上跨车站多股线路U形组合箱梁旧桥拆除技术

邱涟漪，白彦杰，何湘桂，麻时光

(中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司,江西 南昌 330002)

1 概述

1.1 工程简介

南昌市双港大街上跨南昌北站立交桥改造工程,既有U形组合箱梁桥需拆除施工。既有桥梁采用6片40 m后张法预应力混凝土组合箱梁(U形梁身+预制盖板+桥面铺装),纵向设5道箱内横隔板,3道梁间横隔板。U形梁高2.1 m,U形梁含翼缘总宽2 m,梁底宽1.4 m,相邻两片U形梁中心线之间距离为3.1 m,单片U形梁质量约95 t,桥梁横断面如图1所示。桥台采用浆砌片石U形实体桥台,桥台基础为扩大基础。桥面宽18.5 m,桥下共计6股道(京九线上下行、4道到发线),梁底距轨道面最小净高6.63 m,接触网承力索与梁底净空最小0.3。0号台(财大侧)前墙离8道(到发线)中心4.159 m,1号台(交大侧)前墙离3道(到发线)中心4.714 m。桥梁与线路关系布置图及现状实物图如图2,图3所示。

1.2 跨线旧桥拆除重难点

双港大桥旧桥拆除影响京九线及车站到发线的运营安全,旧桥拆除施工方案需做好防坠物、防触电措施。因此,上跨车站的双港大桥旧桥拆除施工方案重点及难点工序在于:桥面系松散构件拆除,防止掉入铁路线,确保接触网安全;防止U形箱梁间预制板切割解体后掉入铁路线;吊装U形组合箱梁,避免危及接触网、回流线及铁路钢轨;桥台切割拆除,避免锯绳断裂或切割块落入线路。

2 跨既有线旧桥拆除方案

2.1 方案比选

旧桥拆除常用的方法有静力绳锯切割法[1]、机械凿除法[2]、控制爆破法[3]。静力绳锯切割法[4]使用传动滑轮带动金刚石切割,反复切割梁体进行分解、分离,并运用吊装设备吊离。施工时对路面污染破坏少,后期清运简单。机械凿除法[4]以机械操作为主,对桥梁实施凿除作业,然后机械辅助人工清理碎渣的处理方法。控制爆破法是旧桥拆除工程中常用的一种拆除方式。爆破法是拆除桥梁速度最快的方式,但爆破时产生的振动响应及桥梁垮塌对周围建筑物及路面造成一定危害,爆破后二次清运碎渣成本高且时间长,对周围道路封堵时间长。

双港大桥旧桥上跨昌北车站多股运营线路,拆桥时需封闭所有线路。施工现场可利用空间小,桥台前墙距8道(到发线)的线路中心仅4.71 m,桥头一端预留作为连续梁拱桥顶推施工的预制场地,另一端为项目驻地。结合现场实际情况及U形组合箱梁桥结构特点,对比分析3种拆桥方案优缺点如表1所示。

表1 跨既有线旧桥拆除方案优缺点对比表

结合双港大桥旧桥拆除施工特点,选择静力切割配合架桥机起吊U形梁的方法拆除旧桥。该施工方法具有施工速度快、安全性高、对周围环境影响小,且对京九线及车站到发线运营干扰小等特点[5]。位于拟拆除旧桥北侧,已建成的新双港大桥右幅需正常运营,旧桥拆除采用静力切割法吊装拆除方案,解决了上跨车站多股运营线路尽量少占施工天窗时间问题;同时,对双港大街交通影响小,满足双港大街“边通车、边施工”要求,解决了拆除作业场地空间狭小、交通疏解难等问题。

2.2 拆除方案

双港大桥旧桥拆除总体分四步走:第一步,桥面断道。拆除桥面系及附属工程。第二步,U形箱梁连接解体。沿U形梁两端梁缝位置,纵向凿两条缝切开预制板,找出预制板铰缝后,铰缝处钻设吊装孔,片锯切断铰缝,吊机拆除预制板。绳锯切割横隔板,沿预制板中间铰缝位置纵向片锯切割断开,完成U形组合箱梁连接解体。第三步,U形梁吊装拆除。利用封锁天窗时间,260 t架桥机吊装拆除箱梁。架桥机在南侧组装好,先横移至桥位处,再纵移至桥台处直至过孔。第四步,桥台拆除。桥台拆除分两部分,绳锯分块切割台帽及以上部分,挖机配合拆除;浆砌片石台身由挖机从台后向前逐块拆除。

3 跨既有线U形组合箱梁桥拆除技术

3.1 U形组合箱梁桥解体

双港大桥旧桥通过在U形梁上盖预制空心板连接而成,梁间预制板与梁上预制板均采用120 cm×124 cm×20 cm预制空心板。空心板与U形梁通过预埋钢筋、现浇混凝土铰接缝形成组合箱梁,U形组合箱梁横向连接如图4所示。U形组合箱梁分两次解体,梁端预制空心板拆除、梁间预制板及空心板切割解体。

