上跨铁路营业线桥梁施工方案研究

周任峰

摘要：以新建铁路牡丹江至佳木斯客运专线工程大杨木背河特大桥为研究对象，在分析新建桥梁与既有线相对位置关系的基础上，运用层次分析法对比挂篮施工和支架现浇法施工方案，提出“棚洞防护+挂篮施工”的施工技术。

关键词：客运专线；上跨运营铁路；桥梁施工；方案比选；棚洞防护

0   引言

在桥梁施工中，施工技术和方案的选择直接影响着施工进展和施工质量[1]。通过科学、全面、系统地评估，选择最佳的施工技术和方案，有利于确保桥梁施工的顺利进行，提高铁路运输的安全和效益[2]。

在进行上跨铁路营业线桥梁施工之前，施工方案的比选十分重要，需综合考虑包括施工时间、施工成本、施工质量、施工安全、对桥梁结构和铁路运行的影响等因素。本文以新建铁路牡丹江至佳木斯客运专线工程大杨木背河特大桥为研究对象，在分析新建桥梁与既有线相对位置关系的基础上，运用层次分析法对比挂篮施工和支架现浇法施工方案，提出“棚洞防护+挂篮施工”的施工技术。

1   工程概况

新建铁路牡丹江至佳木斯客运专线工程为正线双线客运专线，设计速度为250km/h，线间距4.6m。MJZQSG-3标大杨木背河特大桥全长1615.62m，中心里程为DK94+

977.42，起讫里程为DIK94+169.61～DIK95+785.23。

大杨木背河特大桥孔跨结构采用34～32m简支箱梁+1～24m简支箱梁+5～32m简支箱梁+（32+48+32）m连续箱梁+6×32m简支箱梁，其中40#～43#墩为一联（32+48+32）m上跨既有林密铁路连续箱梁，连续梁长度113.3m，林密铁路与连续梁交叉里程为K16+350。林密线轨面高程318.03m，连续梁处轨面高程348.86m，立交预留净空要求为6.88m宽、6.55m高。

2   上跨铁路营业线桥梁施工方案比选

确定上跨铁路营业线桥梁施工方案，主要考虑5个方面，分别为工程造价、施工工期、施工安全、工程质量和对铁路线的影响[3-5]。对新建铁路桥梁跨越既有线路最为广泛应用的施工方案，支架現浇法和挂篮悬臂现浇法进行对比，方案比选方法为层次分析法。2种施工方案的对比分析如表1所示。

采用基于层次分析法对上跨铁路营业线桥梁施工方案比选，目标层为跨线桥施工方案A，准则层为工程造价B1、施工工期B2、施工安全B3、工程质量和对铁路线的影响B4，方案层为挂篮悬浇法C1和支架法现浇C2。建立准则层和方案层的判断矩阵如公式（1）至公式（3）所示。

（1）

计算矩阵A的特征向量w，如公式（2）所示。

（2）

以挂篮悬浇法C1和支架法现浇C的特征向量w1、w2构造综合矩阵k，如公式（3）所示。

（3）

将公式（3）和公式（2）相乘，得到一个新的矩阵，如公式（4）所示。

（4）

由此可知，采用挂篮悬浇施工方案的层次分析结果值（0.5291），大于支架法现浇施工方案的层次分析结果值（0.4709），前者方案优于后者，因此选用挂篮悬浇施工方案作为跨线桥梁施工方案。

3   上跨铁路营业线桥梁施工要点

在上跨林密铁路部分桥梁施工，主要采用“棚洞防护+挂篮施工”的施工技术，关键施工步骤主要分为6步。第1步为编制跨既有林密铁路的桥基础及墩柱施工防护方案，并与铁路有关单位和部门签订安全协议；第2步为既有线棚洞防护施工；第3步为连续梁0#块施工；第4步为连续1～6#块挂篮施工，连续梁中跨合龙；第5步为连续梁边跨施工；第6步为既有线棚洞拆除。

3.1   既有铁路营业线防护棚洞施工

跨既有林密铁路施工的防护主要是解决防坠落、防火。防护方案的选择主要考虑跨越线路的种类、桥下净空高度、行车限界、既有线运营管理单位的要求、现场地形地势情况及施工方法等。连续梁施工周期长，连续梁挂篮施工跨既有线施工会对既有线有一定影响，经研究确定连续梁采用挂篮施工，既有林密铁路采用棚架进行防护。防护棚洞搭设长度为19.44m，净宽为8.0m，轨面以上净空高度7m。

防护棚洞基础采用混凝土条形基础，截面尺寸为0.8m×0.8m，长度为19.44m，整个防护棚洞共设置12根φ325mm钢管立柱（两侧各6根）。立柱顶部纵向焊接双榀I36a工字钢，3根立柱与纵梁I36a工字钢提前焊接加工成一个排架，共计4个排架。纵向I36a工字钢顶面焊接I30a工字钢横梁。立柱排架安装申请施工天窗时间180min。

顶面满铺6mm钢板，在两侧挂防护网。棚洞3根立柱与纵梁提前加工成一个排架（12根立柱，共焊接成4个立柱排架）。基础施工完成后分段吊装，立柱通过与基础顶钢板焊接成为整体，之后吊装工字钢横梁及铺设钢板。

