高速公路上跨铁路桥梁防护棚架研究

杨 烜，程 勇

(1.江西省交通规划勘察设计院;2.江西投资集团资溪高速公路投资开发有限公司)

1 防护棚架研究

由于架梁及施工T 梁间现浇湿接缝，桥梁排水槽、防撞护栏等现浇构造物时，都有可能出现落物或落混凝土的可能。因此，为保证鹰厦铁路电气化在桥梁施工期间的安全，在施工桥梁前对鹰厦铁路上方设置2 座防护棚架，防护棚架兼具防落物和防电的功能，桥梁施工完成后拆除。

图1 防护棚架示意图

1.1 防护棚架设计

由于本项目左右幅桥面分离，因此需在相对应的鹰厦铁路上方设置2 座防护棚架。每个棚架20 m，宽10 m，高10 m，铁轨上方净空保证8.2 m。棚架基础采用钢筋混凝土条形基础，采用钢管立柱，立柱顶设置间距为2 m 的I32a 工字钢纵向分配梁，横向铺设间距为2 m 的I10 的工字钢分配梁，其上满铺钢丝网及钢木组合面板。面板采用钢框架及木板表层覆盖3 mm 镀锌钢板制作而成。

(1)主要结构计算。

防护棚架上部的纵向分配梁是其主要的受力构件，因此，本次研究主要计算纵向分配梁。计算按简支梁考虑，纵向分配梁全长12 m，计算长度10 m。

①荷载计算。

对纵向分配梁，计算棚架每平方米承担的荷载。

对于防护棚架结构，每根纵向分配梁架设时横向间距为2 m，故每根纵向分配梁均承担梁体两侧左右各1 m 范围的上部铺装荷载。

a 恒载

b 活载

考虑2 名操作工人荷载作为集中力加载于跨中，荷载大小为200 kg，即2.0 kN。

因此，一根纵向分配梁取恒载均布荷载2.2 kN/m ，活载取2.0 kN 集中荷载，作用于跨中。

表1 恒载计算表

②荷载组合。

按容许应力法，荷载组合系数均取1.0，计算结果考虑自重，均布荷载(钢丝网等)+2 个操作工人的组合情形下(自重+荷载+2 个操作工人)纵向分配梁应力及变形。

③应力计算。

普通工字钢I32a 的截面模量Wx

Wx=692.5 cm3=6.925 ×10－4m3

纵向分配梁的计算跨径L

L=10 m

纵向分配梁满布恒载均布荷载qq =2.2 kN/m =2.2 ×103N/m

纵向分配梁跨中布置工人活载P

P=2 kN/m =2 ×103N/m

因此恒载弯矩为

M1=1/8·qL2=1/8 × 2.2 × 103× 10 × 10 = 2.75 ×104N·m

恒载产生弯曲应力为

σ1= M1/Wx=2.75 ×104/6.925 ×10－4=3.971 ×107Pa=39.71 MPa

活载弯矩为

M2=1/4·PL=1/4 ×2 ×103×10 =5 ×103N·m

活载产生弯曲应力为

σ2= M2/Wx=5 ×103/6.925 ×10－4=7.22 ×106Pa =7.22 MPa

组合弯曲应力为

σ=σ1+σ2=39.71 +7.22 =46.93 MPa ＜140 MPa(弯曲容许应力)

结论:最不利荷载组合下，纵向分配梁结构应力46.93 MPa，小于容许弯曲应力140 MPa，结构能满足要求。

④挠度计算。

普通工字钢I32a 的截面惯性矩IxI

x=11 080 cm4=1.108 ×10－4m4

普通工字钢I32a 的弹性模量E

E=2.1 ×105MPa=2.1 ×1 011 Pa

因此恒载产生的挠度为

f1=5qL4/384EI=5/384 ×2.2 ×103×104/(2.1 ×1 011×1.108 ×10－4)=0.0 123 m=12.3 mm

活载产生的挠度为

f2=3PL3/48EI =3/48 ×2 ×103×103/(2.1 ×1 011 ×1.108 ×10－4)=0.0 018 m=1.8 mm

组合荷载挠度为:

f =f1+f2=12.3 +1.8 =14.1 mm ＜16.7 mm =1/600L(容许挠度)

结论:最不利荷载组合下，纵向分配梁结构挠度为14.1 mm，公路规范要求简支梁挠度需＜1/600，满足规范要求。

施工中应设向上的预拱度，预拱值为12.3 +1.8/2 =13.2 mm。

(2)防隔电设计。

由于鹰厦铁路为电气化铁路，为保证电力机车正常运行的情况下，确保架桥施工具备条件，需要对接触网进行相应防护改造设计。

①本次架桥施工时需架设防护棚架2 座(防止混凝土现浇混凝土直接掉落在线路上)，现场接触网为双支回流线，需对承力索和回流线分别进行绝缘包扎。

②在高阜－资溪区间相应支柱加装避雷器，采用双接地，接地电阻小于等于10 Ω。

③防止上跨桥有异物坠落砸破瓷瓶，将上跨桥两端瓷瓶更换为硅橡胶绝缘子，由于硅胶绝缘子尺寸和瓷瓶尺寸不一致，需对相应支柱腕臂进行更换。

④由于需搭设防护棚和防电板，以及腕臂重新更换，需对该锚段接触网进行调整。

为保证电气化铁路的劳动安全，施工人员必须高压带电体保持2 m 以上的安全距离，与回流线保持1 m 以上的安全距离，并防止感应电伤害的安全措施，防止穿越电流伤害的安全措施，需对棚架采取一定的防隔电措施。

铁路接触网上方型钢和侧面钢管立柱一定范围均需施作绝缘涂层，绝缘涂层主要材料是环氧树脂。

为确保隔电效果，需对防护棚架进行综合接地，要求接地电阻不大于4 Ω。同时，对棚架进行适时监测电压，确保棚架服役阶段始终处于防隔电安全状态。

2 防护棚架施工注意要点

跨越高速铁路防护棚架安装与拆除工作均需在天窗点内进行，作业时间短、吊装结构尺寸大、高空作业多、距离铁路带电体近，必须保证施工方案周全，机械设备性能良好，作业人员素质过硬。

(1)施工准备。

防护棚架搭设前先进行基础施工，施工前必须向铁路管理部门申报临近既有线作业计划，获批后方能施工。棚架安装施工必须在“天窗点”内进行，需编制每个点内详细的作业安排，正式安装前还必须先进行演练，模拟真实施工环境和条件进行实际操作，让工人熟悉相关操作步骤和注意事项，把握每一项工作内容需要的时间，以及人员、机械、材料的等效匹配。每个“天窗点”作业开始前，应将半成品、人员、机械、材料等准备到位，停电后方能进行作业。

(2)防护棚架安装。

防护棚架具体搭设实施步骤如下。

第一步:完成作业场地规划，施工场地首先要考虑“棚洞”施工要求。完成营业线设施范围外相关工作。

第二步:进行棚洞施工场地平整，在既有铁路路肩范围内清理出底座浇筑平台，利用行车间隙，采用人工运输混凝土，浇筑支架底座。

第三步:进行棚洞排架搭设。

第四步:封锁道路期间完成所有排架、工字钢吊装、脚手板铺设及防电板铺设。

第五步:防护棚搭设完毕后，开始施工跨线桥，在线路上方施工时要加强安全防护和日常检查。

［1］中华人民共和国交通部.公路交通安全设施设计规范(JTG D81－2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范(JTG D60－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.