海沧隧道本岛端接线工程跨铁路钢管支架设计

■叶国华

(厦门诚翔公路技术咨询有限公司，厦门 361004)

1 工程概况

海沧隧道本岛端接线工程（第一阶段）为混凝土连续梁,位于厦门岛内东北部，起于第二西通道海沧隧道出口端，沿现状火炬北路方向，上跨铁路，终于鹰厦铁路东侧，起讫里程为FZK19+100～FZK19+888，全长788m。主线桥桥长352m。桥梁跨径布置为：左幅（30+31+30）+（30+2×28）+（2×30+25）+（45+42）m；右幅（30+31+30）+（30+2×28）+（2×30+27）+（45+40）m，左右幅各四联，其中第四联首孔（9#～10#墩）跨越鹰厦铁路及粮食专用线。鹰厦铁路为双线，铁路中心线间距5.0m，粮食专用铁路为单线，与邻近的鹰厦铁路线中心距为15m。交叉点位于铁路路基段，与铁路交角为98°，平面交叉范围达52m。

由于该联桥位地形起伏较大，高度在9～18m 之间，且需上跨运营铁路，故综合比选施工方案后采用钢管贝雷梁支架整体浇筑施工。为保证铁路的行车安全，箱梁施工期间设置防护棚，防护棚与现浇支架合建的方式。防护棚采用钢管贝雷梁支架，防护棚比梁体外侧翼缘板超宽2.0m 以上，防护棚边缘设置安全围栏，确保施工物件不坠落至防护棚外。防电防护棚施工大部分工序需利用封锁点施工，有些工序还需要接触网停电配合。

2 支架设计

支架为两孔钢管桩贝雷梁支架，其中首孔跨径为21m，跨越鹰厦铁路（双线电气化铁路），次孔跨径为18m，跨越粮食专用线（单线非电气化铁路），如图1所示。

图1 支架布置图

2.1 临时墩设置

为抑制支架变形并提高整体刚度，支架共有3 个临时墩，临时墩位于鹰厦铁路与粮食专用铁路之间的排水沟内。其构件组成分别为：铁路左侧临时墩采用49 根钢管立柱，立柱高度分别为14.49m（左幅）、9.67m（右幅）；铁路中间临时墩采用54 根钢管立柱，立柱高度分别为10.66m（左幅）、10.66m（右幅）；铁路右侧临时墩采用43 根钢管立柱，立柱高度分别为15.65m（左幅）、15.21m（右幅）。各钢管立柱均统一采用φ630×10mm 钢管桩，钢管桩两端设桩头和桩脚结构，钢管桩之间设连接系。由于该段地形较为复杂，为保证支架基础稳定性采用C30 钢筋混凝土扩大基础。扩大基础顶面与排水沟沟底平齐，以保证地基排水效果。同时墩身钢管安装时设置有效的接地装置，保证接地电阻小于10Ω。靠近铁路电缆侧桩顶3m 范围均涂刷防电涂层。

2.2 墩顶分配梁

永久墩墩旁临时墩（铁路左、右侧）顶直接布置横向分配梁；中间临时墩顶布置纵向及横向两层分配梁。纵向分配梁采用3HN500×200 型钢组，单根长3.0m；横向分配梁采用2HN500×200 型钢组，单根长度分别为31m（2 根）、29m（4 根）、25m（2 根），布置于纵向分配梁上或桩顶，单幅通长布置（分2 次吊装，现场等强对接），并设置2%坡度，左右幅对应横向分配梁对接，并对左右幅横向分配梁对接处顶面进行修整，确保过渡圆顺。钢管立柱桩顶、横向分配梁及纵向分配梁之间接触面均采用焊缝连接，焊高6mm 焊缝长度单边不少于10cm。鹰厦铁路两侧分配梁均涂刷防电涂层。