为了防止棚洞遭受雷击，在棚洞两侧各设一根接地线，采用4m等边角钢，一侧一根。棚洞拆除时间为2018年10月15日至2018年10月17日，棚洞拆除每天申请施工天窗180min。棚洞拆除顺序与搭设顺序相反，从上往下依次拆除。拆除时，棚洞各部件用气焊割散，分割时间90min，吊离时间60min，剩余30min检查线路及设备，做好开通准备工作。10月15日，完成顶板的拆除。10月16日，完成横梁拆除及立柱排架拆除。10月17日完成基础的挖除以及水沟的修护。

3.2   挂篮施工要点

41#、42#墩身施工完成后，进行支承垫石施工及永久支座安装。安装0#块施工托架，铺设底模，吊装0#块外侧模，并准确定位加固。采用混凝土预制块对施工托架进行预压，预压完成后准确调整底、侧模标高及轴线位置，确认无误后进行0#块钢筋绑扎、波纹管定位及内模安装。进行绑扎顶板钢筋及预埋件安装，浇注0#块混凝土，并进行预应力张拉。

吊装施工挂篮上桥并拼装成型，对称进行1#段施工，循环5次完成2#段～6#段施工。中跨合龙完成后施工7#、8#段，同时进行40#、43#墩永久支座施工并临时予以锁定。搭设托架并预压，完成9#直线段施工。中跨合龙段施工利用挂篮模板，并张拉相应预应力索，合拢顺序为先合龙中跨，再顺序施工边跨直线段，完成体系转化，最终形成整体连续梁。

3.3   应力与变形分析

3.3.1   底模纵梁应力和竖向挠度

施工前，需对挂篮底膜纵梁、侧模吊梁、主构架等进行受力和变形计算。底模纵梁按照简支梁进行计算的跨度为5.025m，计算荷载长度为3.0m。底模纵梁采用的是40b工字钢。混凝土箱梁腹板厚度为70cm，腹板下按照3根40b工字钢承受腹板荷载，根据混凝土分布情况，经计算确定其承受的荷载为280kN，单根40b工字钢纵梁承受的混凝土均布荷载为32kN/m。

底模纵梁上方的钢模板总重按3t，分配到12根底模纵梁上，则每根承受的钢模板自重荷载为0.9kN/m（按集中在3.0m范围内计算）。另外，40b工字钢的自重按0.9kN/m计算，得到底模纵梁最大应力为74.8MPa，＜205MP，受力满足要求，最大竖向挠度为5mm，＜12.6mm。底模纵梁应力和竖向挠度如图1所示。

3.3.2   侧面吊梁竖向挠度和应力

侧模吊梁的总长度为9.9m，吊梁采用2-36b槽钢并焊而成，单侧吊梁为两根组焊在一起。侧模吊梁的前后吊点距离按5.0m计算。当侧模走行到位时，侧模吊梁前后吊点的距离按8.9m计算。走行到位工况时，侧模吊梁承受单侧侧模板的自重荷载为40kN，底模自重传递而来的荷载为52kN。侧模板通过侧模桁架传递给侧模吊梁的集中荷載为5×8kN（模板自重）。

此时需要考虑拉筋背带及施工防护的荷载，根据经验以1.3为荷载系数，经计算得到单边侧模中每个侧模桁架传递的自重荷载为10kN。混凝土顶板荷载为5×32=160kN，总计为210kN。经计算得到翼缘板浇筑处最大计算竖向变形为5mm，侧模吊梁最大应力为66.6MPa，＜205MPa，受力满足要求。侧面吊梁竖向挠度和应力如图2所示。

3.3.3   三角形主构架的受力和变形

主构架是挂篮的主要受力构件，处于挂篮结构的核心位置，挂篮主构架为三角形结构，各杆件之间是钢销连接。所有杆件均为2-28b槽钢，并在腹板补强16mm厚的钢板。销孔处的板总厚度为59mm。

前上横梁计算结果中每个主构架对其的支反力为386kN，经过计算得到三角形主构架的受力和变形如图3所示。从图3中可以看出，三角形主构架前点竖向位移为7mm，＜20mm，变形满足要求。主构架杆件的最大应力为49.7MPa，＜205MPa，应力满足要求。

4   结束语

本文以新建铁路牡丹江至佳木斯客运专线工程大杨木背河特大桥为研究对象，在分析新建桥梁与既有线相对位置关系的基础上，运用层次分析法对比挂篮施工和支架现浇法施工方案，提出“棚洞防护+挂篮施工”的施工技术，得到以下几个结论：

挂篮悬浇施工方案的层次分析结果值（0.5291）大于支架法现浇施工方案的层次分析结果值（0.4709），前者方案优于后者，因此选用挂篮悬浇施工方案作为跨线桥梁施工方案。既有林密铁路采用长度19.44m，净宽8.0m的棚架进行防护。挂篮悬浇施工的受力和变形分析表明：底模纵梁最大应力74.8MPa，＜205MP；最大竖向挠度为5mm，＜12.6mm；翼缘板浇筑处最大计算竖向变形为5mm，侧模吊梁最大应力66.6MPa，＜205MPa；三角形主构架前点竖向位移为7mm，＜20mm，主构架杆件的最大应力为49.7MPa，＜205MPa；挂篮各构件的受力和变形均满足要求。

参考文献

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[3] 蒋海涛.高速铁路桥梁跨既有营业铁路施工技术[J].铁道

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