山区电气化铁路大吨位汽车吊架梁施工方案研究

温志成　马占亚

摘要：石太线简子沟西人行道口改造工程，为三跨（15+20+16）m人行钢结构天桥。桥梁架设受铁路运输生产、电化挂网、场地条件等各种因素的影响较大，通过现场调查，决定利用既有小区平台、采用400t汽车吊，距离既有挡墙边4.0m设置吊车站位的吊梁方案，并检算挡墙稳定性满足要求，从而解决了山区铁路平改立大吨位机械作业的问题，对类似工程具有一定借鉴和指导意义。

Abstract： The reconstruction project of the Jianzigou West Sidewalk in Shitai Line is a three-span （15+20+16） m pedestrian steel structure flyover. Bridge erection is affected by various factors such as railway transportation production， electrified hanging network， site conditions， etc. Through on-site investigation， it is decided to use the existing residential platform， 400t car crane， set beam lifting plan at 4.0m from the existing retaining wall， and check the stability of the retaining wall to meet the requirements， thus solving the problem of the large-tonnage mechanical operation of the mountain railway， which has certain reference and guiding significance for similar projects.

关键词：城市桥梁;汽车吊架梁;分析检算;施工方案;挡墙稳定

Key words： urban bridge;automobile hanger beam;analysis and calculation;construction plan;stability of retaining wall

中圖分类号：U445.4                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）35-0158-04

0  引言

近年来，随着我国物流运输业的快速发展，尤其是国家打赢“蓝天保卫战”以来运输方式的转变，铁路运输日趋繁忙，而随着城市的不断扩容和扩张，铁路沿线居民不断增加，导致行人随意横穿铁路道口的现象愈加普遍。无论从铁路行车安全的角度，还是从附近居民出行的角度，都存在着极大的安全隐患。从长远发展的角度来看，实施铁路平交道口改立交通行势在必行。

铁路平交道口改立交一般有两种形式，一种是上跨铁路的立交桥，另外一种是下穿铁路的立交桥。对于解决铁路人行平交道口，则应根据场地条件及功能定位，也可采用人行钢结构天桥形式。

在山区城市，对存在高低差的多股电气化铁路平交道口改造所采用的人行钢结构天桥施工时，其施工方案的确定受多种因素的制约：首先是列车运行繁忙程度可能允许的施工作业时间，其次是选择的施工作业机械能力满足要求，第三是施工作业不利工况对周边环境不造成安全隐患。

在作业时间无法调整的情况下，为满足施工，就需通过一定的分析计算对施工机械进行选型。对于钢桥架梁施工，最常见的架梁方案为汽车吊架梁和架桥机架梁两种[1][2]。汽车吊可单独或配合架梁机作业，广泛应用于各类架梁施工作业中[3]，且存在多点作业的优势。为保障施工作业安全而编制的汽车吊架梁专项施工方案，其中的分析计算及安全措施大部分都是针对已经确定吨位的汽车吊，主要是分析计算吊梁过程中汽车吊自身安全稳定，以及实施过程中相关的操作安全措施。

对于特殊环境条件下，需要综合考虑各种影响安全的因素，如在临近既有线施工时的汽车吊架梁，就需要对临近既有线汽车吊架梁的施工方法、施工参数及安全保证措施进行分析确定。尤其在狭小场地内实现吊车架梁，需要通过施工工艺优化来实现。

对于大吨位汽车吊位于挡墙坡顶上的情况，则还需要计算挡墙结构在外荷载作用下的稳定性。可见大量挡墙在降雨条件、加筋挡墙在墙顶复杂荷载作用下筋体作用及新型生态挡墙性能分析的研究结果，而对于挡墙顶作用大吨位的施工吊装荷载情况，未见相关研究。

本论文结合山区电气化铁路平交道口改造为人行钢结构天桥工程实例，对三跨钢梁施工吊装方案进行了研究，对吊装方案的选择，吊车吨位的确定，尤其是吊车站位对既有挡墙的影响进行了分析检算。

1  工程概况

1.1 既有铁路平交道口概况

石太铁路简子沟西人行道口，位于山西阳泉市城区简子沟编组场（相对于石太铁路正线K111+420.7处），为橡胶板铺面道口，宽度仅2.0m，主要功能为通行行人，不通行机动车。该道口南高北低，道口南侧是阳泉市城市春天小区，设有7.0m高浆砌片石挡墙。道口北侧是辰光家园小区，两侧道路蜿蜒穿行在周边小区和居民区之间。道口自南向北依次穿越石太线2股道、矿正线1股道、阳简上行线1股道和平行进路1股道，各股道均为电气化铁路。其中，矿正线与阳简上行线间高差2.5m左右，铁路道口在此处通过台阶过渡，桥址处现状平面图见图1所示。

