京承线徐尹路铁路桥改建设计方案与施工技术

高玉兰

(中铁工程设计咨询集团有限公司城市轨道交通设计研究院,北京 100055)

1 工程概况

1.1 道路及铁路现状

本工程位于北京市通州区,为徐尹路改建工程的一部分。现状道路为单幅路,主辅路道路全宽为20 m。在京承线K27+321处以1-20 m梁式桥下穿铁路。桥位处既有京承线为双线非电气化铁路,位于缓和曲线段,曲线半径为1 140 m,线路坡度为+3.7‰,线间距为4.0 m,无缝线路、混凝土枕、 60 kg/m轨。铁路两侧有铁通、联通电缆等铁路设施。

1.2 既有12号桥现状及构造特点

既有12号桥为简支梁式桥,共有4片梁,与京承线交角为71°,桥台尺寸按叁桥4018 T形台标准设置,梁部采用定型图号《专桥(66)1044》,梁宽为1.95 m(包括翼缘),梁高为1.42 m(不含挡砟墙,防水及保护层),梁长为20.6 m,耳墙式桥台沿线路方向为5.75 m(图1)。

图1 既有桥原貌

1.3 工程地质及水文地质

桥址处地层自上往下概述如下：①人工填土层；②新近冲洪积层：主要为黏质粉土、砂质粉土；③～⑤层为第四系冲洪积层：③为重粉质黏土、黏土,④为粉质黏土、重粉质黏土,⑤为黏质粉土、砂质粉土。本桥底板位于土层③,地基基本承载力为130 kPa。在勘察深度范围内实测到2层地下水,均为潜水,地下水位位于框架桥底板底面以上,需进行降水作业。

2 方案比选

方案一：既有桥下填筑浆砌片石,利用天窗点将4片梁吊离,随后恢复线路,采用扣轨纵横梁体系加固线路[6],一次顶进1座8.5 m-16.5 m-8.5 m 3孔框架桥,边顶进新桥边拆除桥下浆砌片石及既有桥台。

方案二：改造既有线和桥台,既有桥下填筑浆砌片石,利用天窗点采用D型便梁将线路架空后,水平移出4片梁,再依次顶进3座8.5、16.5、8.5 m单孔框架桥,边顶进新桥边拆除桥下浆砌片石及既有桥台[2]。

由于方案二的施工工艺较成熟,D型施工便梁加固线路稳定性较好,因此目前此种工艺被普遍采用。但由于该工点处京承线线间距仅4.0 m,且位于缓和曲线段,轨底至梁顶距离0.26 m,因此如采用方案二,为满足D型施工便梁的技术要求[3],必需对该处线路进行改造,并进行拨道、抬道,既有桥台作为便梁支座,还需对其采取加宽、拉锚等加固措施,以防止其横移及倾覆。并需架设6组便梁分3次将桥体顶进就位。

显而易见,方案一的优势在于工序少、工期短、投资低,故最终选择方案一。

3 施工技术

3.1 浆砌片石基础施工

进行吊梁施工前,先在既有桥T梁下方满砌M10砂浆片石,断面形状为梯形。浆砌片石上顶宽为12 m,下底宽为18.81 m,砌筑高度为4.5 m,分层阶梯砌筑,形成错台。为提高其整体性,各分层间水平方向预埋φ20 mm钢筋,间距为30 cm×30 cm,长度均为1 m；两侧设1.25 m高,50 cm宽挡砟墙,与浆砌片石基础间预埋φ25 mm钢筋,间距为10 cm(垂直线路方向)×30 cm(顺线路方向),长度均为3 m,挡砟墙采用C25混凝土浇筑,以提高整体承载力及其稳定性,顺线路方向长为20.6 m,在各梁吊点处预留宽1 m进出口,方便施工人员穿绳作业,挡砟墙外两侧均预留50 cm宽作业平台。浆砌片石层间设隔离层方便后期桥体顶进时破除,砌筑片石顶面与既有梁底间预留10 cm空隙(用于吊梁时穿钢丝绳),既有梁两端顺现有耳墙向上砌筑,砌筑高度至两端轨底以下80 cm。为防止回填石砟滑落,于挡砟墙顶面修筑20 cm高,10 cm宽挡砟板,为防止桥体顶进时道砟滑坡,相邻两片梁间修筑挡砟墙(图2)[4～8]。

