跨越既有铁路门式墩钢盖梁转体施工技术

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

设计荷载1)恒载结构构件自重按TB10002—2017《铁路桥涵设计规范》选用。钢盖梁上二期恒载包括线路设备、道砟、人行道支架、步板、电缆槽、挡砟块、现浇桥面板、现浇挡砟墙及横隔板湿接缝等自重，按135kN/m计。基础不均匀沉降按相邻墩台均匀沉降量差Δ≤5mm。2)活载活载包括车辆荷载、离心力和摇摆力。列车竖向活载采用ZK活载。离心力按《铁路桥涵设计规范》中第4.3.10条考虑。摇摆力取100kN，作用于支座中心。

结束语

1)为了解决跨铁路线门式墩自重大不宜吊装、跨度大不宜施工、易影响既有铁路线正常运营的施工难题，本文基于一种改进的转体装置，提出详尽的门式墩钢盖梁的转体施工方法。该转体装置将转体球铰与撑脚、滑道等附属装置集成到一起，采用与支座相同的安装方式，一次安装到位无须二次浇筑，安装简便、质量可靠，且能大大缩短工期。2)通过采用有限元仿真计算，验证了门式墩钢盖梁转体施工的可靠性。

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