跨越既有铁路门式墩钢盖梁转体施工技术

跨越既有铁路门式墩钢盖梁转体施工技

术

摘要：随着铁路交通的迅猛发展，新建铁路跨越江河和既有公路、铁路的工程越来越多。但对于跨越交通繁忙的铁路营业线，一方面受铁路接触网影响无法搭设防护棚，另一方面，长时间在营业线上方施工，对铁路运营存在较大安全隐患。跨营业线也可设计为结构较轻的钢结构，在天窗点利用大吨位履带吊整孔吊装，施工效率更高，对既有营业线影响也较小。

关键词：桥梁工程;既有铁路;门式墩;钢盖梁;

引言

随着运营单位对既有线路运营安全要求的日益提高，如何减少新建跨线桥梁

结构物对既有铁路的运营干扰成为铁路桥梁设计的研究重点，也是施工方案能否

获得运营部门批准的关键。新建铁路以桥梁结构形式跨越既有铁路线时，若斜跨

角度较小，为避免桥墩侵占既有铁路线，一般采用门式墩支承桥梁上部结构。当前，门式墩钢盖梁施工通常设计为直接吊装法和梁体平推法，这两种方法分别适

用于钢盖梁自重较小、跨度较小情况。若钢盖梁自重较大，吊装法受限于吊重而

无法安装。平推法需搭建临时墩和滑道，若钢盖梁跨度较大，且受既有线路限制，无法搭建临时墩，故平推法不适用于跨越铁路的大跨度钢盖梁施工。因此，转体

法成为解决此类问题的关键技术。

1应用实例

1.1工程概况

某大桥为无砟轨道，设计速度目标值为80km/h。新建铁路采用桥梁结构形式

跨越既有长昆高速铁路，夹角20°，在与既有铁路交叉处采用门式墩钢盖梁支承

上部结构简支梁方案。

1.2结构构造

门式墩钢盖梁跨度为32m，混凝土墩柱高度分别为10.2，7.7m。混凝土墩身

采用C40混凝土。门式墩钢盖梁两端与混凝土墩柱采用插入式连接，将预制的钢

柱插入混凝土柱中5m，属钢-混凝土柱组合结构。钢盖梁为钢箱结构，材质为

Q345qD钢材，宽3000mm，盖梁高2800mm。顶、底板厚20mm，腹板厚20mm，顶、

底板设置4道200mm×20mm纵向加劲肋，每个腹板设置2道200mm×20mm纵向加

劲肋。帽梁箱内设置一定横隔板，其间距≤2500mm，支座处横隔板厚16mm，其他

厚12mm，横隔板开孔并镶边处理。钢柱截面为箱形，横截面外轮廓尺寸为

2600mm×3000mm(横桥向×顺桥向)，顺桥向板设置4道120mm×12mm纵向加劲肋，横桥向板设置3道120mm×12mm纵向加劲肋。

1.3施工方法比选

大桥门式墩钢盖梁自重大、跨度大，吊装法和平推法都不适用，因此，此类

门式墩只能采用转体施工法进行安装。为保证既有铁路运营安全，需先施工门式

墩的墩柱和球铰，再安装钢盖梁并采用转体施工方法跨越既有高速铁路。传统的

转体施工方法采用转体球铰、滑道、撑脚等装置实现钢盖梁转体施工。转体球铰

是转体装置的核心，由上球铰、下球铰、定位销轴及安装骨架等组成。上、下球

铰分别为凹凸相配的球面结构，在两球面之间设有承压四氟滑板，可实现上、下

球铰相对转动。在安装转体球铰时，上球铰与上承台浇筑在一起，下球铰与下承

台浇筑在一起。滑道、撑脚在安装时分别与下承台、上承台浇筑在一起，它们在

转体装置中起支承及防倾覆作用。因此，在传统转体装置安装过程中，下承台需

两次浇筑:第1次浇筑到下球铰安装骨架及滑道骨架以下位置，下球铰骨架及滑

道骨架定位完成;第2次在安装下球铰及滑道后再浇筑下承台。此外，下球铰及

滑道安装完毕后，需安装上球铰及撑脚等构件，整个安装过程繁琐，耗时较长，

施工工艺复杂。由于罗荣庄左联络线单线特大桥门式墩结构临近既有铁路线，且

承台和桥墩结构尺寸限制，所以需优化转体装置结构设计及安装方法，以保证转

体施工过程安全、便利。

2钢盖梁的转体施工方法

凭借改进的转体装置，罗荣庄左联络线单线特大桥门式墩钢盖梁转体施工方

法流程可分为以下重要步骤:先施工固定墩下的基础，然后在转体墩基础上预留

的凿口内浇筑混凝土并安装转体装置，安装完毕后再浇筑上盘混凝土。②使转体

墩的墩身纵向中心线平行于既有路线，定位墩身浇筑模板，浇筑转体桥墩和固定

墩的墩身混凝土，并在2根混凝土柱中分别预埋用于与两侧钢柱栓接的连接钢板

及高强螺栓。③向转体墩内吊装预制的钢柱，待钢柱与转体墩预埋的连接钢板对

齐后，拧紧高强螺栓，刚接钢柱和转体墩，定位墩身浇筑模板，然后在钢柱内外

浇筑混凝土至设计标高处;向固定墩内吊装预制钢柱，待钢柱与固定墩预埋的连

接钢板对齐后，拧紧高强螺栓，刚接钢柱和固定墩，定位墩身浇筑模板，然后在

钢柱内外浇筑混凝土至设计标高处。④S4在既有铁路线一侧，向转体桥墩左、右

两边沿桥墩纵向中心线搭建满堂支架，满堂支架搭建长度由临时钢桁梁长度和帽

梁长度决定。⑤分别吊装帽梁和临时钢桁梁至满堂支架上，再将两者精确对位栓

接到钢柱上;将连接钢板分别设于帽梁与钢柱相连处、钢柱与临时钢桁梁相连处，并用高强螺栓固定;然后，在临时钢梁上部施加配重，保证帽梁和临时钢桁梁与

钢柱悬臂平衡。⑥S6拆除满堂支架;解除球铰临时锁定，清除有碍平转的障碍物;

在风速较小环境下进行转体操作，控制转体速度;转体基本到位时，对梁端位置

及标高进行微调，盖梁及线形达到设计要求时固定上盘。

3有限元仿真验证

3.1改进转体装置验算

采用三维有限元软件建立改进转体装置的实体模型，该实体模型通过六面体

单元进行网格划分，上球铰与上承台、下球铰与下承台都分别采用绑定接触。非

金属滑板与上球铰凸球面采用摩擦接触，摩擦系数取0.03;非金属滑板与下球铰

凹球面采用绑定接触。根据该转体装置在门式墩实际施工中的最不利工况，对下

承台底部施加固定约束，同时在上承台处加载9000kN竖向荷载。经静力分析后

可得改进转体装置模型的应力云和位移云。转体装置最大应力点位于上球铰中环

板与放射筋交叉处，最大应力值为30.1MPa，远低于材料的设计容许应力，整体

应力水平很小。

3.2门式墩验算