图2 桥下浆砌片石断面

3.2 填筑吊车作业平台

由于此次吊梁施工需采用2台450 t吊车同侧支立,同时起吊单片梁,施工便道为既有道路,全宽仅为20 m,不满足2台吊车同时支立的工作面要求。根据现场实际情况,将旧桥西侧作为吊车作业区,范围25 m×40 m。需填方,最大填方高度为4.5 m,采用50 t振动碾分层碾压,碾压时采用公路路基碾压标准,分层厚度不超高50 cm,每层碾压6～8遍,每次碾压轮迹重叠不小于半个轮宽,吊车作业平台最上层50 cm采用级配碎石,摊铺均匀后碾压平整,工作平台填筑完毕后进行地基承载力实验,保证地基承载力最小值不小于100 kPa,以确保工作平台的稳定性[6]。

3.3 改移缆线,清除线上所有障碍物

封闭点前做好相关准备工作,检查吊梁作业区及既有桥范围内相关缆线的改移情况,确保各设备单位的所有缆线已经改移,组织各单位负责人进行联合检查,确保不会对缆线造成损坏。利用列车运行间隔时间,使用螺栓松解剂对既有T梁钢支座的螺栓和螺母进行处理,把支座上摆的螺母拧下来,涂上机油,然后再把螺母重新拧上,便于吊梁时把螺母拧下来。拆除两端横隔板,先用风镐凿除横隔板混凝土,然后使用气割将连接钢筋切断。将梁支座两侧连接支座上、下摆的钢筋卡环拆除。既有桥两侧有钢栏杆和水泥板铺成的人行过道,既有桥范围内线路两侧有挡砟板。钢栏杆和水泥板人行过道影响①、④号T梁的吊离,既有桥两侧的挡砟板在吊完轨排后影响梁顶的石砟的清除,均需拆除。拆除挡砟板时,先用装满道砟的袋子挡住枕木头的道砟,吊轨排时再清除道砟[9～11]。

3.4 选用吊车

既有桥的T梁标准质量为77 t,每片梁上道砟厚度为50 cm,道床上部总宽7.4 m,下部总宽8.4 m,每片梁上道砟质量为30.9 t,总计108 t,为了确保吊车能顺利吊离每片T梁,按最大起吊重力1 200 kN选用吊车。吊离①号梁时吊车的作业半径最大,按选用2台450 t吊车同时起吊计算,2台吊车支立后距离浆砌片石边缘距离均为1.5 m,吊车回转中心至车头距离为5.5 m,1号梁中心到浆砌片石基础边缘为9 m,吊车吊装最大半径为5.5 m+1.5 m+9 m=16 m。 格鲁夫450 t级汽车吊,当吊装半径为16 m时,最大起吊能力按80 t的参数计算,2台吊车许用负荷1 600 kN,按要求起吊重力1 200 kN,完全在吊车的安全负荷内。经计算使用2台格鲁夫450 t级汽车吊的技术参数和起吊能力满足本方案要求(表1)。

表1 格鲁夫450 t级汽车吊技术参数和起吊能力

3.5 两次封闭要点,进行应力放散,换轨,预顶T梁

每次封闭要点120 min,分别对京承线上下行进行应力放散、换轨作业,换轨长度为150 m。对线下T梁进行预顶,每片梁两端各放置100 t液压千斤顶2台,预顶T梁2 cm,后落梁至原位[9～11]。

3.6 两次封闭要点120 min,吊离轨排和T梁,填筑道砟

每个封闭点内吊离2片T梁,吊离顺序为④③②①号梁。

(1)首先吊离轨排,轨排全长25 m,质量19.8 t,安排专人用绳子在轨排两端拽着轨排,防止轨排转动。吊轨排时使用提前准备好的扁担梁,共设置吊点8个,为防止吊离轨排时由于钢轨过长发生变形,使用轨距拉杆按照每隔4根混凝土枕加固一道的方法对轨排进行固定,轨排吊起后吊车将轨排放至指定位置。

(2)吊离T梁时,两处吊点分别位于距梁端2 m处,为方便钢丝绳套住T梁以及防止在吊梁过程中钢丝绳套滑移,提前在钢丝绳与T梁接触处凿出深15 cm、宽15 cm的凹槽。将梁移至运梁板车正上方,运梁车将梁运出场外。

