跨既有线路钢桁架天桥安装施工技术及工程应用

施旭光　殷倩倩　李洪霞

摘 要：随着近年来铁路的迅速发展，沿线火车站陆续改建，旧火车站的旅客进站平交道严重制约着线路提速，急需在既有运营线上增建人行天桥。在既有线上进行天桥安装，既要考虑行车安全，又要考虑供电接触网的影响。菏泽站位于新菏兖日线与京九线交汇处，新菏兖日线外包京九线，客货运输量大。车站改造新增天桥施工场地作业空间狭小，构筑物复杂，且受带电接触网影响，吊装机械需要限高、限位，不具备直接吊装条件；施工垂停天窗短，滑动拖拉施工的走行速度慢，且滑道磨损率高、纠偏困难、施工工艺繁琐、施工风险高。提出了钢桁架天桥安装采用“滚动拖拉”的施工方法，该方法基于滑动拖拉施工方法改进创新，施工的走行速度快，解决了封锁点时间短、工期紧的难题；导向性好，安全可控；精准就位，不需纠偏；投入机械设备少，成本低。不仅适用于上跨运营铁路钢结构天桥施工，也适用于跨繁忙公路、市政道路及江河的钢梁施工。

关键词：钢桁架；天桥施工；铁路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.095

1 工程概况

菏泽站位于新菏兖日线与京九线交汇处，新菏兖日线外包京九线，是鲁西南地区较大的集客、货运业务的综合站。既有正线4条，到发线9条，客运站台4座。每日接发客运列车88列。接发旅客9179人，年发送货物50.46万吨，到达523.41万吨，日均装卸车288车、通过货车186列。车站改造新建旅客天桥宽11.5m、高6.2m，长91.75m，横跨1～12股道连接站房二层候车厅，在二、三、四站台设上下桥梯。既有线为已挂网电气化铁路，底弦杆底标高为61.98m，距离站线轨顶8.98m，距离正线轨顶8.73m。天桥主要结构形式包括基础、立柱和钢桁架结构天桥主体，钢桁架按拼接点分为三跨， 第一跨跨度38.2m，重100.6噸；第二跨跨度19.7m，重52吨；第三跨跨度24m，重61.2吨。天桥立面图，见图1。

2 天桥滚动拖拉施工技术原理

在桥墩处搭设临时支墩；采用贝雷梁作为下滑道主梁，在地面拼装完成后应进行预压，确保挠度符合要求后进行安装并设置走行轨；搭设拼装平台，分跨拼装钢桁架天桥；钢桁架天桥与走行轨之间设置滑车（每个桁架节点处均设置滑车），利用卷扬机分跨滚动拖拉桁架就位；将天桥桁架主弦杆作为上滑道，利用“地坦克”反拖拉抽出贝雷梁；用千斤顶落梁就位。

形成施工工艺流程图见图2。

其中包括钢桁架天桥拖拉、贝雷梁拆除和钢桁架落梁三项关键技术。

2.1 钢桁架天桥拖拉

（1）在钢桁架天桥拖拉终点设置卷扬机，卷扬机钢丝绳另端栓在构筑物上，通过卷扬机牵引构筑物就位，为确保拖拉速度可控，在构筑物前端设动滑轮。在钢丝绳走行区段每个2.5米横向设置一道尼龙绳防止钢丝绳下垂影响接触网，在构筑物后端设置卷扬机防止拖拉过位。

（2）点前调试卷扬机，并进行全面检查。清理钢桁架内施工料具及杂物，确保拖拉过程中无坠物。

（3）拖拉前在钢轨上间隔1.5米划好等距线，拖拉过程中，构筑物上设专职监控人员及时观测构筑物两侧位移是否统一。

（4）拖拉速度不超过3米/分钟，距终点10米时应减慢速度，使钢桁架缓慢地停止在终点。

（5）拖拉到位后，应根据支座的对应位置进行纠偏，用千斤顶和手拉葫芦将其轴线和标高调整到位，确保落位正确无误。

如图3所示为拖拉装置示意图。

2.2 贝雷梁拆除

（1）拆除预留短轨节，搭设横担梁支墩，插入横担梁，用千斤顶将横担梁顶起，拆除滑车。

（2）安装地坦克，将天桥主构筑物落在横担梁上后，在构筑物两端安放千斤顶，将滑道梁升高，与支墩脱离。然后安放地坦克，地坦克与贝雷梁栓接完毕后回落千斤顶，让贝雷梁和地坦克栓接在一起。

