巨型滑移式防护棚架在武汉大道跨铁路桥工程中的应用

陈开桥　王吉连　毛伟琦

【摘要】本文结合武汉大道跨铁路桥工程，阐述了滑移式防护棚架的设计与施工，较好地解决了挂蓝悬浇施工对铁路防护的安全行车问题，对类似工程施工具有一定的借鉴和参考意义。

【关键词】主梁悬浇；上跨既有线；防护棚架；设计与施工お

Giant sliding protective scaffolding across the railway bridge in Wuhan Road Project

Chen Kai—qiao，Wang Jie—lian，Mao Wei—qi

（Seventh Railway Bridge Bureau Group Co.， LtdWuhanHunan430050）

【Abstract】In this paper， cross the railway bridge in Wuhan Avenue， described the design of sliding protective scaffolding and construction， has solved the hanging blue Cantilever construction of the railway protection of the safe driving issues， the construction of similar projects with a certain reference and reference significance.

【Key words】Main beam Cantilever；On the cross both lines；Protective scaffolding；Design and Constructionお

1. 工程概况

黄埔大街～金桥大道快速通道工程跨京广铁路桥工程在京广线K1189+135处上跨京广铁路，交叉处现状金桥大道是以8+10+10+8m框架桥形式下穿京广铁路，公铁交叉现状铁路从北至南铁路股道分别为汉孝上线联络线、京广上行货车线、汉孝下线联络线、京广下行货车线、京广上行客车联络线、合武上行线、站线5股道、合武下行线、京广下行客车联络线，共13股道，为电气化铁路，轨面高程在22.2～23.18米之间。138m主跨悬臂浇筑段跨越既有铁路，桥宽由39.60m渐变至49.899m宽，横向跨度大，涉及主梁在施工期间两侧的安全防护，棚架宽度不小于55m，扣除MB0节段，棚架最小截面尺寸为55m×115m；同时，桥梁底至轨顶净空为11.03m，而该处铁路改造、接触网杆塔高度均超过8.20m，施工有效空间很小；主梁跨越京广铁路线及合武客运专线，施工天窗时间不一致，安全防护要求高等特点。

2. 棚架结构设计

（1）防护棚架布置在138m主跨之间，基础及下部结构沿主跨主梁平面投影范围布置，长117.60m，宽55.75m，上部结构采用滑移面板，长19m，宽55.75m。滑移面板加工制作时横向分5段，纵向分4节，共20个吊装单元，最大吊装重量4.8t。滑移面板拼装时相邻两个单元之间的连接均采用M16螺栓连接。

图1

（2）沿着桥梁里程桩号减小的方向， 防护棚架共布置9个临时墩，其中L0#临时墩和主跨主梁MB1#块支架固结，L9#临时墩和主梁主跨直线段支架共用。主梁分节段悬臂浇注时，滑移面板采用滑板滑移方式由电动葫芦牵引逐次前移。顶棚排水方向为MB1节段向主跨直线段，水流汇集到棚架前端排水管以后沿滑道梁上铺设的排水管排到附近的框架桥桥面上。（见图1）

（3）具体采用结构如下：

基础：采用钢筋混凝土扩大基础。

下部结构：临时墩立柱采用630×8mm钢管柱，临时墩立柱柱顶滑道梁采用单根或双根HM588（588×300×12×20）型钢，并根据受力要求对滑道进行局部加强。为了方便拆除H588滑道梁，考虑在钢管桩顶设置牛腿，其上安装1组2Ⅰ20a，和铁路轨道方向平行，拆除棚架时，H588滑道梁时可从工字钢上滑出。

