铁路既有站场灯桥改造施工技术浅析

朱培

摘要：本文以既有沙城站灯桥改造施工为例，探讨在营业线上如何安全、高效组织新建灯塔施工，并探索应用绳锯切割技术在铁路既有站场拆除照明灯桥混凝土立柱方法，最终确保灯塔改造施工安全、正点，效果显著。

Abstract： This paper takes the reconstruction of the light bridge in the existing Shacheng Station as an example to discuss how to construct a new lighthouse safely and efficiently on the business line， and explore the application of the wire saw cutting technology to remove the concrete pillars of the lighting bridge at the existing railway station. In the end， it is ensured that the construction of the lighthouse is safe and punctual， and the effect is remarkable.

关键词：灯桥;营业线;绳锯切割;吊装

Key words： lamp bridge;business line;wire saw cutting;lifting

中图分类号：U291                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）15-0120-05

1  工程概况

怀来县广场路下穿沙城站顶进框架桥，位于京包线K117+505处，孔径为三孔（7+16+7）m框架桥，框架桥长104.75m，桥宽33.0m，桥轴线与铁路正交。因框架桥顶进影响，需在既有灯桥大里程方向51m处新建一座灯桥，满足调车线照明功能，并拆除既有灯桥。

新灯桥横梁及立柱为钢结构，横梁长54m，跨越12～19道，跨度42m，立柱外各悬挑6m;钢立柱外形尺寸0.9×1.1×15.3m，最重零件165kg，最长零件5.3m;基础为挖孔灌注桩基础，钢筋混凝土承台。基础位于11道、12道间及19道与铁路护栏间。

既有灯桥为钢筋混凝土支柱，横梁为钢结构，长48m，跨越12～18道，跨度36m，立柱外各悬挑6m。钢筋混凝土立柱机构尺寸0.5×1.4×12m，基础位于11道、12道间及18道与铁路护栏间。

2  工程特点

2.1 不同之处

灯桥的新建及拆除均处于铁路营业线范围内，施工场地局限，机具材料安放困难，与新建铁路灯桥施工不同。

既有灯桥立柱为钢筋混凝土结构，拆除时为保证营业线的安全，既不能直接放倒也不能爆破施工，与正常施工组织不同。

2.2 安全风险大

铁路站场灯桥跨越铁路线12～19道，横梁延伸至10道，因此在营业线新建、拆除灯桥，均会对营业线行车安全和施工人员人身安全造成影响，施工安全风险高。

怀来县中部地形是自西向東走向的河川平原，与冬、春季节冷空气自西伯利亚经蒙古进入我国的风向平行，狭管效应使经过这里的气流速度加快，大风天气多。冬季刮风日最多，占全年大风日的40%，春季大风日占全年大风日的32%。受施工组织安排的影响，灯桥安装时间刚好处于冬、春季节，致使吊装危险系数增加。

为确保安全，消除营业线施工过程中各种安全隐患，既不能对铁路运输造成大的影响，又要在风力六级以下的自然条件下完成施工。因此，如何有效地利用天窗点、如何做好安全防护和采用合理的施工工法特别重要。

3  总体施工方案

新建灯桥建设完成投入使用后，拆除既有灯桥，避免影响沙城站调车照明及下穿沙城站框架桥的顶进施工。

新灯桥桩基及承台采用人工开挖，钢立柱及横梁在现场拼装，横梁分为5段工厂制作，然后运输到吊装现场进行焊接组装。11～12道间灯桥钢立柱采用轨道吊吊装，19道与铁路护栏间钢立柱及横梁，采用220T汽车吊吊装。

既有灯桥横梁采用220T汽车吊吊装拆除，18道与铁路护栏间钢筋混凝土立柱采用绳锯从立柱根部切割，配合220T汽车吊吊装拆除;11～12道间钢筋混凝土立柱采用绳锯分段切割，轨道吊吊装至平板车，并运输至19道后吊至铁路护栏外进行破碎处理。