（3）人工推动地坦克带动滑道梁向支撑平台移动，在平台上将滑道梁分片拆除。

如图4所示为贝雷梁滑移拆除示意图。

2.3 钢桁架落梁

利用千斤顶将钢桁架一侧顶起，抽调一层木枕，回落千斤顶，让构筑物落在支撑架上；然后将构筑物另一侧顶起，抽调一层枕木；如此循环反复，直至钢桁架落至设计标高。落梁时必须按两端循环落，严禁两端同时起顶。

3 结构稳定性验算

应用MIDAS数值计算软件进行贝雷梁桁架结构稳定性验算，对贝雷梁弦杆及竖杆应力、斜撑应力、结构位移、一阶屈曲模态、二阶屈曲模态及三阶屈曲模态进行分析；应用MIDAS数值计算软件对临时支墩结构稳定性验算，分析立柱及纵横梁应力、横撑及斜撑应力、结构位移及一阶屈曲模态；采用传统力学理论进行拖拉结构验算，计算贝雷梁最大弯矩和最大剪力。

3.1 贝雷梁桁架验算

（1）计算模型。分析得计算简图如图5所示，建立计算模型如图6所示。

（2）主要技术参数。设计贝雷梁采用16Mn钢，其抗拉、抗压及抗弯设计强度为310MPa，弹性模量为206GPa，密度为7850Kg/m3；贝雷梁、滑道及枕木自重的荷载动力系数取为1.2；天桥钢桁架重作为可变荷载施加，分项系数取为1.4。

（3）结构验算。对贝雷梁弦杆及竖杆应力、斜撑应力、结构位移、一阶屈曲模态、二阶屈曲模态及三阶屈曲模态进行分析，弦杆及竖杆应力见图7，斜撑应力见图8，结构位移见图9，一阶屈曲模态见图10，二阶屈曲模态见图11，三阶屈曲模态见图12。

其中，最大拉应力为184.9MPa，最大压应力为-180.8MPa，均位于靠近5#墩下弦杆处。拉压最大应力小于设计强度，满足规范要求。

其中，最大拉应力为90.4MPa，位于5#墩处斜杆；最大压应力-108.9MPa，均位于靠近6#墩处斜杆。拉压最大应力小于设计强度，满足规范要求。

其中，最大位移25.42mm。满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中有重轨轨道的工作平台梁的挠度容许值。

由上可得，稳定性满足要求。

3.2 临时支墩验算

（1）计算模型。

（2）结构验算。对临时支墩进行立柱及纵横梁应力、横撑及斜撑应力、结构位移及一阶屈曲模态分析，立柱及纵横梁应力见图14，横撑及斜撑应力见图15，结构位移见图16，一阶屈曲模态见图17。

其中，最大压应力为6.0MPa，位于受拖拉南侧支座处横梁，小于设计强度，满足规范要求。

其中，最大压应力为21.3MPa，位于受拖拉南侧支座处上部斜撑，小于设计强度，满足规范要求。

其中，结构最大位移5mm，满足规范设计要求。

其中，一阶稳定系数为0.914，结构失稳。失稳点位于南侧第三榀纵向桁架上部斜撑交点，但不影响正常施工。

3.3 拖拉验算

本方案从最不利方面进行简单验算，验算过程如下：

取跨度最大的3#和4#墩驗算，跨度取22.5m，滑道自重的荷载动力系数取为1.2；天桥钢桁架重作为可变荷载施加，分项系数取为1.4，总荷载31.88KN/m。

计算得，三排单层加强贝雷梁最大弯矩为2017KN/m，最大剪力值为358.65KN。查贝雷梁参数表1，可得，三排单层加强贝雷梁最大允许弯矩值为4809.4KN，最大允许剪力值为698.9KN，则弯矩安全系数为2.4，剪力安全系数为1.95，符合规范要求。挠度计算值为29.2mm，满足要求。

4 工程应用

运用该工法施工，每节天桥在一个天窗点内拖拉完毕，避免天桥在既有线上临时停放，即保证了施工及运输安全、又减小了对运输影响；该工法使用仅拖拉一项就节约了44天工期，即保证了节点工期，又为后续施工项目创造条件，所带来间接经济效益和社会效益巨大。

5 结论

通过分析滚动拖拉技术原理，运用数值计算方法进行贝雷梁和临时支墩结构稳定性验算以及拖拉验算，形成了一种适用于施工场地作业空间狭小、构筑物复杂，不具备直接吊装条件且施工垂停天窗短的天桥施工新技术，不仅解决了既有线封锁点时间短的难题，而且提高了安全性能，消除了安全隐患，提高了施工效率，经济及社会效益显著。并通过深入研究天桥支墩及基础、天桥滑道吊装、天桥拖拉、天桥滑道拆除及落梁等施工技术，形成了一套不仅适用于上跨运营铁路钢结构天桥施工，也适用于跨繁忙公路、市政道路及江河的钢梁施工的天桥滚动拖拉施工技术。

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