宁波铁路枢纽跨基坑钢格构柱支撑梁板体系铁路便桥施工技术

宁波铁路枢纽跨基坑钢格构柱支撑梁板体系铁路便桥施工技术
作者：敖亮
来源：《城市建设理论研究》2014年第08期
摘要：在铁路、公路交通枢纽的改建、改造中及新建工程的临时性跨基坑交通需求条件下,临时便桥的建设是一种快捷、经济、安全可靠的交通保障措施。

本文就宁波铁路枢纽工程临时铁路便桥施工过程中，通过对相关技术难点进行处理，有效地解决了问题，保证了临时铁路便桥的安全生产及运营，节省了投资，并对今后的站改工程具有一定的借鉴意义,在工程实践中可推广应用。

关键词：临时铁路便桥；跨基坑；钢格构柱；支撑；梁板体系；施工技术
中图分类号：F53 文献标识码： A
前言：
宁波站改建工程站房工程初步设计时为南北分区实施，临近营业线侧采取封堵墙防护措施，设计总工期31个月。

为确保大规模软土深基坑临近营业线施工安全，尽可能减小施工对运营的安全影响，设计采用便桥架空线路，最终实现南北区基坑一次开挖的总体目标。

本文主要从铁路便桥结构及其功能作用、便桥施工、监测、开挖与剪刀撑安装、优缺点等几方面入手，对其施工过程中一些技术难点进行阐述及其应用性分析。

新型铁路便桥结构形式及其功能作用
1.1便桥结构形式
宁波铁路枢纽临时铁路便桥设计纵向长度为133m，横向宽度为12.9m，格构柱最大高度约23m，铁路临时便桥采用钢格构柱+支撑+现浇钢筋混凝土梁板体系，其主要结构设计情况
如下：
⑴桩基采用Ф1000mm钻孔灌注桩，部分利用Ф1500mm高架通道桥梁工程桩，桩端持力层均为圆砾层，最小有效桩长约为60m。

⑵钢格构柱采用Q345钢材，由4根L200×200×20角钢，四周通过钢缀板相焊接连接组成（钢缀板采用400×200×12mm，间距为600mm），截面尺寸为550×500mm，插入基桩的深度为6m。

⑶桥面混凝土梁截面尺寸采用1000×1000，桥面板厚度为350mm，混凝土强度等级为
C40。

⑷通过格构柱间设置纵向及横向的钢剪刀撑及现浇混凝土联系梁，现浇混凝土联系梁的截面尺寸采用1000×600mm（C40），格构柱联梁1000×800、1000×600（C40早强），钢剪刀撑采用[28槽钢（Q345B）。

跨基坑铁路便桥结构简图
1.2新型便桥功能作用及其适应性
新型钢格构柱支撑梁板体系铁路便桥不仅能实现施工场地有限的大型基坑的一次性开挖，同时能很好得解决铁路线路跨越大型基坑保证铁路交通运输问题。

普遍适用于铁路枢纽站与城市地铁站一体化共建的站改工程。

2、便桥施工
2.1地下连续墙成墙、带格构柱钻孔灌注桩成桩
地下连续墙及带格构柱灌注桩将构成便桥主要竖向受力支撑，地下连续墙先行施工，钢筋笼就近利用既有场地工厂化加工；划区作业，待坑内加固基本完成，穿插开始工程桩施工。

由于成桩开始以后，附近土体将变得极不稳定，将会给地墙城墙带来很大质量隐患，因此交叉作业时要避免未施作地墙10米范围内施作钻孔桩，对于临近既有线施工要及时回填孔洞。

2.2桥身施工
首先施工便桥端承台，在进行桥梁板钢筋绑扎之前首先要对便桥两侧铁轨轨面高程进行测量，确保按图施工后两端线路能与桥顺利衔接。

同时在梁板钢筋绑扎过程中，由于受格构柱的自身构造及施工偏差影响，很大一部分主筋将很难直接穿过格构柱处梁交点，应严令禁止对格构柱进行切割，局部地区可采取并筋或加腋处理，或与设计沟通增设一承台以加强梁与格构柱的咬合。

2.3开通线路
临时铁路便桥圈梁及面板达到设计强度后，为确保桥两端与线路连接效果，要用掺渣量为15%-25%的片石混凝土进行台背回填处理，回填范围为施工端承台放宽开挖部位，避免列车运行过程中发生较大沉降引发安全事故。

之后进行桥面轨道及接触网等工程施工，开通前按要求进行动载检测，根据监测数据分析结果，要点封锁拨接正线回位，经便桥通过，每股道开通后按照由低到高阶梯式提速监测。

便桥开通运营中要定期不定期地进行桥身裂缝检查。

3、桥身监测（动静结合）
3.1静态监测
在桥两端及两侧共设置四个观测墩和四个标高后视观察点，并在桥两侧桥面附近等距离每5米固定一个由两段50cm长70*70的等边角钢焊接而成的L型角钢，并在上面各安置一个小棱镜。

以每侧另一观测墩定向后并测出测站点附近标高后视点读数，按6测回分别测出小棱镜坐标高程，对数据进行处理算出桥面水平及竖向位移并比较，分析桥面位移变化。

为提高观测精度，每个观测墩只观测1/2桥身方向棱镜至桥横向中心线。

结果表明在基坑开挖过程中桥身往上运动，并且相对基坑其它位置变形值更大；主要是因为在基坑开挖后，围护结构外侧土压绕过围护结构给基坑内的土形成向上的压力，通过桩及格构柱从而使便桥上升；另外大部分桩基都是抗拔桩，在列车不断运行振动作用下，桩身与土体摩擦力减小，导致便桥上升值要比基坑内其它地方要大。