灯桥的新建、拆除根据施工工序工艺及路局的相关营业管理办法，按照临近营业监督计划、车务段批准计划及局批计划进行上报，分步组织施工。

新建灯桥钢立柱及横梁架设共用3个封锁点。19道与铁路护栏间立柱吊装为车务段段批计划;11～12道线间立柱及横梁吊装为路局局批计划，施工等级为Ⅲ级。

既有灯桥钢筋混凝土立柱及横梁拆除共用5个封锁点。18道与铁路护栏间钢筋混凝土支柱拆除为车务段段批计划;11～12道线间立柱切割、吊装及横梁吊装为路局局批计划，施工等级为Ⅲ级。

4  施工方法

4.1 施工准备

①专项施工方案需经路局主管部门组织相关设备单位及专家审查通过，签署施工配合及安全协议，上报月度施工计划;因施工工艺要求需要办理车站施工动火证。

②按照施工方案完成基坑范围内探沟开挖，铁路设备的改移，防护，施工场地的整理、安全防护措施布置。

③所用机械设备，根据路局相关文件要求规定进行报验，报验合格后进场施工。

④新灯桥钢构件预定，生产运输周期20天。

4.2 新灯桥基础

①桩基础共计4根，直径1m，单根长度10.7m，采用人工挖孔桩。11～12道线间距6.5m，为防止施工作业期间人员、机具及材料的侵限，在线间设置钢管隔离措施，防护宽度为1.4m，长度20m;挖孔提升机基础在既有路基面下挖0.3m，提升机四角及左右采用钢管硬防护。钢筋采用孔内绑扎，长度≤4m，以保证与接触网导线的安全距离。

②承台施工采用人工垂直开挖，设置挡土板，减少对线间路基的影响。预埋的钢立柱螺栓制作控制模具，保证相对位置准确，为后续立柱安装提供保障。

③混凝土采用地泵浇筑，由19道外侧铁路护栏引入，在混凝土枕间开挖管沟穿至浇筑位置。下穿轨道时，设置绝缘措施，防止轨道电联。

④11～12道线间施工受到场地的限制，材料及机具均采用人工运输，每天利用调车线停止作业时间段，通过固定的运输路线进行，并设置驻站及现场防护人员。线间开挖的土方必须装袋外运处理。

4.3 灯桥吊装

新建灯桥横梁及19道与铁路护栏间钢立柱、既有灯桥横梁及18道与铁路护栏间钢筋混凝土立柱采用220t汽车吊进行吊装。11～12道线间新建钢立柱及既有灯桥钢筋混凝土立柱采用16t轨道吊车进行吊装。结合施工场地、机械设备性能及起吊重量，确定吊车就位位置，钢丝绳吊装夹角按规定控制在40°～70°之间（吊装图见图2）。

4.3.1 吊装计算

吊索选用计算：

横梁设计4个吊点，吊索安全系数K取值为8，采用6×19公称抗拉强度为1400N/mm2的钢丝绳，荷载不均匀系数α取值0.85（建筑计算施工手册中对6×19钢丝绳的α取值），采用6根10m长的钢丝绳吊装。钢丝环绕钢桁架上横梁节点板处，并加设保护垫板。

吊索起吊构件时按如图3所示的四支等长的方法，每只吊索的拉力可用下式计算：

查6×19钢丝绳破断拉力表，选用Φ26钢丝绳（公称抗拉强度1400MPa）能满足安全要求。

4.3.2 汽车吊确定

新灯桥拟采用220t汽车吊进行安装，钢横梁总长54m，总重9.7t，钢立柱重3.6t。汽车吊停靠在19道外侧的护栏外，吊车转盘中心距离19道外侧灯桥基础中心距离10m。此时，220t汽车吊吊装作业的最大半径为30m。依据吊车性能表得知，作业半径30m，臂长45m时，可以起吊额定重量为15.5t，吊装横梁的安全系数为1.59。路局要求吊装安全系数不小于1.4，满足条件。