上部结构：采用正交异性板，纵向分配梁为工钢I200×100×7.0×11.4和I250×116×8.0×13，面板采用δ=4mm钢板。

防护棚架受净空限高的因素，设置防雷接地措施，并对顶棚及滑道梁底部安装防电绝缘板。（见图2）。

3. 棚架结构计算

3.1荷载取值。

防护棚架所受荷载分类如下：

永久荷载：防护棚架自重q1；

可变荷载：风荷载q2、模板及内支架堆积荷载q3、雪荷载q4；

偶然荷载：高空坠物荷载q5。

荷载组合为：

荷载组合1：均布荷载q=1.2 q1+1.35（q2+ q3）；集中荷载p= q5

荷载组合2：均布荷载q=1.2 q1+1.35（q2+ q4）；集中荷载p= q5

荷载取值：

风荷载q2：根据《铁路桥涵设计基本规范》，武汉地区风压按500pa考虑。

模板及内支架堆积荷载q3：施工临时荷载主要是考虑在滑移面板上堆放箱梁内模和钢管脚手架，以一个节段6m的箱梁进行计算，扣除两个边箱的内模和钢管脚手架，箱梁中间部分的钢管脚手架重量约为25t，内模板（木模板）的重量约为35t，平均分布到滑移面板上的荷载为（25+35）/（17×33.75）=1.046KN/m2，在计算中取滑移面板上施工临时荷载为1KN/m2。

雪荷载取值q4：雪载按照50年一遇考虑，取值为0.5KN/m2。

高空坠物荷载q5：高空坠物集中力按100Kg考虑，坠落高度为2m，具体计算如下：

m——掉落到防护支架上的施工杂物的质量（Kg），m=100

h——杂物坠落高度（m），h=2.0

g——重力和质量的换算系数（N/Kg），g=9.8

Em——杂物坠落到防护支架上之前具有的最大势能（J），

Em=mgh=100×9.8×2=1960

Ev——杂物坠落到防护支架上的时候具有的动能（J），Ev=Em=1960

v——杂物坠落到防护支架上的时候具有的速度（m/s）

Ev=12·m·v2V=2Evm=2×1960100=626

t——杂物从坠落到防护支架上到速度变为0经历的时间（s），t=0.2

Δmv——杂物动量的变化（Kg·m/s），Δmv=100×6.26=626

Ft——防护支架对杂物的冲量（N·s），Ft=Δmv=626

F——防护支架受到的冲击力（N），F= 6260.2=3130

计算时，取作用到棚架上的集中力q5=3 KN/m2。

3.2结构计算情况。

根据荷载分布建立midas模型，通过计算各构件计算情况如下：

3.2.1面板计算：

防护棚架的面板采用δ=4mm的钢板，满铺于20a和25a工字钢上，其单元尺寸为0.79m×1.05m，按照双向板进行计算。钢板应力及变形如图3，

计算结果可知，在均部荷载和冲击荷载同时作用下，4mm钢板的最大应力为130.1MPa<215MPa，满足要求。最大位移0.63mm，满足要求。

图2

图3

图4

3.2.2滑移面板纵向主梁计算。

纵向主梁有20a工字钢和25a工字钢两种，间距0.79m，间隔布置最大跨度11.6m，按照简支梁进行计算，假定高空坠物的荷载由1根20a工字钢承担，并作用在跨中。面板主梁应力及变形如图4：

计算结果可知，在均部荷载和集中荷载共同作用下，工字钢25a最大正应力为141MPa≤[σ]=215MPa，工字钢20a最大正应力为122MPa<[σ]=215MPa，满足要求。

3.2.3棚架滑道梁计算。

滑道梁为承重主梁，承受的荷载为滑板传递由滑动面板自重产生的集中力，计算结果可知，滑道梁的最大正应力为163.2MPa≤[σ]=215 MPa，整体稳定性验算应力为187.2MPa≤215 MPa，满足设计要求。

3.2.4基础计算。

棚架立柱采用630mm×8钢管桩，其最大高度为14.7m，纵向主梁的支点反力即为钢管桩的承载力，其最大的承载力为264KN，满足要求。

基础采用扩大混凝土基础，其截面尺寸为1.5m×1.5m×0.6m，其地基承载力为：

P=（F+G）/A=（264+20×1.5×1.5×0.6）/1.5×1.5 =129.3KN/m2。ヒ蚋止茏基础处在既有金桥大道路面上和框架桥上，其地基条件较好，满足要求。

通过建模计算，可知，棚架结构安全。

由于棚架L0#临时墩和主跨主梁MB1#块支架固结，立柱之间通过水平联接系连接；棚架在滑移过程中的水平反力通过塔梁固结段给予平衡，滑移过程中支架结构稳定性满足要求。

