汉宜铁路蔡家湾汉江特大桥跨既有汉丹铁路施工防护关键技术

汉宜铁路蔡家湾汉江特大桥跨既有汉丹铁路施工防护关键技术李陆平;王吉连
【摘要】跨铁路既有线施工在我国当前铁路建设中占有较大的比例.结合新建汉宜铁路蔡家湾汉江特大桥跨汉丹铁路连续梁工程实例,简要介绍铁路既有线侧连续梁基础、下部结构及上部结构施工过程.重点阐述线路加固、门式防护钢架等关键技术,对类似跨铁路既有线施工具有一定的借鉴和参考意义.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2010(000)006
【总页数】4页(P66-69)
【关键词】既有线;线路加固;连续梁;施工
【作者】李陆平;王吉连
【作者单位】中铁大桥局集团汉宜铁路项目经理部,武汉,430043;中铁大桥局集团汉宜铁路项目经理部,武汉,430043
【正文语种】中文
【中图分类】U449.52
1 工程概况
新建(武)汉宜(昌)铁路HYZQ-1标蔡家湾汉江特大桥采用(40+64+40)m连续梁跨越既有汉丹铁路,该铁路为双线电气化铁路,线间距5.0 m,共2股车道,正线与既有线交角为27°。

连续梁跨铁路桥墩为87号、88号墩。

原方案每个墩设计为12根φ1.5 m钻孔桩,桩长59.0 m,承台尺寸为14.6 m×10.6 m×3.5 m,承台底高程为18.8 m。

但经现场实际测量放线,发现承台一角已侵入既有线道砟,施工难度非常大。

后经设计优化,将每个桥墩桩基变更为6根φ2.0 m钻孔桩,桩长为76.5 m,承台尺寸缩小为13.8 m×8.5 m×4.0 m,并将87号、88号墩承台底高程分别提高3.3、3.0 m,墩身高度分别变为12.85、13.85 m。

设计优化后,承台尺寸变小,承台开挖高度变小,施工难度有所降低,但仍紧临既有线,施工难度尤其是安全风险较大,具体情况为：(1)87号、88号墩承台已侵入汉丹铁路护栏,紧靠路肩及道床坡脚处,其中87号墩承台边缘与铁路道床坡脚距离仅137 cm,88号墩承台边缘与铁路道床坡脚距离仅90 cm。

(2)87号、88号墩靠汉丹铁路侧地面及路肩高程为26.31 m,而承台底设计高程分别为22.129、21.821 m,基坑垂直开挖深度分别达4.181、4.489 m。

(3)需防护地段线路为曲线,P60-Ⅲ型混凝土枕,且为无缝线路。

上行曲线半径R=4 980 m,实际超高36 mm,上行坡度0.5‰；下行曲线半径R=4 994 m,实际超高31 mm,下行坡度0.6‰。

2 总体施工方案及施工步骤
针对本工程的实际情况,为确保营业线的绝对安全,传统的线路防护如挖孔桩、钢管桩、钢板桩等无法保证桩基尤其是承台开挖后,线路几何尺寸不发生变化。

经方案比选,最后采取铁路工务段I型钢便梁和H20钢枕对线路进行加固。

桩基施工前申请慢行手续,办理“天窗”封锁要点,用I型施工便梁和H20钢枕对线路进行加固。

承台开挖前,还必须对路基边坡插打钢板桩支护,以防路基坍塌。

待桩基、下部结构施工完成后拆除架空线路钢梁,恢复正常通车。

上部结构采取挂篮悬臂施工,考虑到汉丹线为电气化铁路,没有采取“封闭式”挂篮方案,而是搭设门式钢棚架将施工界面与既有线隔离,并能防止小件重物坠落,从而确保连续梁跨既有线施工安全。

