既有铁路梁桥改建框架箱形桥施工工法

'既有铁路梁桥改建框架箱形桥施工工法中铁七局集团第一工程有限公司李景安刘平均韩广林许淑珍刘鹏涛工法编号:EJGF33-20071.前言随着城市基础设施水平逐渐提高，投资环境不断改善，提高城市品位，促使城市道路建设迅猛发展，新建或改扩建的城市道路规模及标准均较高。因此城市道路穿越铁路立交桥改扩建也日益增多，跨度越来越大，将原来的粗笨梁型桥立交逐渐为秀巧的框架箱型桥所代替。2001年5月至11月，在郑州紫荆山路向南展长下穿陇海线上、下行货线施工过程中，我们根据现场条件进行研究的结果，建立了多孔连体框架箱形桥置换大中梁式桥的施工方法------横抬、破碎、顶入方法。该方法取得了良好的经济效益和社会效益，在施工安全、质量、进度、经济等方面赢得了郑州铁路局、业主和社会各界的广泛好评，我们将该施工方法进行总结整理形成此工法。2.工法特点2.0.1在线路一侧设工字钢简支纵梁，另一侧预制框架箱桥，形成横抬梁的两侧支点，在轨道下穿入工字钢横抬梁，抬起轨道，对线路进行架空加固防护，保证安全行车。2.0.2采用液压破碎机械拆既有墩台与桥梁，用顶镐顶进框架箱桥。2.0.3机具设备简单，全部使用通用机具设备。2.0.4占用劳动力少，占用施工场地小。2.0.5不受地形场地限制，不中断列车运行。3.适用范围3.0.1适用于在各种地形条件下既有铁路大中桥扩孔、换梁、改造施工。2.0.2适用于在各种地形条件下既有铁路平交改立交施工。中铁七局集团有限公司-3- 4.工法原理4.0.1施工期间为了不中断列车运行，在拆除既有桥梁前，必须先对轨道进行独立架空防护。防护方法：在线路一侧设临时支墩（要与既有墩台位置相互错开），支墩上架设工字钢简支纵梁，另一侧预制框架箱桥（强度达到100%），作为工字钢横抬梁的两端支点（预制框架箱桥其顶面用方木调整标高后支承横梁），工字钢横抬梁穿入轨道以下，抬起轨道（如图4.0.1）。这样，由抬梁将轨道和列车荷载传递到纵梁和框架箱桥上，使既有桥梁失去作用。4.0.2既有墩台与桥梁采用液压破碎机械拆除。4.0.3按顶入法顶入框架箱桥到设计位置，完成桥梁置换。图4.0.1独立架空防护示意图5.施工工艺和操作要点5.1框架箱形桥置换大中梁式桥的施工工艺流程图：中铁七局集团有限公司-3- 图5.1铁路梁桥改建箱型框架桥工艺流程图在纵梁和箱桥顶穿架横梁与纵梁连接线路架空设备承载取替既有梁桥线路架空后维修铁路梁桥一侧对应既有桥墩台间适当处砌筑临时支墩既有线桥墩台基础防护顶进设备准备、安装、维护铁路梁桥另一侧按设计位置处预制箱桥（100%强度）箱桥顶支垫滑板，代替纵梁纵梁架设拆除既有梁和墩台利用行车间隙顶进箱桥就位拆除架空横梁恢复线路拆除架空纵梁及临时纵梁支墩附属工程施工至竣工交付铁路既有线施工全过程安全防护无缝线路放散及锁定顶进箱桥既有路基防护中铁七局集团有限公司-3- 5.2纵、横梁设计及顶力计算5.2.1纵梁设计纵梁采用厂制I100工字钢梁，两片并联，临时墩台用片石砌筑（或万能杆件），墩台顶帽设计成凹形槽口，以便固定纵梁抵抗横向力（如图4.0.1）。既有旧桥和新设计的框架箱桥位置不一定完全对应，所以便梁长度确定：新建框架箱桥横跨宽度+新、旧桥两端里程差+施工对桥头路基的影响范围长度。计算纵梁抵抗横向力，还应计入箱桥顶入时轨道和横抬梁的最大阻力F。其最大阻力F计算为：F＝K（P＋Q）（5.2.1-1）式中：F－最大阻力；P－箱桥全长＋6.0m范围内轨道重量；Q－箱桥全长＋4.0m范围内横抬梁重量；f1－涂油钢板阻力系数取0.4。5.2.2横抬梁设计横抬梁采用工字钢I40，设计跨度8.0m，两根并联成组，用U型螺栓联结，每组间距按线路基本轨轨型和行车速度考虑，横抬梁设计最大挠度为15mm（规范挠度值是8.0m×1/400＝20mm）。