图5道床边的基础支护示意图

图6金桥大道上立柱基础防撞设施示意图

4. 棚架安装

4.1立柱基础。

采用C30钢筋混凝土扩大基础，分别位于框架桥上和位于金桥大道既有路面上，在施工时做好基础的支护及防撞措施。道床边的基础支护示意图如图5，金桥大道上立柱基础防撞设施示意图如6。

基础混凝土浇筑前按照图纸要求预埋好相应的预埋件，便于和临时墩立柱进行螺栓连接。

4.2立柱安装。钢管立柱采用630×8mm钢管柱，根据不同部位采用汽车吊和轨道吊机安装。

4.3滑道梁的安装。临时墩立柱柱顶滑道梁采用单根或双根HM588型钢，滑道梁长和跨度对应。其中临时墩L0～L2之间的滑道梁采用主塔边得塔吊安装，L2～L4之间的滑道梁采用塔吊或轨道吊机安装，L4～L9之间的滑道梁采用起重吊机安装。滑道梁底设置绝缘板，同时沿纵向两端分别与50#、51#桥墩的施工支架联结牢固。

4.4滑移面板的安装及移动。

4.4.1滑移面板加工制作时横向分5段，分别为11.00m+11.75m+11.75m+10.25m+11.00m=55.75m，纵向分4节，即为4.75m×4=19m，共20个吊装单元，最大吊装重量4.8t。拼装时先在钢结构加工车间内把每个单元加工好并进行试拼，然后在51#主塔附近进行安装。棚架顶棚单元划分及支承滑板安装位置示意图如图7。

图7棚架顶棚单元划分及支承滑板安装位置示意图

图8牵引系统限位示意图

4.4.2安装时采用塔吊进行吊装，安装顺序如下：

（1）在L0～L1之间完成4.75m×2=9.5m滑移顶棚的拼装；（2）临时封锁京广下行货车联络线，把滑移面板向前滑移13m；（3） 继续拼装剩下4.75m×2=9.5m的滑移顶棚，在拼装时与已拼装好的滑移顶棚保留1m的间隙，以防静电影响造成人体伤害；（4） 临时封锁京广下行货车联络线，要点施工，将拼装完成的滑移顶棚用螺栓连接成整体。

待挂蓝浇注完本节段的混凝土后，通过滑道梁上的滑板、托拉耳板和牵引系统把滑动面板向前滑移。滑板采用四氟填充橡胶滑板，摩擦系数u=0.1，滑移面板共重95t，摩擦力f=95×0.1=9.5t，采用四台3～5t电动葫芦作为牵引系统，在滑移面板前端设置4个牵引点进行滑移，滑移时原则上采用整个滑移面板一起滑移，滑移面板设计时预留分块滑移条件，可以分为22.75m×19m和33m×19m两块，单独进行滑移。滑移到位后采取限位措施及时固定。牵引系统限位示意图如图8。

4.5棚架绝缘施工。

4.5.1连续梁施工跨越铁路既有高压线时，棚架距离高压线比较近，施工时存在以下安全隐患：（1）产生高压电流对棚架之间的空气击穿，棚架钢结构的尖角和钢铁毛刺，可能产生电气尖端放电，造成棚架带电和线路短路；（2）由于既有线的周围有很强的电磁场，在棚架上会产生感应电压，当这种电压超过安全电压（50V）时，会危及施工人员的生命安全。

4.5.2根据铁路既有线施工的安全要求，本项目随棚架设计了一套绝缘安全防护系统，以满足现场施工安全的要求：（1）在施工防护棚架底部钢板与横梁、纵梁栓接在一起，形成了一个相对的平板电极，均匀的接受来自既有线的电场冲击；（2）在防护棚底面制作绝缘层，采用绝缘树脂，加专用固化剂+活性稀释剂+白碳黑+605助剂+消泡剂，采用树脂配合无碱玻璃丝布施工的方法，避免产生电气空气击穿和拉弧；现场制作的绝缘树脂的耐压是15KV/mm，考虑到电力线的高度会有一些改变，制作的绝缘树脂的厚度达到6mm，耐压达到90KV。（3）设置接地电极，深埋于地下，进行降阻处理（接地电阻小于4欧姆），现场用接地钢带将棚架和钢板电极焊接在一起，保证良好的接地，形成棚架对地零电位，解决了感应电压形成的安全隐患问题。（4）设计制作了一套电压在线监测系统和自动报警系统，适时了解钢板电极上所承载的电压，当电极的电压超过安全电压时，监测系统自动反馈到报警系统，形成声、光同时报警，能够让施工人员及时采取保护措施，进一步保证施工的安全。

