上跨既有铁路连续箱梁转体法施工研究

刘俊龙

(中国铁路南昌局集团有限公司萍乡工务段,江西 萍乡 337000)

0 引言

随着社会经济发展，国家公路与铁路交通网络的完善，越来越多地出现公路与铁路立体交叉的情况。传统施工方法多采用装配式预制梁，并使用架桥机在铁路上方架设，特别是部分新建桥梁要跨既有繁忙铁路干线，施工难度大、安全风险高、施工周期长。而转体施工[1]法可在路外平行铁路方向现浇，且可在不超过2 h内完成跨越铁路股道施工作业，最大限度减少了对既有线安全运营的影响，具有结构合理、施工周期短、安全可靠的优点，故上跨铁路桥优先选用转体施工法是更好的选择，且能大大减少施工和运营期间工务维修、养护及管理成本。

下面对我局管内“沪昆线K1016+199萍乡市中环路上跨沪昆线立交桥工程”以及“沪昆线K890+854新余市新建环城路上跨沪昆线立交桥工程”进行简要的对比分析，进一步阐述连续梁跨铁路转体施工技术的优点。

1 工程概况

1.1 沪昆线K1016+199萍乡市中环路上跨沪昆线转体桥工程

中环路上跨沪昆铁路转体桥位于江西省境内，其孔跨布置为2×70 m，分左、右两幅采用变截面T构箱梁，单幅桥长140 m，全桥平面位于直线上，与既有沪昆铁路夹角为47°，转体主墩分别位于沪昆铁路上、下行侧。其平面布置如图1所示。

桥梁上部结构为单箱单室直腹板截面,桥面全宽31.5 m，下部结构均采用矩形墩，并设直径φ1.8 m的钻孔灌注桩基础。

本桥采用平面转体[2]法施工，即先在顺沪昆铁路方向两侧路基坡脚外用满堂支架法现浇两幅T构箱梁，待完成相应工序后，在天窗点内将两幅桥同步转动指定角度至成桥线位，在满堂支架浇筑边墩处直线段，合拢成桥。单个T构转体相关参数如表1所示。

表1 转体参数

桥梁上部结构为单箱单室直腹板截面,桥面全宽31.5 m，下部结构均采用矩形墩，并设直径φ1.8 m的钻孔灌注桩基础。主墩转体系统构造如图2所示。

转体系统的关键设备为球铰，本桥在两个转体主墩上安装直径3.5 m钢球铰，钢球铰由上、下钢球铰组成，球面半径7.0 m，其间共730块圆形四氟乙烯滑块形成滑动面。上下球铰中心设270 mm固定销轴作为转动轴，同时在上转盘底设8对直径600 mm、厚度16 mm钢管混凝土撑脚。撑脚下转盘顶面设置宽1.2 m，中心半径3.5 m的环形不锈钢板滑道，滑道两侧安置8组千斤顶反力座。上承台需设置钢绞线2组17-15.24钢绞线作为牵引索，下承台顶面设2组牵引反力座。具体的转体参数如表1所示，转体系统的构造及平面图如图2,图3所示。

转体桥施工主要步骤为：主墩桩基施工→基坑开挖→转体系统施工→主墩施工→满堂支架搭设及预压→现浇T构箱梁施工→防撞墙施工→转体→现浇段合拢→其他附属工程施工。

转体系统工艺包括：下转盘施工、下球铰施工、滑道施工、上球铰施工、撑脚施工、上转盘施工、转体牵引体系施工。

转体前先应检查是否具备转体条件，包括称重实验、配平衡重、气象条件、转体牵引设备安装和调试、撑脚和滑道清理、转体范围内的各种障碍物高程复核、应急和备用措施。

试转体为正式转体做准备，通过试转获得转体数据，如实际转动速度、点动一次可转动距离及其他设备运行参数。

封锁计划下达后，检查完毕具备条件即可正式转体，此时启动自动连续张拉千斤顶匀速张拉，转体过程中实时监控T构转动速度、悬臂端桥面标高、运行姿态。接近转体到位前，缓慢减速，由自动控制改为手动控制。转体基本到位时采用点动操作，每操作一次立即测量并反馈桥面轴线偏差和高程偏差，然后临时锚固，待精调后封固球铰，焊接钢筋，二次浇筑混凝土，使上下转盘形成整体。