(3)填充道砟,由于道砟回填高度为2 m,为节约时间,下部1 m范围内采用片石道砟混填,同时预埋注浆管,注浆管长为6 m,沿线路方向间距1 m布置,待道砟回填后进行注浆,以增强基础稳定性,同时防止桥体顶进时道砟滑塌。捣固道砟后,吊回轨排。

3.7 整修线路、线路加固、新桥顶进就位

(1)封闭要点施工完成后,安排捣固人员利用列车运行间隔时间对线上道砟进行捣固,以提高道砟的密实度[9～11]。

(2)施作桥体四角防护桩,为了保证桥体顶进时线路不发生横向移动,在线路西侧设置抗横移桩,顺铁路方向布置,其上连接通长L形冠梁,慢行点内采用扣轨纵横梁体系加固线路[1，11]。

(3)在旧桥东侧开挖工作坑,预制滑板、框架桥,施作临时顶进后背,该框架桥设计最大顶力为63 000 kN,顶程为31.8 m。鉴于此桥顶进时既有桥台的影响,要求顶进后背要有足够的安全储备[7～8]。

(4)慢行点内边顶进新桥边拆除桥下浆砌片石及既有桥台。既有桥台破除采用水平钻孔填塞膨胀水泥无声爆破为主,辅以2台破碎锤凿除清理,桥台部分布孔间距为50 cm×50 cm,钻孔深度1.2 m,采用钻机钻孔,填塞膨胀水泥进行松动爆破,分部进行,两侧桥台分六部爆破完毕。由于新桥桥底高于既有桥台扩大基础底590 mm,顶进时,采用破碎锤凿除新桥底以下30 cm厚扩大基础,凿除后夯填级配碎石30 cm。每次顶进都要进行中线和高程测量,每顶一镐一测,从而控制桥体顶进质量(图3)[7,9～11]。

图3 新旧桥关系(单位：mm)

此工程已于2010年顺利竣工,铁路、公路状态良好,实践证明,此设计方案和施工工艺是合理可行的。

4 结语

随着我国国民经济的发展,既有桥改建工程日趋增加,以京承线徐尹路铁路桥改建工程为例,提出了一种“拆旧顶新”的施工工艺,希望能对同类工程提供一些参考,以下是几点体会。

(1)不同的既有桥结构形式、不同的铁路现状、不同的公路断面,其改建方案也是大相径庭,设计人员应综合考虑各方面因素,因地制宜,制定出一套对既有线干扰最小,又经济合理、便于施工的改建方案。

(2)拆除旧桥的关键是不中断铁路线运营和保证其施工安全,这就要求设计单位和施工单位与铁路各部门密切配合,根据铁路相关部门批准的封闭点和慢行点制定详细的施工方案,各道工序环环相扣、密切配合,相关部门应制定应急预案并备足抢险物资,确保施工的顺利进行[10]。

(3)总结以往工程的经验教训,吊车工作平台的稳定性和吊车吨位的选择是容易被忽略的环节,工作平台的承载力不够导致吊车失稳,或吊车吨位安全储备不足导致吊梁失败,会使整个工程功亏于篑,酿成重大安全事故。

(4)梁式桥基础往往比框架桥基础深,为保证整个框架桥基础均位于弹性地基上,顶进框架桥过程中,需对梁式桥扩大基础进行处理,本工程的处理方法是采用破碎锤凿除框架桥底以下30 cm厚扩大基础,凿除后夯填级配碎石30 cm[4～6]。

[1] 京铁局技鉴字[2007]第2号,桥涵顶进施工慢行限速为45 km/h的线路加固体系研究[R]．

[2] 张 玮.西固环行线寺沟桥改建设计简介[J].铁道标准设计,2010(11):60-62．

[3] 沈阳桥梁厂.D型施工便梁使用说明书[Z].

[4] 中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[5] 中华人民共和国铁道部.TB10002.4—2005 铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[6] 中华人民共和国铁道部.TB10002.5—2005 铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[7] 中华人民共和国铁道部.TB10203.1—2002 铁路桥涵施工规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.

[8] 铁建设[2009]226号,铁路工程施工组织设计指南[S]．

[9] 铁科技[2007]61号,铁路200～250 km/h既有线技术管理暂行办法[S]．

[10] 京铁施[2010]249号,关于公布《营业线施工安全管理实施细则补充办法》的通知[S]．

[11] 铁道部工务局工桥[1998]2号,既有繁忙干线桥梁改造暂行技术条件[S]．