通过上述措施，既满足铁路既有线施工的安全要求，又能保证施工人员的生命安全和铁路的正常运行。

4.6棚架拆除。

当主跨连续梁合拢段施工完成、挂篮拆除完毕及桥面系等附属工程完成后，即可进行棚架的拆除工作。棚架拆除施工方法为：

（1）顶棚拆除：滑移顶棚拆除在既有铁路围墙外侧的现状村道上拆除；在挂篮拆除完毕及桥面系等附属工程完成后，将滑移顶棚滑移至主梁主跨边墩直线段现浇支架处，将顶棚进行解体，解体成长度为4.75m的单元，共4×5=20个单元，采用汽车吊机逐一拆除；每个单元拆除完毕后，将后一个单元顶棚向边墩滑移，直至拆除完毕。

图9滑道梁拆除示意图

（2）HM588滑道梁拆除：在顶棚拆除完毕，即可进行

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HM588滑道梁的拆除工作。由于在主梁施工完毕后在既有线内无吊机站位平台，HM588滑道梁拆除时，以安装在立柱顶面牛腿上的横梁为滑道，要点施工，将HM588滑道梁滑移至防护棚架两侧（东西方向），主塔墩侧通过塔吊拆除，其余采取QY50汽车吊（站位在已浇筑箱梁上）拆除。

滑道梁滑移方向为：L0～L1及L1～L2滑道梁往东侧方向滑移，L2～L8滑道梁往西侧方向滑移。

滑道梁拆除示意图如图9。

（3）立柱等基础拆除。立柱、小分配梁及混凝土拆除在“要点”内通过轨道吊机逐一拆除。

4.7施工注意事项。

4.7.1本项目跨越铁路营业线的施工必须按铁道部铁办（2008）190号《铁路营业线施工安全管理办法》的要求进行，办理有关手续；严格按审定的方案、范围和批准的计划组织施工，建立健全安全责任制，实行责任追究制度，落实各项安全技术措施，做到“分工明确，责任清楚，措施具体，管理到位”。

4.7.2每次吊装之前应仔细检查钢丝绳吊点位置，确认卡环安装牢固后方可起吊，起吊时两端采用粗麻绳固定并设专人稳定，控制平衡，并由专人统一指挥吊装作业。在吊起的钢架下面或移动范围内，禁止人员通过和逗留。

4.7.3在施工过程中，不得将施工材料、器械等堆放到钢轨上，不得将零部件随处乱扔，施工产生的废弃物必须及时清理干净，不得留在防护网内。

4.7.4棚架安装完成后，应仔细检查施工现场有无安全隐患存在， 检查棚架螺栓、螺丝安装的牢固程度和棚架稳定性；将现场进行清理，人员撤离现场，施工机具、材料全部转移到防护网以外的安全位置，不得侵入铁路限界，同时恢复防护网。

5. 结语

本文通过在连续梁施工范围内搭设滑移式防护棚架，棚架顶棚随着挂篮的前移逐段滑移，使连续梁施工区与铁路运营区隔离，实行封闭作业，避免施工过程中掉落杂物损坏列车设备或发生触电等安全事故，确保既有线行车安全；同时减少了棚架安装及拆除的“要点”次数，减少了施工期间对铁路运营的影响。实践证明，对棚架采用滑移式施工是安全可行的，较好地解决了挂蓝悬浇施工对铁路防护的安全行车问题，对类似工程施工具有一定的借鉴和参考意义。

参考文献

[1]武汉市金桥大道框架桥上铁路股道、地形和电气化铁路接触网立柱测量资料.

[2]《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）.

[3]吴晓霞挂篮施工上跨城际铁路防护棚架设计 《交通科技》2011.