1)该项目施工重点。桥梁上、下部结构施工均为临近既有线施工作业，需按照批准的施工方案和邻近计划进行，确保既有线运营安全。

施工前核实通信、信号、供电等设备的位置、数量、走向等情况，待迁改、防护完成后方可进行下一步工作。

桩基施工需根据地质情况拟定施工安全措施，避免塌孔影响路基稳定，钻机施工时站位应远离铁路，避免倾覆影响接触网供电安全。

主墩承台基坑开挖前应先做好基坑防护桩，待达到强度后，开挖基坑内土体，并持续监测线路状况，如有沉降异常情况应及时处理。

上部结构施工前，先拆除转体范围内受影响的建(构)筑物，保持支架基础的安全，支架搭设应稳定、可靠，并进行预压消除非弹性变形，以保证箱梁顺利浇筑。

箱梁浇筑时按计划分段、分层进行，及时张拉相应大节段的预应力钢束并灌浆，保持梁体的外观统一性和箱梁的整体性。

转体前通过称重、准确掌握T构箱梁及墩身的重量、偏心情况，通过配重、试转获得转体相关数据，为正式转体做好充分准备。

转体过程平稳有序，所施加牵引力持续输出，转体到位后通过精调确保高程、轴线满足设计要求后，封固球铰，使上下承台形成整体。

2)该项目的施工难点。转体系统[3]施工精度控制要求高，直接关系到转体成功与否，而球铰是其中的核心部件，需控制其球面曲率均匀，边缘各点高差小于1 mm，镶嵌在下球铰的四氟滑块顶面需在同一球面，现场安装误差小于1 mm。

下球铰在下承台上安装时，结合测量放样定位其支撑骨架中心位置，且浇筑混凝土时不得移动。通过调整骨架上的螺栓，经多次复核、校验保证下球铰严格水平放置，且其中心位置位于设计中心线处，位置偏差小于1 mm。

滑道施工质量控制[4]关系着转体过程能否顺利、平稳，要求滑道顶面钢板局部平整度小于1 mm。撑脚是转体过程中保持上部结构安全稳定的基本保障，撑脚在滑道上走行时，滑道顶面摩擦阻力应均匀，误差过大时将使撑脚顶死，导致整个转动体系转动阻力过大而转动困难。

1.2 沪昆线K890+854新余市新建环城路上跨沪昆线立交桥工程

环城路上跨沪昆铁路立交桥位于江西省境内，其跨越铁路一联孔跨布置为4×40 m，分左、右两幅采用等截面装配式小箱梁，全桥平面位于曲线上，与既有沪昆铁路夹角为88.6°，桥墩分别位于沪昆铁路上、下行侧。

桥梁上部结构采用8片小箱梁,桥面全宽25.5 m，下部结构均采用φ1.6 m柱式墩，并设直径φ1.8 m的钻孔灌注桩基础。其横截面构造如图4所示。

本桥采用架桥机施工[5]，即先在桥台后路基上预制小箱梁，待达到架梁条件后，自桥台往铁路方向逐孔架设，上跨铁路时须在天窗点内架设，防撞护栏、湿接缝、防抛网等工序也须在天窗内施工完成。

2 封锁时长对比分析

2.1 沪昆线K1016+199公跨铁立交桥

本桥封锁时长合计135 min/2工日。具体包括：

1)Ⅲ级施工：跨沪昆铁路连续梁左右幅箱梁试转 ，封锁时间：45 min。

2)Ⅱ级施工：跨沪昆铁路连续梁左右幅箱梁转体，封锁时间：90 min。

2.2 沪昆线K890+854公跨铁立交桥

本桥封锁时长合计5 520 min/48工日。具体包括：

1)左幅(2020年6月～7月)。

a.Ⅱ级施工：第12跨(沪昆铁路正上方)架桥机过孔、箱梁架设，封锁时间：115 min，该分项施工历时4个封锁点完成。封锁时长小计460 min/4工日。

b.Ⅲ级施工：第11跨(邻跨)架桥机过孔、箱梁架设，封锁时间：115 min，该分项施工历时4个封锁点完成。封锁时长小计460 min/4工日。

c.Ⅲ级施工：第12跨横隔板、湿接缝、防护栏、防抛网，封锁时间：115 min，该分项施工历时16个封锁点完成。封锁时长小计1 840 min/16工日。

2)右幅(2020年10月～11月)。

a.Ⅱ级施工：第12跨(沪昆铁路正上方)架桥机过孔、箱梁架设，封锁时间：115 min，该分项施工历时4个封锁点完成。封锁时长小计460 min/4工日。

b.Ⅲ级施工：第11跨(邻跨)架桥机过孔、箱梁架设，封锁时间：115 min，该分项施工历时4个封锁点完成。封锁时长小计460 min/4工日。

c.Ⅲ级施工：第12跨横隔板、湿接缝、防护栏、防抛网，封锁时间：115 min，该分项施工历时16个封锁点完成。封锁时长小计1 840 min/16工日。

两座桥封锁总时长如表2所示。

表2 转体及架桥机施工封锁总时长对比

3 封锁施工人力组织对比分析

3.1 沪昆线K1016+199公跨铁立交桥

本桥施工时工务调配合计13人次。具体包括：

1)Ⅲ级施工：跨沪昆铁路连续梁左右幅箱梁试转，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，计6人次。

2)Ⅱ级施工：跨沪昆铁路连续梁左右幅箱梁转体，段领导1人(把关)，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，计7人次。

3.2 沪昆线K890+854公跨铁立交桥

本桥施工时工务调配合计232人次。具体包括：

1)左幅桥(2020年6月～7月)。

a.Ⅱ级施工：第12跨(沪昆铁路正上方)架桥机过孔、箱梁架设，段领导1人(把关)，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，该分项施工历时4个封锁点完成，计28人次。

b.Ⅲ级施工：第11跨(邻跨)架桥机过孔、箱梁架设，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，该分项施工历时4个封锁点完成，计24人次。

c.Ⅲ级施工：第12跨横隔板、湿接缝、防护栏、防抛网，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，该分项施工历时16个封锁点完成，计64人次。

