同樣也會(huì)造成鋼桁梁發(fā)生較大縱向偏移。施工前需對牽引設(shè)備進(jìn)行全方位檢查，并進(jìn)行2~3次試牽引，在確保設(shè)備運(yùn)行正常后開始正式橫移。橫移運(yùn)行過程中，必須有專人對千斤頂制動(dòng)器進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)匯報(bào)當(dāng)前油壓，橫移現(xiàn)場負(fù)責(zé)人隨時(shí)掌控當(dāng)前施工中各項(xiàng)信息并下達(dá)進(jìn)一步施工指令。
4.5 其他風(fēng)險(xiǎn)
施工中由于不可抗力及人為原因會(huì)產(chǎn)生一些難以控制的風(fēng)險(xiǎn)因素，這些風(fēng)險(xiǎn)同樣可能會(huì)對施工造成嚴(yán)重后果，產(chǎn)生惡劣的社會(huì)影響，成為橋梁施工中不可忽視的一類施工風(fēng)險(xiǎn)。這就要求施工單位做好相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案并合理處理有關(guān)矛盾沖突，同時(shí)要求施工人員嚴(yán)格遵守相關(guān)施工章程，合理安排相關(guān)事宜，妥善處理施工突發(fā)狀況。
5 橫移施工過程計(jì)算
5.1 滑道梁驗(yàn)算
采用橋梁專用軟件MIDAS/Civil對結(jié)構(gòu)整體橫移全過程進(jìn)行分析計(jì)算，在鋼桁梁橫移過程中，滑道梁上緣最大應(yīng)力為156.1 M Pa，下緣最大應(yīng)力為177.7 M Pa，滑道梁腹板最大剪應(yīng)力為66.3 M Pa，滑道梁在滑移過程中最大豎向撓度為28.5 mm�；懒簯�(yīng)力未超過鋼材允許應(yīng)力，結(jié)構(gòu)安全。由于滑道梁放置在永久墩和鋼管臨時(shí)墩上，主桁在移動(dòng)過程中，位于永久墩上的滑道梁會(huì)產(chǎn)生上翹現(xiàn)象，通過設(shè)置抗拔措施予以控制。
5.2 滑塊驗(yàn)算
采用通用有限元程序ABAQUS建立滑塊的有限元模型，采用三維殼單元( S4R)建立鋼管有限元模型，由于滑塊鋼板厚度較厚，采用實(shí)體單元( C3D8R)模擬鋼板，滑塊最大von Mises應(yīng)力為124.0 M Pa。有限元模型和von Mises應(yīng)力如圖11所示。
5.3滑道梁鋼管臨時(shí)墩驗(yàn)算
由于臨時(shí)支墩安裝后，垂度上在X及Y方向最大偏移分別為58 mm和22 mm，并造成立柱中心與滑道梁中心出現(xiàn)300 mm和450 mm的偏差。經(jīng)專家組討論決定對6根立柱加固，加固方式為鋼管外側(cè)焊接工字鋼I25a，通長布置；J2與125a及鋼管之間采用h f=6 mm連續(xù)角焊縫，間隔2.5 m布置一道，見圖12。遠(yuǎn)離永久墩2立柱最大組合應(yīng)力為154 M Pa，最大變形為14.6 mm；靠近永久墩4立柱最大組合應(yīng)力為136 M Pa，最大變形為16.1 mm。在鋼桁梁橫移過程中，臨時(shí)墩的應(yīng)力和變形均滿足要求，結(jié)構(gòu)安全。
由于鋼管直徑達(dá)1 500 mm，管徑較大，考慮到焊接缺陷（殘余應(yīng)力和殘余變形），臨時(shí)墩在較大的豎向荷載作用下有可能發(fā)生鋼管局部屈曲，因此，對鋼管局部穩(wěn)定進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算。采用ABAQUS軟件進(jìn)行建模計(jì)算，采用三維殼單元( S4R)建立鋼管有限元模型。這里考慮鋼桁梁在移動(dòng)過程中各鋼管受力的不均勻性，考慮3種加載情況，如圖13所示，其中F均為單位力，可通過特征值換算為其對應(yīng)加載的失穩(wěn)臨界荷載。
滑道梁鋼管臨時(shí)墩在3種荷載工況下的臨界荷載與穩(wěn)定安全系數(shù)如表1所示。
由表1和圖13知，在工況3作用下，鋼管臨時(shí)墩首先出現(xiàn)整體失穩(wěn)，其彈性穩(wěn)定安全系數(shù)最小為
15.7，安全富裕度較大。
6 結(jié)束語
鋼桁梁橋跨越既有線橫移施工具有較高的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，合理的施工方案與完善的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對方案是施工順利完成的必備條件。本文關(guān)于跨越運(yùn)營高鐵的鐵路鋼桁梁橋的橫移施工風(fēng)險(xiǎn)分析可為此類工程提供一定參考。
1)跨越既有線施工由于其施工的特殊性及高風(fēng)險(xiǎn)性，為了減少對運(yùn)營高鐵的干擾，鋼桁梁橫移施工方案被逐漸采用。對跨越運(yùn)營高鐵的鋼桁梁橫移施工的施工工藝與技術(shù)需進(jìn)一步深入分析。
2)對于采用橫移施工的鋼桁梁橋，在橫移過程中要重點(diǎn)關(guān)注、監(jiān)測滑道梁底板及滑道梁鋼管臨時(shí)墩這些容易出現(xiàn)局部屈曲的位置。同時(shí)，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)階段不僅要考慮成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)安全性也要考慮施工階段臨時(shí)結(jié)構(gòu)的受力要求。
3)鋼桁梁橫移施工風(fēng)險(xiǎn)分析是施工安全的重要環(huán)節(jié)，施工籌備階段應(yīng)對潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，通過選擇合理的施工方案，制定完善的施工組織設(shè)計(jì)可對施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效規(guī)避。
下一篇:返回列表