1.2 新设人行天桥概况

新设人行天桥与既有铁路正交，为三跨（15+20+16）m钢结构，桥梁全长57.07m，全宽3.0m（其中使用宽度为2.0m），梁底距钢轨顶面的最小距离8.2m，满足建筑限界的要求。南侧15m边跨连接主跨和城市春天小区平台，主跨20m跨越石太线和矿正线，北侧边跨16m跨越阳简上行线和平行进路，再以梯道形式过渡至辰光家园小区。城市春天小区侧采用明挖基础实体桥台，其余均采用钢管混凝土柱式墩，挖孔桩基础。

通过对现场进行分析，根据以往施工经验，为确保铁路设施安全运行，人行天桥安全施工，关键是解决中间20m跨越石太线及矿正线主跨梁的吊装施工。

2  主跨梁施工方案选择

主跨梁吊装施工方案的确定，需要综合考虑可利用吊装作业时间、吊车站位、吊车吨位及吊装作业对周边结构物的影响。

2.1 可利用吊装作业时间

石太线属于铁路繁忙干线，通过长时间的铁路停用来实现钢梁吊装基本没有可能，所以只能利用施工或维修“天窗”来进行人行天桥钢梁的架设。查阅以往施工资料并详询铁路施工计划编制部门，石太线在该区段安排的施工或维修“天窗”，一般不会大于180min。

2.2 吊车站位的选择

现场地形南高北低，两侧经适当处理均能够满足吊装作业的场地条件。经踏勘周边道路，也可满足吊车通行的要求。重点和难点集中在主跨梁吊装时吊车站位选择上。

吊车站位如选择在北侧辰光家园小区一侧，为避让最外侧股道（平行进路）的接触网导线和承力索，吊装主跨梁时除考虑吊车吨位因素外，吊车的吊臂必须要足够长才能满足主跨梁的吊装要求。

吊车站位如选择在南侧城市春天侧小区平台上，由于小区平台与接触网的承力索大致在一个水平面，可以不考虑电气化接触网对吊装的影响，因此，只要选择足够吨位的吊车就可以满足主跨梁吊装的要求，但是需要计算吊车作业荷载对挡墙稳定性的影响。

经过比选，决定把吊车站位选择在城市春天小区平台上，同时对既有浆砌片石挡墙进行受力检算。

2.3 吊车吨位的选择

主跨钢梁自重16.5t（含栏杆防抛网等附属结构重量）。对于400t汽车吊，当其作业半径32m、主臂出杆36.4m时，起吊能力为29.4t，是主跨钢梁自重16.5t的1.78倍，可以满足主跨梁吊装要求。吊车站位示意图（见图2）。

2.4 吊车作业对既有挡墙稳定性影响

根据图3示意，吊车支腿距离挡墙较近，因吊车作业荷载较大，需要检算吊车作业时挡墙的稳定性。

2.4.1 吊车支腿反力计算

400t汽车吊自重72t，配重120t，吊臂、吊具和索具等重约10t;配重距吊臂尾端5m，支腿间距A=B=9.5m。取1吨=10kN，吊重载荷分项系数取1.5。4个支腿编号分别为1、2、3、4，见图3所示。

吊装过程中，初始时吊臂在Y平面内，然后吊机旋转到X平面内;将所有力向旋转中心平移，可得到等效的集中力F及偏心弯矩M。

根据支腿与旋转中心的相对位置关系，可计算出最不利工况下的支腿处作用的荷载值。根据支腿与地面接触面积，计算出压应力值，换算成土柱高度加载至挡土墙上，验算挡墙的稳定性。