既有灯桥拟采用220t汽车吊进行吊装拆除，钢横梁总长48m，总重8.64t;钢筋混凝土立柱总重量约8.7t。汽车吊停靠在18道外侧的护栏外，吊车转盘中心距离18道外侧既有灯桥基础距离16m。此时，220T汽车吊吊装作业的最大半径为34m。依据吊车性能表得知，作业半径34m，臂长45m时，可以起吊额定重量为13.2t，吊装横梁的安全系数为1.5，满足条件。吊装钢筋混凝土立柱时作业半径为16m，臂长45m时，可以起吊额定重量为29.9t，吊装立柱的安全系数3.4，满足条件。

4.3.3 轨道吊确定

新建及既有灯桥11～12道间的立柱，拟采用16t轨道吊进行安装及拆除。因12道为车站调车线（无电气化线路），设置有减速顶及峰尾停车器，致使轨道吊无法驶入，故须占用11道电气化线路。

新灯桥钢支柱高15.3m，重3.56t，轨道吊车停至11道，受接触网导线限制，作业半径最大6m，臂长只能伸长至16.1m，可以起吊額定重量为7.5t ，起吊钢立柱的安全系数为2.1，满足要求。

既有灯桥钢筋混凝土立柱由于场地条件限制，轨道吊车无法一次吊装拆除，所以采用绳锯进行分段吊装拆除。钢筋混凝土立柱自上而下分为3段，第1段高2.5m，重约2.8t，第2段、第3段高4.7m，重约4t。轨道吊车停至11道，作业半径6m，臂长16.1m，可以起吊额定重量为7.5t，取起吊重量4t计算，起吊安全系数为1.88，满足要求。

通过对220t吊车、轨道吊吊装作业的计算，满足使用需求，确定钢丝绳的选用。轨道吊吊装灯桥立柱式使用大于吊装物重量2倍的吊带进行吊装。

4.4 灯桥拆除

灯桥钢桁架与钢筋混凝土立柱采用氧气切割，切割前设置临时支墩，保证钢桁架在切割过程中的稳定。钢筋混凝土立柱采用绳据切割工艺进行分解，此工艺的优点是机具设备体积小、工效高、污染小、切割面平整、无需办理爆破工艺的相关手续。11～12道间的立柱根据分段位置需搭设移动脚手架作业平台，脚手架共有5节（每节高1.7m、宽1.2m、长1.8m）脚手架与立柱间加设钢管固定，并做接地保护;接触网回流线与脚手架平台较近，为保证安全加设特制横担固定于钢筋混凝土立柱上。（见图4、图5）

绳锯切割工艺：

①绳锯工作原理：等比例排列的串珠在液压或电动马达的带动下从钢筋混凝土表面高速、重复摩擦通过，最终实现切割目的的一种拆除工具。

绳锯的组成：泵站、绳锯架、导向轮、绳锯链条（金刚石材料制作而成）、油管、电源、水源。

绳锯链条由钢丝绳、串珠组成。绳锯链条规格主要是通过串珠来控制的，其切割钢筋混凝土用串珠规格为Φ10.5或Φ11;钢丝绳张力一般为250～300kg（Φ4～5mm钢丝绳）。切割速度与切割体材质应相匹配，切割时的线速一般为20～40m/s，钢筋混凝土切割线速度33m/s。新绳起始切割阶段，其线速度应减2～3m/s，以利于串珠出刃。绳锯链条的连接采用手动液压钳连接，常用的绳扣为不锈钢材质。

②施工工艺流程，见图6。

③施工要点：

固定绳锯机及导轮：安装导向轮要稳定，轮的边缘一定要与穿绳孔的中心线对准对齐，以确保绳锯正常运转。

安装绳锯链条：根据切割形式将绳锯链条按一定顺序缠绕在主动轮和辅动轮上，绳子方向应与主动轮驱动方向一致。

相关操作系统连接与安全防护措施：根据现场情况，水、电、液压机之间的连接要牢固，防止漏水、漏电及液压油泄露，导致绳锯无法运转。绳索切割过程中，绳子运动方向周围一定设置安全防护栏，并在一定区域设置安全警示标志。