具体施工步骤如下。

2.1 施工准备
(1)做好现场施工调查,与铁路部门充分沟通,编制切实可行的施工方案(含应急预案),逐级报监理、业主及铁路设备管理和路局审批。

(2)分别与铁路所属设备管理单位(工务段、电务段、通信段、车务段)签订施工安全协议、施工配合协议,明确双方责任。

(3)提前参加铁路部门组织的营业线培训,要求所有参加营业线施工的管理、操作人员取得“铁路营业线施工管理培训合格证”后才能上岗。

施工前,对所有人员进行全员记名式安全、技术交底。

(4)在设备管理单位的配合下,探明地下既有水管、电线、电缆,联系有关部门,采取妥善措施迁移、保护。

(5)线路加固。

利用“天窗”点进行线路加固,并按要求办理列车慢行手续。

为安全起见,申请列车慢行速度为45 km/h。

做好现场安全防护、专人值守和储备必备的应急物资和设备(如路基坍塌、紧急停车等)。

2.2 钻孔桩施工
跨铁路既有线桥梁对铁路线路加固方案的设计往往没有在既有铁路线上进行顶进桥涵施工那么成熟和重视[1]。

但由于本工程钻孔桩很接近铁路,在列车冲击作用以及钻孔桩施工机械本身的作用力下,很容易造成塌孔,从而造成铁路路基的突然坍塌,严重危及列车安全。

因此,在钻孔桩施工前,必须对该地段的铁路进行线路加固,并采取安全防护措施,确保万无一失。

线路加固后,采用冲击钻机、旋转钻机进行钻孔桩施工,对于靠近既有线的桩基采用旋挖钻机以便缩短成桩周期。

在施工过程中,应特别注意以下事项。

(1)根据每根钻孔桩的地质情况,将护筒埋设到土质相对稳定的土层中,并至少要埋至路基坡脚以下1.0 m 处。

(2)为了减少钻孔桩在冲孔过程中塌孔的机会,泥浆的相对密度要保持在1.2以上,黏度保持在26～30 Pa·s。

(3)加强对铁路线路的检查和监控,并根据钻孔桩的桩径和桩长储备足够的片石和黏土,一旦发生大量塌孔立即回填,并采取一些应急措施。

(4)防止泥浆漫流和雨水冲刷路基边坡,防止路基塌方危及行车安全。

2.3 承台及墩身施工
本工程承台基坑实际开挖深度超过4 m,为确保承台基坑开挖安全,除线路加固措施外,为防止路基坍塌,还采取以下路基防护措施：在87号、88号承台基坑靠近既有线一侧,插打拉森Ⅳ型钢板桩作为防护桩,防护桩嵌固深度不小于5 m,桩顶露出地面0.3 m；承台基坑开挖采用机械开挖为主、人工配合的方式施工。

路基支护见图1。

图1 插打钢板桩进行路基支护
墩身施工与常规施工一样,但需要注意模板的吊装、混凝土灌注时,要特别防止吊机、混凝土泵车等机具设备“侵界”,造成行车安全事故。

2.4 上部结构
为防止杂物、重物坠落影响既有线安全,在上部结构施工前,需要搭设门式防护钢棚架。

0号块采取墩旁支架法施工,支架搭设好后进行验收,并按1.2倍最大荷载预压。

其他节段块采取菱形挂篮悬臂浇筑,挂篮拼装后按1.2倍最大荷载预压。

为确保成
桥线形,根据施工监控指令,预抬底模高程,并及时对节段高程进行复核、确认。

连续梁节段悬臂浇筑时,由于既是高空作业,又是临近既有线施工,要特别加强临边防护,注意挂篮走行、灌注混凝土前的锚固,防止挂篮出现倾覆事故。

在具体施工过程中,还应采取以下防坠落、防倾覆措施。

(1)防坠落措施：在挂篮两侧及底部两侧安装安全网全封闭,以防杂物等坠落,影响线路运营。

(2)防倾覆技术措施:挂篮使用的吊带接缝处应进行探伤检测,后短吊杆、锚固点等精轧螺纹钢筋应用绝缘胶带防止电焊碰伤,并定期进行更换。

挂篮走行前,要加强对滑
道锚固、吊挂系统、底侧模等进行检查,确认安全后才能走行。

3 既有线施工关键技术
3.1 线路加固技术
(1)加固方案
目前铁路既有线路加固一般有工字钢纵横抬梁扣轨法、D型便梁法和I型便梁法等几种形式。

相对而言,I型便梁最大的好处是不需要调整既有混凝土枕间距,对既有线路的几何尺寸不产生影响,减少了工作量,而且I型便梁单孔跨度小,跨中挠度小,加固线路稳定,提高了安全系数,降低了安全风险[2]。