2.3 贝雷梁

在横向分配梁顶摆放贝雷梁。首孔跨度21m，共114 片单层加强型贝雷梁；次孔跨度18m，共108 片单层非加强型贝雷梁。贝雷梁横桥向间距除翼缘板范围为90cm，其它均为45cm，每片贝雷梁间用横向花窗连接成整体。其中首孔贝雷梁下设防电板，防电板厚度12mm。贝雷梁顶横向铺设I12.6 分配梁，分配梁间距为75cm。每组贝雷梁端部采用∠75×75×6mm 的角钢焊制成倒“U”型构件与横向分配梁焊缝连接。

3 支架计算分析

3.1 计算荷载

⑴箱梁砼自重荷载

支架段箱梁参数如表1 所示，其中砼容重γ=26.5kN/m3，涨模系数k=1.05，全联(左右幅)砼方量v=3608.1m3;则全联砼重G=100395.4kN

⑵施工均布荷载g2=1.5 kN/m2。

⑶振捣混凝土产生的荷载g3=2.0 kN/m2。

⑷模板荷载及防护棚。

模板荷载包括底模板、内模板、侧模板等模板荷载。模板拟采用竹胶板与方木组合，钢管脚手架作为支撑的形式所有模板荷载换算为g4=1.0 kN/m2。

⑸风荷载

按规范计算作用在箱梁上的横桥向风荷载F1=52.65 kN，作用点位于箱梁中心；作用在贝雷梁桁架上的横桥向风荷载F2=6.02 kN，作用点位于桁架中心；作用在钢管桩上的横桥向风荷载F3=7.2 kN，作用点距桩顶5.33m。

表1 支架段箱梁参数表

3.2 计算分析

3.2.1 贝雷梁项分配梁

I12.6 分配梁顺桥向布置间距750mm。经分析，其最不利处应力如下：

弯曲应力σW=85.13MPa＜170MPa;剪应力τ=47.96MPa＜100MPa，满足设计要求。

3.2.2 贝雷梁

贝雷梁的内力分析表2 所示。

表2 贝雷梁最大内力计算表

从表2 可以看出贝雷梁设计满足要求。

3.2.3 横向分配梁

横向分配梁的内力分析表3 所示。

表3 横向分配梁最不利位置对应内力计算表

从表3 可以看出横向分配梁的应力均小于170 MPa，满足设计要求。

3.2.4 纵向分配梁计算纵向分配梁的内力分析表4 所示。

表4 纵向分配梁最不利位置对应内力计算表

从表4 可以看出纵向分配梁的应力均小于170 MPa，满足设计要求。

3.2.5 钢管桩计算分析

支承于砼基础上的钢管桩:

稳定性σ=N/φA=45.2MPa ＜170MPa；弯曲应力σW=2.49MPa＜170MPa；剪应力τ=0.94MPa＜100MPa

折算应力σ=43.47MPa ＜170MPa

满足设计要求。

3.2.6 基础及基底承载力的计算

基础为砼结构，砼强度等级C30。基础尺寸为1.9m×1.9m×0.7m。

⑴基础混凝土压应力

压应力σN=5.56MPa＜14.3MPa

⑵砼基础冲切承载力

冲切承载力F=（0.7βhft+0.15σpc,m）ηumh0=2657.3kN＞720kN

⑶砼基础基底承载力

应力σN=N/A=650/3.61=180kPa

要求基底承载力不得小于200kPa，为确保支架结构安全，对承载力不能满足要求的基底须进行基础处理。

4 结语

由于跨铁路施工的特殊性，本桥采用了防护棚与支架合建的特殊设计支架，并设计采用了钢管立柱临时支撑以保证支撑方案安全性和良好的适用性。通过对支架局部构件计算和稳定分析可知，构件受力均能满足要求，表明本方案为安全、经济、合理并切实可行的施工方法，可为类似工程的建设提供参考。

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[2]鲍卫刚，周泳涛.预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南.人民交通出版社,2009

[3]李明.满堂式支架设计方案及受力分析.四川建材,2006（1）

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