钢桁梁跨繁忙四线铁路拖拉式顶推施工技术

刘运泽

(中铁十二局集团第一工程有限公司 陕西西安 710038）

1 前言

近年来，随着国家战略京津冀协同发展步伐的加快，以北京为中心的基础设施建设进入快速发展阶段。其中，以京雄城际铁路为标志的重大建设工程自北京西站出发，沿途跨越城市道路、高速公路、铁路等多个障碍物。目前，跨越障碍物多采用大跨径特殊桥梁结构，其施工方法主要有现浇、悬浇、转体、顶推及拖拉等。但对于跨越交通流量大的高速公路、列车运行密集的繁忙干线铁路适用的方法就比较有限，且需针对实际情况研究采用科学合理的施工方法，以保证施工及运营安全、实现快速施工，减少对既有线的影响[1]。

2 工程简介及难点

2.1 工程概况

新建北京至雄安城际铁路JXCJSG-1标黄村特大桥为单线桥梁，其中18#～19#墩采用1-64 m钢桁梁上跨既有京沪铁路四股道(对应既有京沪线里程为 K30+776 处），与既有铁路成122°51′00″交角，既有铁路两侧限界间宽度为46.5 m。同时，新建1-64 m钢桁梁在该处与既有京九铁路并行，距离既有京九线路回流线仅5.2 m(见图1）。钢桁梁采用无竖杆三角桁结构，桁高11.0 m，节间长为12 m、10 m，主桁中心距8.0 m，主体结构重约454 t，设计采用顶推法施工。

图1 线路平面示意

2.2 工程难点

2.2.1 邻营铁路施工安全风险大

(1）19#墩身靠既有铁路侧距离铁路限界(栅栏）仅3.2 m。

(2）既有京九铁路位于新建钢桁梁左侧，电力回流线距离新建钢桁梁仅5.2 m。

(3）在18#～19#墩间位置同时有接触网硬横梁上跨既有京沪铁路四条线，且硬横梁顶面距离新建钢桁梁下缘仅82 cm。

2.2.2 临时支墩设立位置受限

(1）根据常规的顶推法施工，一般在跨中位置设立临时支墩且支墩数量宜多不宜少，以降低顶推施工难度[2]。但既有京沪铁路为进出北京枢纽的繁忙干线，且19#墩身靠既有铁路侧距离铁路限界(栅栏）仅3.2 m，既无法在既有铁路限界内设立支墩，也无法在该侧墩身与铁路限界间设立临时支墩。

(2）能够满足钢桁梁现场拼装的19#墩至大里程侧23#墩处为既有城市道路，施工干扰大，所以顶推时主梁+导梁的拼装长度受限，无法在顶推起始方向设立更多的临时支墩。

2.2.3 跨既有铁路顶推天窗要点时间要求严格

根据铁路部门有关规定:在上跨繁忙干线天窗内施工时间大于(含）120 min时为Ⅰ级施工，因使用次数受限、不确定性极大，难以实现；在上跨繁忙干线天窗内施工时间小于120 min时属于Ⅱ级施工，易于实现。所以，确定本工程顶推施工时间要求为:垂停天窗90 min，V停天窗120 min，施工等级Ⅱ级[3]。

3 总体技术方案

钢桁梁原设计方案为顶推施工，因仅有19#～23#墩侧满足钢桁梁拼装需要，且23#墩大里程方向既有道路施工干扰大，无法占用。针对工程难点，经综合考虑及方案计算比选，采用拖拉式顶推施工方案，即:选择在具备拼装条件的19#～23#墩侧进行钢桁梁拼装，在19#～23#墩间、18#墩靠铁路侧设立拼装及顶推临时支墩，同时在临时支墩顶布置滑道；在19#墩顶设拖拉式顶推反力支点、连续千斤顶，并通过钢绞线与钢桁梁另一端尾部牵引点相连，通过千斤顶牵引钢绞线拉动钢桁梁前进；钢桁梁顶推平衡采用前方安装导梁、后端配重；顶推步骤按照天窗点时间及安全要求进行分次顶推、落梁[4]。

4 拖拉式顶推关键技术

4.1 临时支墩的设置

4.1.1 缩小18#～19#墩间距临时支墩

因在19#墩靠铁路侧和铁路限界范围内无法设立临时支墩，故选择在18#墩靠铁路方向侧设立两排临时支墩，将最大拖拉顶推跨度由64 m缩小为46 m。

4.1.2 拼装、试滑移临时支墩

为满足64 m钢桁梁拼装、32 m前导梁拼装及32 m钢桁梁试拖拉顶推需要，在19#～23#墩间总计128 m长度范围设立临时支墩。

4.1.3 临时支墩设计

每排临时支墩包含左右侧共两个支墩，每个支墩基础为4 m×4 m×1.5 m钢筋混凝土扩大基础，立柱为4φ529 mm钢管并采用型材联结。

4.1.4 主体墩及临时支墩顶横梁

为满足钢桁梁拼装及纵向滑移轨道铺设要求，在18#～23#墩及每个临时墩顶设置横梁，横梁采用H型钢组合[5]，临时支墩结构见图2。

4.1.5 主体墩及临时支墩高度

为满足拖拉顶推过程梁底到硬横跨的安全距离，在考虑线路坡度、钢梁挠度、滑块高度及落梁高度等因素，根据梁底最大标高对支架高度进行统一设计[6]。

图2 临时支墩示意

4.2 滑移系统设计

4.2.1 滑道设计

在墩顶及临时支墩顶、钢桁梁纵梁下方位置设置纵向滑道，滑道采用三拼HM588×300×12×20 H型钢焊接形成，顶面设置宽为660 mm，铺设4 mm不锈钢板。

4.2.2 滑块设计

滑块采用20 mm钢板焊接成盒状，高度为500 mm、宽度为600 mm，下方安装MGE工程合金板，用沉头螺栓连接。滑块布置在每个钢桁梁、导梁拼装节点位置[7]。

