大跨钢箱梁上跨既有线辅助措施关键技术研究

谭 生 永

(中国铁路济南局集团有限公司，山东 济南 250001)

0 引言

近年来随着我国交通设施的大力发展，公铁交叉的项目屡屡出现，铁路交通在我国的发展战略上具有重大意义。转体T构凭借着施工工期短、结构受力明确、对桥下铁路运营影响小等优势成为了跨铁项目的首选方案。对于大跨径T构，转体时会面临转体端下挠大，合龙困难等问题。下挠会影响铁路净空，而顶升合龙会存在一定的施工风险，都会危害铁路的运营安全。本文以青岛市新机场连接线工程为例，研究了设置临时索塔对规避上述安全风险的作用，为类似项目提供依据。

1 工程概况

新机场高速连接线西接女姑口大桥，东至青银高速，自双埠收费站西侧，以高架形式接拟拓宽的女姑口大桥，向东地面穿越双埠立交后，继续向东高架跨越既有铁路线及沿线道路后接入青银高速。从西向东依次跨越胶济货线、胶济客专双线、青荣城际双线、机场专用线六条既有铁路，既有铁路均位于路基段，填土高约6 m。胶济客专和胶济货运均属于国铁Ⅰ级，青荣城际为高速铁路，车行量较多；机场专用线属于国铁Ⅳ级，车行量则较少。由于机场专线与青荣城际间间距较大，可将转体墩布置在两道轨道之间；一孔跨越胶济客专、胶济货运和青荣城际。综合考虑结构跨度、梁宽及经济性，最终上跨桥采用分幅设计、错孔布置、同步转体的钢箱梁T构。由于距离机场较近，为通航安全考虑，该处结构高度应控制在32.89 m以内。

主桥结构为(120+120)m转体钢箱梁T构，转体长度(115+115)m，转体就位后，与5 m后焊段焊接，梁体材料为耐候钢。桥面结构为单箱三室钢箱梁，边腹板为斜腹板，斜率为2.63∶1。梁宽24.58 m，支点处梁高7 m，边支点处梁高4.5 m，梁高变化段长度40 m，按二次抛物线变化。实腹式横隔板间距12.5 m，两道横隔板之间等间距布置3道横肋。

桥位平面图，立面图如图1，图2所示。

2 临时索塔的设计

由于结构转体跨径较大，钢箱梁截面刚度小，转体时梁体下挠较大，为合龙增加了难度。因此在主墩顶增加临时索塔，索塔和梁体、梁体和主墩之间均采用固结，施工时利用拉索将梁拉起后带塔转体，合龙后拆除临时索塔。转体就位后不再需要顶升操作，消除了施工风险。

由于拉索将上部荷载传递至索塔继而传递给主墩，因此索塔的设计将大大减少转体时的墩顶负弯矩，改善结构受力，减小了主梁高度，提高了铁路净空。

由于临时索塔距离铁路较近，而且高度较高，对铁路运营存在一定的安全隐患，因此临时索塔在设计时除了保证结构安全以外也要充分考虑其安装的方便及快捷性。

2.1 临时索塔的构造

在主墩墩顶位置布置临时索塔，索塔由两排塔柱构成，每排4根，塔柱为直径1 m壁厚16 mm的钢管，钢管作用在腹板和横隔板交点处，为方便临时索塔的安装，塔柱由两根钢管通过法兰盘连接而成。塔柱之间采用型钢联结，塔高19.8 m。塔顶处置一道横梁，在横梁上对应塔柱位置设置索鞍。拉索采用19束7φ5钢绞线，一端锚固于梁体，另一端锚固于索鞍，共计40根拉索。临时索塔及拉索布置如图3～图5所示。

2.2 设置临时索塔对下挠和内力的影响

为研究临时索塔对主梁内力及挠度的影响，本文分别采用设置临时墩和不设置临时墩两种情况进行对比分析。

2.3 对比分析结果

1)不设置临时索塔的计算结果(见图6～图8)。

由上图可知：如果不设置临时索塔，在转体时梁端最大下挠值为2.26 m。转体时梁体均为上侧受拉，下侧受压，墩顶主梁截面内力最大为-1 107 482.6 kN·m。转体时梁体最大应力为337.1 MPa。

2)设置临时索塔的计算结果(见图9～图11)。

由上图可知：当设置临时索塔时，在转体时梁端最大下挠值为0.02 m。转体时梁体内力类似成桥状态，墩顶范围为负弯矩区，跨中部分为正弯矩区，墩顶主梁截面内力最大为207 558 kN·m，跨中最大正弯矩为51 976.1 kN·m。转体时梁体最大应力为51.1 MPa。