本工程采取I100型钢便梁作为线路架空纵梁,采用H20钢枕作为横梁。

钢枕与纵梁用高强度螺栓连接。

临时支墩必须具有一定强度和稳定性。

一般有枕木垛、现浇混凝土基础、挖孔桩等形式。

本工程采取现浇混凝土基础和枕木垛组合方式,先开挖2.0 m×2.0 m扩大基础,然后码放枕木垛,两临时支墩中心距14 m。

当线路位于曲线时,要将临时支墩设置横向坡度,满足超高值[3]。

根据工务部门的要求,在两侧各插入1对25 m短轨作为缓冲区,轨缝按15 mm控制,把无缝线路变为有缝线路。

施工过程中要密切注意轨缝宽度和轨温变化,当轨缝密贴或轨温超过规定温度时,要对钢轨进行洒水降温处理,防止胀轨跑道事故。

87号墩处既有线路加固方案见图2。

图2 87号墩处线路加固示意(单位：cm)
(2)便梁的安装
利用“天窗”点提前穿入H20钢枕(临时支墩处并列穿入2根)。

钢枕在既有混凝土枕的间隙内设,穿钢枕时按“隔六穿一”的原则,开挖1孔穿1根。

便梁的运输通常采用铁路运输。

先将I100型便梁放在2辆60 t平板车上,采用跨装方式运送到靠近施工地点的车站,架设时采用机车或轨道车牵引平板车方式(要封闭点)运至现场卸梁。

I型便梁卸梁后,先迅速与临时支墩处的横梁连接,然后及时用高强螺栓与钢枕连接,
钢枕与钢轨接触面垫好绝缘垫板。

因曲线原因导致无法安装尼龙扣件的,为便于控制轨向,钢轨底边外侧与纵梁间设横向支撑,横向支撑间距不大于1.5 m。

架空临时支墩每天必须用水准仪观测2次,发现支点下沉,及时加固处理。

线路加固完毕,经安监、工务等铁路部门检查签认确认后,方可重新开通线路。

线路加固每个步骤的施工照片见图3～图5。

图3 钢枕横梁提前穿入
图4 轨道车卸Ⅰ型便梁
图5 Ⅰ型便梁安装就位
(3)便梁拆除
待承台施工完毕后,尽快恢复线路：回填道砟、捣固、撤梁,封锁线路进行应力放散,焊轨,恢复跨区间无缝线路,进行线路验交,申请恢复常速。

(4)注意事项
①便梁安设期间,对既有线施工作业人员要进行系统的行车知识和规章制度教育,制定和落实各岗位人员的安全生产责任制,做到分工明确,各行其职、各负其责。

架子队队长、技术负责人以及五大员(技术、安全、质检、试验、材料)、工班长、领工员和施工防护员等关键岗位的人员,必须经考核合格后,方准上岗任职。

②施工期间设专人加强对I型便梁及施工区段内既有线路的巡视检查,及时排除施工问题。

安排专职检查员,每过一躺车都要进行检测,对有松动的配件及时加固。

③凡在既有线旁施工,作业人员和施工机械有可能侵入限界的处所,均应设置醒目的隔离如警示标志(桩、绳、网),不经施工负责人允许,任何人员、设备不得进入行车限界以内。

3.2 门式防护钢架
(1)防护钢架设计
防护钢架高度为10.676 m,跨度为13 m。

钢架立柱采用φ630 mm×10 mm钢管,
钢管柱通过预埋件与挖孔桩基础连接。

柱顶架设大纵梁、横梁,小纵梁、横梁均采用型钢HW588×300,横梁上再布置的I16小纵梁,小纵梁顶部满铺4 mm钢板,上面再满铺2 cm厚木板,刚架顶面铺设薄铁皮(图6)。

图6 防护钢架结构断面(单位：mm)
(2)防护钢架施工
①基础施工
安全防护钢架基础采用φ2.0 m挖孔桩基础,桩长3.5 m。

挖孔桩顶面设有预埋件,以便于和钢架立柱焊接。

②钢架安装
在安装前,应仔细考虑现场起吊设备性能、吊装能力和吊距能否满足要求,在点前作好钢架吊点并进行试吊,点前应检查各种材料、机具到位情况,现场人员安排情况是否到位。

钢架安装采用要点分步安装的方式施工,从两侧向站场中间逐步安装,直至最后合龙。

竣工后的防护钢架见图7。

图7 竣工后防护钢棚架
③钢棚架拆除
梁体合龙后,先将挂篮拆除,然后拆除防护刚棚架。

防护棚架立柱采用气割方式人工分散拆除,并在驻站联络员和防护员的监护下人工分批运送出场。

(3)安全管理措施
①采取接地装置
采用扁钢在钢架底部与大地充分连接,整个钢架体系共设置12处接地,保证接地电阻小于10 Ω,使整个钢架与大地充分接触,降低感应电流的影响。

②防雨水措施
在铺设木板时,考虑在每股道范围内设置人字形流水坡,将雨水尽可能沿两股道接触网以外位置排除,不致形成水柱,发生较大安全事故。

③加强安全防护,确保跨线施工安全
在87号、88号每一个主墩上安排一个认真负责的安全防护员负责该梁段的施工,
防止施工人员向线路丢弃建筑垃圾等,特别是施工混凝土时向下倾倒多余的混凝土。

4 结语
(1)本工程采用I型钢便梁和钢枕进行线路加固,在施工期间,未发生一起人身、行车
和施工安全事故,确保了营业线的安全,且工程质量和施工进度处于可控状态。

这对
于类似既有线工程施工具有一定的借鉴和参考意义。

(2)跨既有线连续梁采取挂篮悬臂浇筑时,采用门式钢棚架是一种较好的选择,它可以将施工界面与既有线进行隔离,还能防止小型重物坠落,相比“封闭式”挂篮来说,显得更加安全、可靠。

(3)对于跨既有线施工,应树立“既有线上无小事”的理念,加强“三全”(全员、全
方位、全过程)安全质量监控,尤其是线路加固、防护棚架搭设等。

(4)为确保既有线安全,笔者建议,设计上应更多地考虑施工因素,在可能的情况下,应
尽可能加大连续梁的跨度,保证既有线与桥墩有足够的安全距离。

参考文献：
[1]罗裕明.上跨式公路桥钻孔桩施工时铁路线路的加固方法[J].路基工程，2003(1)：10-11．
[2]马占凯.工便梁加固线路顶进大跨度桥涵技术[J].山西建筑，2009(18)：324-325.
[3]靳锐勇.有线上顶进立交桥采用D型钢便梁进行线路加固的施工方法[J].铁道标
准设计，2003(12)：17-19.。