自重G1=720kN，配重G2=1200kN，吊重G3=165kN，增大系数1.5，其他G4=100kN，等效集中荷载

F=720+1200+1.5×165+100=2267kN

偏心弯矩由除自重之外的其他荷载对旋转中心取矩产生，产生弯矩的力矩为：d2=5m，d3=32m，d4=16m

M=100×16+1.5×165×32-1200×5=3520kNm

支腿2的压力最大，Nmax=N1+N2，N1=F/4

由弯矩产生的最大反力N2=N2x+N2y

设C=min{A，B}，可推导出

当β=45°时，最大，即

支腿压力近似最大值

2.4.2 挡墙稳定性计算公式

挡墙抗滑移及抗倾覆稳定性计算分别采用公式（1）及公式（2），计算图示见图4及图5所示。

相关参数含义及取值参见《公路设计手册-路基》。

2.4.3 既有挡墙稳定性计算

既有挡墙为M10浆砌片石重力式挡墙，挡墙高度7.0m，墙顶宽度B1=0.7m，面坡1：0.35，背坡1：0.2，见图6所示。

汽车支腿最大作用荷载829kN，荷载扩散面积按照垫木尺寸6m×2.5m计算，设土容重为18kN/m3，则换算土柱高度h=829kN/（6m×2.5m）/18kN/m3=3.07m，作用宽度2.5m，作用荷载边缘与挡墙顶边距离2.75m。

采用理正挡土墙计算软件，对吊车荷载作用下挡墙的稳定性进行计算，计算简图见图7所示。

①抗滑移稳定性。

对于一般地层，可取基底摩擦系数f=0.4，根据输入的挡墙结构尺寸、填土及地基土参数及墙顶作用的等效土柱荷载，软件会自动计算出公式（1）中的相关参数，对抗滑移稳定系数进行计算，计算结果如下。

Wn=204.63kN，En=14.57kN

Wt=20.46kN，Et=88.01kN

挡墙前填土，Epn=1.914kN，Ept=19.142kN

Kc=1.57>1.3，滑移验算满足。

②抗倾覆稳定性。

根据输入的参数，软件可自动计算出墙身自重W=205.652kN，Ex=89.018kN，Ey=5.741kN，墙前被动土Ep=19.237kN。相对于墙趾点，墙身重力W的力臂 Zw= 1.854m，Ey的力臂 Zx=2.276 m，Ex的力臂 Zy=1.629m，墙前被动土力臂Zp=0.5，则

K0=2.785>1.6，倾覆验算满足。

挡墙稳定性检算结果表明，主跨梁大吨位汽车吊架梁施工方案可行。

3  讨论

3.1 关于吊車选型

决定吊车吨位的主要因素是起吊物的重量、既有道路通行条件和施工现场的作业环境。当梁体重量固定的情况下，吊车不同的站位，要求的悬臂长度也会产生相应的变化，进而影响吊车吨位的选择。

3.2 吊车站位对挡墙影响

本计算中，吊车等效土柱荷载距离挡墙顶距离为x=2.75m，在其他参数不变的情况下，仅变化x的距离，分别计算x=1.5～2.5m条件，最后得出满足要求的临界距离为1.95m，相关计算结果见表1所示。

表1表明，对于本工程中的挡墙结构形式，在吊车作业荷载作用下，挡墙抗倾覆稳定性安全系数较大。当吊车距离挡墙较近时，抗滑移稳定会不满足规范要求。

4  结论

石太铁路简子沟西人行道口改造工程，对三跨钢桥主跨梁吊装施工方案进行了分析研究，通过现场调查，参考以往施工经验，在施工或维修天窗时间有限下，吊车站位、吨位选择及对周边环境的影响是确定施工方案的主要影响因素，并得出如下结论。

①吊车站位选择时，需要同时考虑周边复杂环境，包括施工场地因素、周边障碍物（如电化接触网、承力索）等，通过计算分析，确定了汽车吊位于挡墙平台上的站位方案。②根据吊梁荷载16.5t，选择了400t的大吨位吊车，作业半径32m时，起吊能力29.4t，满足吊梁施工作业要求。③吊车站位距离挡墙顶边缘的最近距离对挡墙稳定性影响较大。本工程中挡墙顶距离最近的吊车支腿距离4m，扩散荷载边缘距离挡墙边为2.75m，满足滑动稳定性要求。

参考文献：

[1]王鹏.电气化铁路增建二线共墩桥梁架设技术研究[J].铁道建筑技术，2018（03）：38-42.

[2]刘力，于新山，杜国涛.新周大桥架梁方案的比选分析[J].公路交通科技（应用技术版），2014，10（07）：288-292.

[3]刘自健，陈立萍.汽车吊在兰武二线架梁中的应用[J].甘肃科技纵横，2006（02）：141-114.