1)桥面附属设施拆除。栏杆拆除。先拆格栅,再拆横杆,最后拆立柱。先用尼龙绳绑住格栅两端,磅锤砸断格栅与立柱接头,整片格栅抬入桥面外运。尼龙绳捆住横杆两端及相邻立柱,挖机挖斗缓慢向里拨倒,移除横杆。尼龙绳绑住立柱顶部,挖斗缓慢向里拨倒,再切断底部钢筋拆除。加高人行道拆除:胶轮小挖机拆除加高混凝土,从一端向另一端逐步推进拆除。挖机炮头将人行道路面破成大块,勾至桥面,外运破除。沥青路面铣刨拆除:端缝铺装层凿除,先在桥台位置画出 40 cm宽凿除线,再用挖机炮头(或风镐)凿除铺装层。若两端梁缝挤死,破除一端台帽以上胸墙,预留梁体吊装空间。人行道板拆除:先在人行道板上钻 4 个φ108 mm 的吊装孔,破除路缘石锚固点处混凝土并露出钢筋,提离吊装绳待其预受力后,切断锚固点钢筋,移人行道板至桥台外破除。

2)梁端预制空心板拆除。梁端预制空心板采用片锯切割、叉车逐块吊装拆除。拆除时,沿顺桥凿除预制板边缘桥面混凝土并清理。片锯切割梁端预制板混凝土湿接缝,挖机炮头凿除预制板边缘混凝土,找出预制板铰缝位置,每条铰缝钻设2个直径φ108 mm吊装孔,再用片锯将铰缝切断。铰缝切断后,绷带兜底预制空心板并吊装拆除,切断一块、吊装拆除一块。铰缝切割时,绷带兜底并将预制板固定于梁面上。为防止预制空心板掉落,空心板按梯形坡口切割。

3)梁间预制板及横隔板切割。U形梁两端3块梁间预制板拆除后,非横隔板处梁间预制板采用片锯切割,中横隔板与其上部2块预制板及端横隔板采用绳锯切割。绳锯切割时,先在中横隔板左右各1.24 m纵向中锋位置钻设φ50 mm穿绳锯孔。中横隔板切断后,片锯切割预制板纵向中缝,绳锯切割端横隔板。桥面切割方式如图5所示。

3.2 U形组合箱梁拆除

3.2.1 梁体拆除

1)梁体拆除顺序。梁体拆除时,采用架桥机将梁体移出至桥台一侧,然后就地破碎、运出。架桥机吊装移出单片梁施工工序:架桥机拼装→调试→过孔→试吊→拆除梁体→架桥机拆除。为保证桥台受力稳定性,U形梁体对称吊离桥位,先两侧再中央。梁体吊装按①→②→⑥→⑤→④→③的顺序进行,吊装拆除顺序如图6所示。

2)梁体吊装。a.吊梁设备:吊梁采用直径φ70 mm钢丝绳,U形梁翼缘钻半圆孔卡位,梁底与钢丝绳接触位置垫土工布防护。线路封锁前,安装好钢丝绳与吊具挂点,起重小车收紧钢丝绳,调整吊具两侧钢丝绳等长,防止梁体起吊时发生偏移。吊梁钢丝绳与吊具安装如图7所示。b.U形梁吊装拆除顺序:每个封锁点110 min吊装并拆除一片U形箱梁。单片梁拆除时,先单侧提离U形箱梁 5 cm,落位后,再提离U形梁另一侧5 cm后落回原位。架桥机同步提升梁体4.2 m,横移居中,然后纵移30 m,将2号天车位置的梁体落至运梁车上,运梁车与1号天车同步前行,梁体继续前移15 m,再将1号天车位置梁体落于运梁车上。天车退回至桥台附近锁定,线路封锁结束。运梁车继续将梁体纵移至架桥机桁架外,2台130 t汽车吊将梁体吊落至地面,就地破碎并外运(见图8)。

3.2.2 U形组合箱梁吊装设备选配

1)架桥机选型。拟拆除的旧桥跨径为40 m,横向由6片U形组合箱梁组成。梁高210 cm,底板宽140 cm,两侧翼板之间宽200 cm,每片梁上满铺20 cm厚预制板,并浇筑7 cm～15 cm厚钢筋混凝土桥面铺装层,桥面上铺筑5 cm厚沥青面层,切割后单片U形箱梁质量约174 t(含桥面混凝土铺装)。拟选用WJQ260-50型双导梁架桥机吊装拆除梁体,架桥机额定最大吊装跨度50 m,最大吊装质量260 t,架桥机吊装安全系数 240/174=1.38>1.2。