切割：启动泵站，通过手动控制液压机提升张力，使绳锯链条适当绷紧，在切割时有足够的供水量（通水量12～25L/min），保证绳锯的冷却，切割时应保证速度、设备均稳定。

切割横截面小于驱动部分导向轮间距80cm时，会出现“跳绳”现象，需要进行导向轮的逐渐调整，保证切割的顺利进行。

5  封锁点内作业

5.1 新灯桥安装

新建灯桥封锁施工过程如下：

①第一个封锁点（局批计划）6：30～8：30，共120分钟，线间立柱安装。

封锁点前准备工作：11～12道间钢立柱验收合格后在线间进行拼装，照明设备安装调试就位，检查调试轨道吊运转情况是否正常。

封锁点内作业：

16t轨道吊车由11道行驶进现场，到达指定位置支腿。待接触网停止供电并做好接地保护后，开始伸臂作业，挂吊钩试吊，用时40分钟。

吊装就位时，松动立柱底座连接螺栓，便于预埋螺栓对位，用时40分钟。

立柱吊装初步就位后，轨道吊脱钩收吊臂及支腿，并驶离11道同时人工开始对立柱进行紧固及精确调整，用时30分钟。

②第二个封锁点（段批计划）13：30～15：30，共120分钟，19道外侧立柱安装。

封锁点前准备工作：钢立柱及检修爬梯运至19道外侧路基边坡下的组装作业区验收合格后进行拼装，排空19道灯桥两侧50m范围内车辆，220t汽车吊到达指定位置支腿待命。

封锁点内作业：汽车吊转臂挂钩吊装钢立柱，紧固立柱底座螺栓，初步就位后，解除吊装挂钩，人工开始精确调整。过程用时30分钟。

吊车吊装检修爬梯，用时20分钟，人工焊接爬梯连接，用时20分钟。

汽车吊完成吊装作业后，安装自身全配重，为吊装横梁做准备，并进行了横梁试吊，因既有灯桥横梁拆除的吊装作业无法试吊，故按照既有灯桥吊装作业半径34m的工况，进行了模拟试吊，无异常，为后续横梁的架设提供了可靠的数据参考，用时60分钟。

③第三个封锁点（局批计划）6：30～8：30，共120分钟，横梁安装。

封锁点前准备工作：横梁完成预拼，并敷设灯具所用电缆，排空12～19道灯桥两侧100m范围内车辆，照明设备安装调试就位，捆绑拉繩4组及吊装钢丝绳，吊车挂钩。

封锁点内作业：

10～11道接触网停止供电，安装接地保护后，220t汽车起吊横梁转臂对位，人工控制拉绳精确调整就位，受风力影响，就位用时60分钟。

横梁支座与立柱顶板采用焊接方式连接，电弧点焊固定横梁后，松解钢丝绳，220t汽车吊完成点内吊装作业，进行收车作业，用时40分钟，同时人工对横梁与立柱进行永久焊接。

5.2 旧灯桥拆除

拆除旧灯桥施工过程如下：

①第一个封锁点（局批计划）10：15～12：35，共140分钟，拆除旧灯桥横梁及移动脚手架搭设。

封锁点前准备工作：新灯桥正常投入使用;220t汽车吊停靠在指定位置待命，气割设备及灭火器等安全防护用品就位;安装软爬梯及作业平台。

封锁点内作业：

10～11道接触网停止供电，安装接地保护后，220t汽车吊转臂挂钩，捆绑拉绳，施工人员开始对横梁与立柱的连接处进行氧气切割，此过程用时60分钟。

220t汽车吊起吊横梁，吊车司机和拉晃绳人员听从作业负责人的统一指挥，避免横梁碰到接触网，将横梁吊至铁路护栏外，分解切割，用时20分钟。

横梁与立柱分离后，立即进行11～12道间立柱绳锯切割所需的移动脚手架作业平台，脚手架与立柱采取加固措施，保证稳定，并安装接地线与安全警示牌;封锁点内完成3节脚手架的搭设及固定，用时70分钟。