2)右幅桥(2020年10月～11月)。

a.Ⅱ级施工：第12跨(沪昆铁路正上方)架桥机过孔、箱梁架设，段领导1人(把关)，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，该分项施工历时4个封锁点完成，计28人次。

b.Ⅲ级施工：第11跨(邻跨)架桥机过孔、箱梁架设，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，该分项施工历时4个封锁点完成，计24人次。

c.Ⅲ级施工：第12跨横隔板、湿接缝、防护栏、防抛网，桥梁专业2人(把关、监控)，线路专业4人(把关、监控、驻站及工地防护)，该分项施工历时16个封锁点完成，计64人次。

两座桥封锁施工时人力组织如表3所示。

表3 转体及架桥机施工人力组织对比 人次

4 工务管理

既有线的安全监控和监测在施工及运营阶段持续实施，施工过程中转体桥梁线形监控、应力监控仅仅是既有线安全监控的一小部分，此外工务管理还包括邻近营业线施工监控；路基、轨道和接触网立柱等位移及沉降监测；异物侵限监测；桥梁、隧道、涵洞及各类安全防护设施(如栅栏、防抛网、防撞墙、限高架等)的检查、维修；线路设备动态检测；关键工序和隐蔽工程的施工过程监控；线路周边安全环境净化等。通常工务部门配置人员仅能满足日常设备检查维修需要，施工监管及施工配合人员不足、劳动力紧张是普遍存在的困难，管辖范围内上跨、下穿等邻近营业线施工项目越来越多，为确保营业线施工安全受控，工务部门面临巨大的安全监护压力。

预制梁上跨方案所需封锁时间长，且与施工企业施工能力、人员作业经验、熟练程度密切相关，而架桥机过孔、架梁封锁施工，铁路正上方高空施工作业存在一定安全风险。转体桥上跨方案仅需2 h转体时间即可完成上跨铁路作业，转体过程由球铰生产厂家派专人负责实施，防撞墙、防抛网施工均在转体前完成，无需在铁路上方作业、无需封锁施工，极大地提高了安全性、可靠性，也极大减少了工务现场施工配合及监控工作。

5 结语

从实际操作来看，转体梁是确保施工安全和行车安全对运营铁路干扰最小的施工方案，整个施工过程中对既有铁路正常运行几乎没有任何影响，其施工工艺极大的减小了对既有营运线的影响，同时为桥梁工程的建造提供了可靠的安全保障。具体包括以下几个方面：

1)极大的降低了对铁路行车的干扰。跨既有铁路线连续箱梁桥转体施工技术能够极大的缩短铁路封锁时间，有效减少对铁路行车的干扰。如：沪昆线K890+854公跨铁立交桥封锁施工时长合计5 520 min/48工日，前后历时半年(2020年6月～11月)之久；而沪昆线K1016+199公跨铁立交桥封锁时长仅为135 min/2工日。

2)极大的减少了对工务车间班组的监管监控工作量。近年来，既有铁路基层运输站段的人员组织结构一直在不断的减员优化，转体梁施工极大的缩短铁路封锁时间，从而有效的减少了车间班组的人力成本，有效的减少对车间班组日常生产组织的干扰。如：沪昆线K890+854公跨铁立交桥封锁施工涉及到线桥车间用工232人次；而沪昆线K1016+199公跨铁立交桥封锁施工涉及到线桥车间用工仅为13人次。

3)提供了更有力的安全保障。一是有效的简化了封锁施工作业内容。传统的架梁施工在梁体架设到位后还要装模现浇横隔板及湿接缝，在施工作业过程中可能存在模板脱落、扣件脱落侵限等影响既有铁路行车安全的风险，而连续箱梁桥转体施工整体浇筑成型。二是按照相关规定，公跨铁立交桥两侧必须设置防护栏及防抛网，传统的架梁施工在梁体架设到位后还要在桥面两侧装模现浇防撞护栏，以及安装防抛网，在施工作业过程中仍然存在工具、材料掉落侵限等风险，而转体梁在连续箱梁转体之前就已浇筑好防护栏，并将防抛网安装到位，把对铁路行车的干扰降到最低，风险几乎为零，从而为既有铁路行车提供有力的安全保障。

转体施工法在上跨既有铁路等特殊条件下具有影响范围小、安全风险低、后期维修养护工作量小等独特优势，既有利于各地跨铁路建设项目的顺利进行，又避免了在铁路上方进行复杂的高空作业带来的安全隐患，最大限度减少对既有线的安全运营的影响，也减少了后期工务养护管理的工作，具有明显的经济和社会效益。在涉及上跨铁路的桥梁建设项目中，应从方案阶段就推荐采用转体法，推动和促进转体法在桥梁建设方面的应用，确保铁路运营安全。