4.2.3 拖拉牵引系统

根据拖拉顶推速度需求及拖拉重量的计算，选择采用两台TLJ-600型液压穿心千斤顶进行连续拖拉，千斤顶单台额定拉力为60 t，合计120 t。液压千斤顶顶升运动控制由可编程控制系统(PLC）结合手动触屏指令进行控制调控[8]。

4.3 导梁及配重

4.3.1 导梁及配重设计

(1）前导梁

在钢桁梁前端设置总长32 m(14 m+18 m）导梁，其中:14 m导梁上下弦、腹杆为箱形截面，平联采用H型截面，与钢桁梁采用栓接联结；导梁前端的18 m导梁为带加强弦杆的双层双拼贝雷片，底面高度比滑道梁顶面高500 mm，便于过跨时方便上临时墩顶滑道[9]。

(2）配重

配重放置在钢桁梁最后端[10]，配重块选用长900 mm、宽900 mm、高1 000 mm的混凝土块，单块重量1.8 t；纵向布置9排，横向布置7排，设置1层，共计63块总重量123 t。

4.3.2 最不利工况验算

根据拖拉顶推的实施过程，将整个拖拉顶推过程划分为11个工况，采用有限元建模，选择最不利工况进行验算。

(1）抗倾覆

根据建模验算，前导梁跨过既有铁路接触对面临时支墩工况为最不利工况(见图3），其顺桥向抗倾覆系数为3.8，横桥向抗倾覆系数为59，满足规范要求。

图3 最不利工况抗倾覆有限元模型

(2）刚度

前导梁跨过既有铁路、接触对面临时支墩时，钢桁架最大挠度为19.2 mm，此时，支点计算跨度46 m，允许最大挠度L/400=115 mm；导梁最大挠度31.9 mm，最大悬臂长度32 m，允许最大挠度L/400=80 mm。综上，钢桁梁、导梁刚度满足要求[11]。

5 拖拉式顶推时间控制及工况划分

5.1 拖拉式顶推试验

为确保跨铁路拖拉顶推时顺利进行，提前检查发现过程中存在异常问题及实际检测拖拉顶推速度，在支架前端设计32 m拖拉顶推试验段，提前将钢桁梁前移至铁路限界位置验证理论拖拉速度[12]。

5.2 跨既有铁路工况划分

为确保安全施工及在规定的天窗时间内完成施工任务，按照先稳后快顶推、尽早完成顶推的原则对每次天窗点内作业内容及工况进行了划分，并根据施工工况进行天窗点计划申报。施工工况划分及具体顺序、内容如下:

(1）点前拖拉10 m，使导梁前端距离Ⅳ线2.44 m。

(2）封锁Ⅱ、Ⅳ线35 min，拖拉10 m使导梁前端距离Ⅰ线3.4 m。

(3）封锁Ⅰ～Ⅳ线90 min，拖拉26.5 m使导梁前端到达对面L6临时墩并形成简支结构。

(4）封锁Ⅰ至Ⅳ线90 min，拖拉32 m使钢桁梁E0点至既有线另一侧L6临时支墩上。

(5）封锁Ⅰ至Ⅳ线90 min，拖拉17.6 m使钢桁梁E0点至永久墩18#墩上，见图4。

(6）封锁Ⅰ至Ⅳ线 80 min，18#、19#墩两端顺次进行落梁，落梁总高度524 mm。

(7）点外18#、19#墩两端顺次进行落梁，落梁总高度920 mm。

(8）点外18#墩落梁高度221 mm，19#墩落梁高度165 mm，落梁完成。

图4 既有铁路横断面示意

5.3 其他控制时间措施

在拖拉顶推过程中，除了拖拉占用时间外，滑块的安装割除、纠偏也会占用并影响是否能在天窗点内完成工作任务，施工中采取如下措施:

(1）优化天窗点内滑块割除的数量，减少滑块割除次数及占用时间。

(2）对于必须割除的滑块，在滑块即将滑出滑道前1 m时，提前对滑块与钢桁梁的联结进行解除，确保滑块在滑出滑道后及时脱落。

(3）为减少拖拉顶推过程中钢桁梁轴线偏差增加点内纠偏难度及纠偏占用时间，保证拖拉过程中整体施工安全，采用以动态纠偏为主、静态纠偏为辅的纠偏方案，同时在钢桁梁大小里程侧各安排一台测量机器人动态监控轴线偏差，并及时预警[13]。

6 安全管理措施

(1）为准确及时掌握顶推施工状态，制定监测监控方案，实时监测主要构件应力、挠度。

(2）建立严密的现场指挥系统:现场总指挥全面协调驻站安全员、现场副经理及各应急处置小组，现场副经理负责协调技术组、纠偏组及测量组。

(3）成立以项目经理为组织的应急预案机构，配备技术保障、应力监测、安全防护、物质设备及后勤保障等专业小组。

7 结束语

在跨繁忙四线铁路钢桁梁拖拉实施工程中共使用5个天窗点，天窗点内拖拉行程64 m，拖拉总行程96 m，准点、安全地完成了各项作业内容，验证了技术安全措施的可行性，对其他跨越繁忙干线拖拉或顶推施工具有借鉴参考意义。