3)结果分析。

计算结果汇总如表1所示。

表1 计算结果汇总表

由表1可知：设置临时索塔减少转体时的梁体下挠、主梁内力和主梁应力均具有明显作用。设置临时索塔时最大下挠值约为0.023 cm，下挠较小可通过设置预拱度可以达到设计要求。不设置临时索塔时有2.26 m下挠值，为了与后焊段合龙，要进行顶升梁体。梁体的顶升不仅存在安全风险，还需铁路部门配合提供窗口期，影响铁路的运营安全。

设置临时墩可大幅度减少墩顶内力和应力，内力和应力均不足不设置临时墩时的0.2倍。通过内力图可以看出设置临时索塔时梁体的内力更接近一次成桥状态，即该状态更合理。不设置临时索塔时仅转体阶段最大应力就已超出规范要求应力值，需增加梁高，按以往经验来看梁高需增加至8.5 m。设置临时索塔不仅使梁体更纤细更美观，结构更经济。同时也使铁路净空大于5 m，为后期接触网杆的更新提供了操作空间。

3 临时索塔的施工

索塔顶部距地面高度在左幅43.8 m、右幅46.8 m，其中左幅西侧距青荣上行线的接触网回流线的水平距离为18.29 m，塔底高岀接触网10.25 m，因此索塔在安装时如倾覆均会侵入铁路限界。受龙门吊高度限制，索塔无法通过龙门吊一次吊装就位。同时钢箱梁两侧无吊机站位，索塔安装时吊车只能立在钢箱梁桥面进行吊装焊接。同时临时索塔安装还受航空限高影响，因此合理的施工组织是保证铁路安全的有效保障。临时索塔与铁路关系图见图12。

3.1 临时索塔及拉索安装流程

1)索塔构件加工。

2)通过龙门吊将吊车和索塔构件吊至桥面。

3)在桥面上分层拼装临时索塔。

4)通过吊车将索塔下层格构柱吊装定位，临时索塔拼装要确保竖直，竖直度控制在1/1 000以内。

5)吊装并安装索塔上层格构柱构件。

6)搭设索塔拉索张拉平台。

7)分别在塔端和梁端挂索。

8)张拉拉索及调索。

9)转体完成、钢箱梁合龙后拆除拉索和临时索塔。

3.2 临时索塔及拉索安装注意事项

钢箱梁的临时索塔施工为高空作业，位于铁路营业线间，潜在安全隐患比较多，极易发生安全事故，针对高空施工过程中的安全隐患的特点，应要求施工单位做到以下要求：

1)为保证铁路运营安全，左幅临时索塔安装时注意吊车站位靠近机场专用线侧，吊车按垂直铁路方向摆放，远离青荣城际，逐节吊装在地面预拼装好的格构标准节。右幅临时索塔安装时注意吊车远离胶济货线。

2)由于桥面索塔较高，为最大降低安全隐患，尽量用安全性和工作效率更高的升降小车协助完成索塔的吊装工作，并做好吊装作业的防护工作。

3)上下层格构柱之间的焊接，施工人员作业携带的焊接设备，都存在高空坠物风险，另外立柱上方工字钢焊接也存在高空坠物风险，施工单位务必采取有效措施防止高空坠物。

4)索塔安装需进行高空焊接作业，出于涉铁施工安全性角度，必须进行焊渣防护工作，严禁出现焊渣侵入铁路界限的情况发生。

5)索塔拉索的张拉和卸载均应按对称的原则进行施工，每对斜拉索张拉时的不平衡荷载控制在20 t以内，一组索鞍(共5个)张拉后的纵向不对称荷载控制在30 t以内。避免不对称张拉或卸载引起索塔倾覆。

6)拉索卸载时应做好防护措施，防止拉索坠出桥面危害铁路安全。

7)由于靠铁路较近，施工单位应做好近营业线施工安全措施，并有应急预案措施。

8)施工单位应提供临时索塔专项施工组织方案，获得铁路相关部门同意后方可实施。

4 结语

上跨既有铁路项目是日益增加的交通需求下的必然产物，如何减小对铁路运营安全的影响是重要的研究方向，对于受限条件较多的复杂项目，更应该自设计至施工提供科学、有效的措施予以解决。

临时索塔对解决合龙困难及对梁高的优化具有明显作用，能有效减小梁端下挠、减小梁高。对建筑高度受限、梁端下挠较大的大跨径转体T构，设置临时索塔是一种较好做法。该类项目距铁路较近，临时索塔应在保障安全的基础上做到安装方便快捷、施工对铁路影响小。青岛市新机场高速连接线(双埠—夏庄段)工程主线上跨既有铁路线钢箱梁转体桥的顺利合龙也为该类项目提供了依据和参考。