3.2动态监测
宁波火车站临时铁路便桥动力响应监测系统主要由传感器系统、数据采集与处理系统、预警系统组成。

在具体实施过程中，根据便桥的特点以及监测项目的具体情况，采用定点监测与动点监测相结合、实时连续监测与实时触发监测相结合的方法进行。

提高系统的自动化程度，建立比较完善的便桥安全运营监测系统。

在桥投入使用过程中实施24小时监测。

根据桥的受力特点和监测要求，确定的监测主要内容如下：
Ⅰ桥梁固有频率的监测
Ⅱ板梁跨中竖、横向振动位移
Ⅲ板梁跨中竖、横向振动加速度
Ⅳ柱顶横向振动位移
Ⅴ柱顶振动加速度
Ⅵ板梁、角钢格构柱动应力
监测报警值
根据设计方提出的便桥应力监测预警值，便桥梁板结构为320N/mm2,钢格构为276 N/mm2,实际动测应力增量与静态应力累计值之和与预警值比对，根据监测结果指导施工。

监测频率
对所有通行列车进行动态监测，并对特征时段（列车通行前后、列车停止通行前后、货车通行前后、每层土首次开挖、列车提速前后）进行重点监测。

根据监测结果提供建议参考值。

监测数据曲线如下：
列车经过时便桥应力变化曲线
（二）列车经过时便桥横向加速度变化曲线
（三）列车经过时便桥竖向加速度变化曲线
根据数据曲线表得：表（一）说明列车在经过便桥时应力为受拉，在该时间段内振幅在一定范围内基本保持一致；表（二）、（三）对比可知列车经过便桥时横向振动频率较大，竖向振动振幅较大，并且在列车经过便桥中间时达到最大，主要原因是便桥横向刚度相对较大。

4、开挖及剪刀撑安装
4.1跳孔放坡开挖
便桥开挖采用跳孔放坡对称开挖。

开挖前将计划要开挖的便桥外侧护壁土清除，采用坡比1:1。

垂直于桥身按格构柱排分跨, 每一跨开挖时格构柱外侧要适当挖宽1米左右以便剪刀撑安装。

桥两侧同时进行，由外向内开挖桥下1/2仓，南北方向对称同时开挖。

在作业点内采用开山破碎机将便桥下垫层破除，并配合人工风镐凿除便桥下底板垫层混凝土，然后清理剩余土方。

开挖过程中严禁机械碰撞格构柱，以免破坏便桥支撑体系。

4.2剪刀撑安装（TPO绞点焊接）
剪刀撑采用[28a，开挖至单元格构底部节点位置后，现场量测人字形剪刀撑安装尺寸，尺寸不含两端耳板长度。

格构柱角钢露出后，先将节点钢板A板焊接在两格构柱内侧对立面，再焊接铰点连接耳板B板，挂线确定铰点耳板焊接的位置和连接方向，耳板采用σ=12mm钢板，A板
450*400*12mm，B板采用12mm厚两边400三边300的双向五边耳板，铰点钢板椭圆形螺栓孔在安装方向确定后现场制作；槽钢一端提前留好螺栓孔，螺栓采用M14*70六角螺栓。

另一端孔位置根据现场所量尺寸打孔；天窗点内先将槽钢采用螺栓连接固定，点外再进行满焊，耳板剪刀撑节点详见下图。

腹板A板与耳板B板连接呈T型，耳板B板与槽钢连接呈P型，耳板中间连接螺栓孔呈O型，连接最主要采用焊接，因此简称TPO绞点焊接。

耳板大样图
剪刀撑节点图
这种构造不仅可以有效地解决因格构柱偏位或扭转造成剪刀撑焊接接触面不够的问题，同时很好的满足焊缝长度要求并大大缩短槽钢固定时间，同时斜向焊缝改为竖向焊缝最大限度的减少焊接对格构柱的损伤，确保了桥身的稳定。

利用便桥梁底作为固定点，采用倒链将加工好的槽钢吊起，人工移动其至待焊格构柱附近，安装时槽钢大面与耳板密贴，精确对准耳板，螺栓固定槽钢，恢复通车后，点外将槽钢与耳板结合缝J503满焊连接。

5、新型便桥优缺点
跨基坑钢格构柱支撑梁板体系铁路便桥很好地解决了新建工程必须在运行的铁路线路范围内交叉进行的工程需求，即保证了深基坑开挖的顺利、安全进行，缩短了施工周期，又保证施工不影响运营铁路的安全。

相比之下，其它形式的铁路便桥很难同时保证以上两点。

由于受自身结构限制，此种新型便桥在开通运营后，随着基坑的开挖，下部剪刀撑安装作业、开挖作业、格构柱内混凝土凿除、圈梁施工对便桥的安全运营都带来很大的挑战，尤其是在列车运营较频繁的白天，作业时间受到严重限制；然而每道支撑及底板施工对工期要求又特别紧，以及便桥密集的格构柱给施工带来较大不便。

在两方面的因素的共同作用下给这种便桥施工带来相当大的困难。

结束语
对于施工作业区域有限的站改工程，跨基坑临时铁路便桥很好地解决了工期和交通运输相互冲突的问题，同时为今后跨基坑运输起到了一定的借鉴作用。

参考文献
（1）交通保障临时便桥研究与施工设计应用；李学军李云峰；水利水电技术；2004.3
（2）临时铁路便桥的动力特性分析；王志艳王猛；《中国铁路》2010年11期
（3）盖挖法和盖挖法施工；萧岩汪波王光明；《市政技术》2004年06期。