②第二个封锁点（段批计划）14：00～16：00，共120分钟。拆除18道与铁路护栏间钢筋混凝土立柱。

封锁点前准备工作：220t汽车吊停靠在指定位置待命。

封锁点内作业：

吊车转臂挂钩，锁定灯柱顶端。此过程用时5分钟。

待吊绳受力后，开始安装绳锯设备，用时60分钟。绳锯气割钢筋混凝土立柱2个截面，每个截面（0.3×0.5m）需用时7分钟，绳锯链条调整6分钟，共用20分钟。220t汽车吊起吊拆除部分立柱，将混凝土立柱放倒至路基护坡外，随后破碎处理。此过程用时5分钟。封锁点结束前，将施工现场的杂物及时清理干净。

③第三个封锁点（局批计划）10：15～12：35，共140分钟，移动脚手架搭设及绳锯设备安装。

接触网停止供电，安装接地保护后，搭设移动脚手架2层至所需高度，并安装特制的接触网回流线横担支撑，增加与脚手架的距离。在切割断面安装绳锯导向轮部分，安装软爬梯，此过程用时60分钟。

安装绳锯泵站、绳锯架、绳锯链条、油管，接入电源及水源（水桶存水）进行调试，用时60分钟。

④第四个封锁点（局批计划）10：15～12：35，共140分钟，绳锯切割拆除立柱第一段。

封锁点前准备工作：16t轨道吊检查调试，配置平板车1节。

封锁点内作业：

接触网停止供电，安装接地保护后，轨道吊车出臂，施工人员攀登至灯柱顶端，用吊带固定挂钩，锁定灯柱第一段顶端，此过程用时30分钟。

绳锯切割钢筋混凝土立柱，受绳锯链条较长的影响，切割缓慢，用时30分钟。

16t轨道吊吊起拆除部分立柱，将第一段混凝土立柱放置平板车，收车，驶离作业地点至指定地点将混凝土立柱卸车，随后将其破碎外弃处理，用时15分钟。

吊装完毕施工人员拆卸切导向轮及回流线横担，并由上至下拆除三层脚手架至第2段作业平台，安装第2段立柱切割导向轮，调整绳锯链条长度，为后续切割做准备，用时40分钟。

⑤第五个封锁点（局批计划）10：15～12：35，共140分钟，绳锯切割拆除立柱第二、三段。

切割过程与第一段程序相同，随着切割面高度的降低，绳锯链条缩短，切割所用时间也较第一段减少10分钟。第三段切割面小于驱动轮80cm的间距，导致出现“跳绳”现象，需要中断切割过程，调整导向轮角度以顺利完成切割任务。

立柱拆除完成后，清除作业范围内的全部施工机具、脚手架等物料，确保无杂物、无侵限、无电联现象。在封锁点内安全顺利完成全部工作内容。

6  结束语

沙城站灯桥的改建根据吊装高度、重量及施工场地的特殊性，分别采用了汽车吊、轨道吊、平板车、绳锯切割等方式进行了灯桥的吊装、拆除。通过对该工程现场施工采取的施工方案及作业方法进行比选，确保灯桥改建顺利完成，为框架桥下穿沙城站按期顶进就位提供了先决条件，也为今后铁路营业线范围内的吊装、拆除提供了参考。

参考文献：

[1]建筑施工手册.

[2]王辉.营业线站场改造施工综合技术[J].铁道建筑，2012（12）.

[3]田海婷.正镶白旗车站站场改造施工分析[J].低碳世界， 2017（01）.