2)吊梁钢丝绳选配。吊梁选用直径φ70 mm 捆绑钢丝绳。切割后单片 U形箱梁重174 t,吊装时考虑1.2倍动力放大系数,吊装单片梁总荷载为2 088 kN,每片梁起吊时梁两端钢丝绳各承担一半荷载,即1 044 kN。根据图7吊具示意图可知,单侧吊具由4根钢丝绳共同分担荷载,平均每根钢丝绳承担荷载为261 kN。φ70 mm 单根钢丝绳破断力为2 598 kN,起吊钢丝绳安全系数为:2 598/261=9.95。

3)扁担梁及钢销选配。架桥机起吊空心板梁的扁担梁选用2.4 m长钢箱梁,钢箱梁腹板上钻直径φ120 mm圆孔,直径φ100 mm高猛钢棒作为钢销穿过钢箱梁腹板,承受吊梁钢丝绳荷载。

3.3 桥台拆除

1)高桥台拆除施工顺序。双港大桥旧桥桥台高7.55 m,桥台前墙距8道(到发线)中心仅4.15 m。桥台拆除时,搭设钢管防护支架,绳锯分块切割、逐层拆除。高桥台拆除按如下施工顺序进行:搭设钢管防护支架(破除桥台搭板及台后路面)→挖除台后填土→分块钻孔、切割→拆除侧墙(逐层)→拆除前墙(逐层)→拆除防护支架(逐层)。

2)高桥台拆除施工工艺。搭设钢管防护支架,支架内侧满铺模板,支架拉管与侧墙钢板连接,侧墙钢板与桥台植筋连接。开挖第一层土方,形成工作坑。切割第一层混凝土,外(背离铁路)低内(面向铁路)高,形成4°倾角的切割斜面。切割时,先水平斜面切割,再竖向切割,每条竖向切缝保留底部20 cm～30 cm不切断,向台内勾倒侧墙,破碎外运。

4 安全风险分析及安全保障措施

4.1 安全风险分析

根据现场施工内容,对双港大桥旧桥拆除施工进行危险源分析,U形组合箱梁桥拆除施工中,拆除桥面附属设施、预制板及横隔板切割、U形箱梁吊装拆除及桥台拆除的风险源主要由营业线、高空作业、大型机械设备及施工用电引起,容易影响铁路行车安全、造成高处坠落、物体打击、触电、机械伤害等。

4.2 施工安全保障措施

1)桥面附属设施拆除。a.拆除桥面附属设施前,防抛网上满铺安装一层模板,防止混凝土块掉落至线路。b.拆除护栏,在其下方钢轨的前后3 m范围内垫胶合板或方木并覆盖彩条布,防止碎渣砸伤钢轨。c.桥面铺装拆除后,及时清除梁缝间砂石垃圾,覆盖模板,防止碎渣掉落至线路。

2)梁端空心板拆除。梁端空心板切割须在铁路封锁停电状态下进行,并在切割位置道床上铺设彩条布。钻设吊装孔位置,须避开接触网。预制板拆除后,模板及时封盖并用膨胀螺栓固定。

3)空心板及横隔板切割。a.切割时,绳锯及机械旋转方向采用梁底送刀,梁面割刀。避免锯绳断裂,损伤桥下接触网。b.采用强度高、耐磨性强的新锯绳,锯绳只能一个接头,且保证锯绳接头对接牢固。c.桥下接触网承力索采用预绞式护线条保护,避免碰伤或碰断接触网。d.桥下线路铺设彩条布,避免绳锯(片锯)切割产生废水污染线路。e.封锁结束前,检查横隔板及湿接缝处是否有松散混凝土块。

4)梁体吊装拆除。a.吊装设备起吊能力须满足施工要求,架桥机须年检合格,操作时严格遵守操作规程。b.既有线上方作业,须严格遵守既有线作业规定。

5)高桥台拆除。a.设置防护架,防止绳锯断裂及桥台切割碎片掉入铁路线。b.分块切割桥台前墙,形成内低外高切割面,避免切割块倒向线路。

5 结论

上跨多股运营线路的旧桥拆除,拆桥施工安全、路面交通疏解与既有线运营安全及可用施工天窗时间等问题夹杂在一起,选择高效、安全的拆桥方案是确保跨线旧桥快速、安全拆除的关键。本文通过工程实例,进行拆桥方案比选,确定了上跨车站的U形组合箱梁拆除方案,金刚石绳锯切割、架桥机吊装拆除;高桥台拆除,搭设防护支架,分块切割、逐层拆除。总结了跨多股既有线U形组合箱梁桥和高桥台拆除的关键施工技术及安全保障措施,为同类桥梁拆除提供借鉴。