5.2.3顶力计算根据设计文件的地质勘探资料，结合施工现场工作坑开挖土的性质和地下水位情况，以及顶进长度和施工方法等因素计算最大顶力：P=K[N1f1+（N1+N2）f2+2Ef3]（不设钢刃角）（5.2.3-1）式中：P-最大顶力；N1-线路加固材料荷载和箱桥顶上其他荷载；f1-箱桥顶面钢滑板与横梁的摩擦系数，钢滑板顶面涂油摩擦系数取0.4；N2-箱桥自重；f2-箱桥底板与基底的摩擦系数，取0.7～0.8；E-箱桥两侧土压力；f3-侧面摩擦系数，取0.7～0.8；K-系数，取1.2。12- 5.3操作要点5.3.1临时墩台施工1墩台位置要与既有桥位相互错开，给破碎既有桥墩、台、梁时机械工作便利的空间。框架箱桥预制好以后到穿入横抬梁前，必须顶到尽量接近既有桥的位置，必要时，可先拆除老桥的人行道或对墩台基础作技术处理，纵梁临时墩台内侧边沿到框架箱桥设计位置的距离考虑10cm为宜，保证箱桥能正确顶入就位即可。2临时墩台尺寸和质量要求临时墩台采用商品混凝土泵送灌注，机械振捣，强度达到100%时在混凝土基础上采用人工砌筑M10水泥砂浆砌片石支墩，片石支墩几何尺寸为：下底长宽6.6×5.3m、顶面长宽4×3m，高8m，M10水泥砂浆砌片石支墩施工质量标准执行《铁路混凝土与砌体工程施工规范》、《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》。5.3.2纵梁架设1采用悬臂牵引法，在桥头顺路肩将工字钢用联接板纵向联结，在另一桥头用卷扬机悬臂牵引，在每个墩台顶设滚动支点，当第一个纵向联结工字钢片架完以后，再架第二纵向联接片，然后在墩台顶用双千斤顶吊起纵梁接头，取出滚动支点，安装平支座，利用墩台顶凹形槽翼墙和钢板将纵梁进行横向固定，以抵抗横向水平力。2预制侧框架箱桥两侧与路基间的空档架空部分，采用φ1.5m钢筋混凝土挖孔桩作I100纵梁支点，纵梁先利用25t汽车吊吊于箱桥顶，然后纵移到位。5.3.5横抬梁架设1在有碴桥上，有些道碴厚度不足，当穿入I40工字钢抬梁时有困难，解决这个问题的方法有两个，一是起道顺坡，这要增加落道工序，有时顺坡也会遇到受坡度限制的问题。第二就是换弧形支座为平板支座进行落梁，为穿入横抬梁留出空间。落梁时，要随着落梁用道碴及时找平线路。然后及时进行穿横抬梁工序。先将横抬梁放在框架箱桥桥顶面上，然后方枕扒碴，在纵梁上挂一个倒向滑轮，将卷扬机挂固在箱桥顶面，用卷扬机拖拉穿入横抬梁。横抬梁每组两片，分片穿入，然后用U形螺栓联结，使其进入横抬梁工作状态。12- 2随着横抬梁的逐组穿入，在线路两侧布置[30双槽钢组纵向联系梁用U形螺栓，将横抬梁联系起来，使其形成整体状态。联系梁要靠近线路，以不侵入建筑限界为准。5.3.6纵横梁间联结横抬梁与纵梁一端联接间用M24U型螺栓，它的作用是固定横抬位置和传递横向力，横抬梁的另一端自由放在框架箱桥顶面的支承方木上，支承方木上铺垫10mm厚涂油钢板，钢板既是垫板，也是滑板；各横抬梁间用槽钢[30联结，在线路两侧，每侧一条，使横抬梁形成整体共同工作。5.3.7轨道横向控制在纵向联系梁与基本轨之间，用120×120mm方木对称水平支撑，间距75cm，限制轨道横向移动。5.3.8既有桥拆除1在线路架空前拆除既有桥人行道、栏杆，凿除梁侧面钢筋混凝土挡碴槽；分别间隔清除桥面所有枕档间道碴，穿入横抬梁与纵梁联接。在既有梁下搭设枕木垛或其他形式支墩，托起旧梁，以便拆除墩台。如果采用临时枕木支墩，枕木支墩距离墩台边沿2米，高度至梁底，防止拆除过程中，梁的一端翘起，顶起线路发生变形，影响行车及人身安全，或者中断行车；枕木垛底部应夯实，底部两层满铺枕木。当所有线路架空设备承载后，用液压破碎机破碎墩台，然后将旧梁下落一定高度后破碎，以免破碎机碰撞轨道架空设备；或者，可以采用定向、无声静态爆破将旧墩、台、梁拆除。采用通常方法将框架箱桥顶入就位，拆除架空设备恢复线路。2拆除工作全部使用德国进口砼破碎机械来完成时，拆除进度情况如下：1）砼梁每小时拆除2m3，拆除量为118m3，需59小时拆除完；2）拆除片石每小时4m3，拆除量为336m3，需84小时拆除完；3）以上两项拆除时间合计为143小时，6天时间可以完成拆除任务；4）顶进挖土、清除工程垃圾时间9天可以完成。5）因此15天时间可以完成顶进，再10天恢复线路常速，根据上述数字看出，40天慢行时间可以完成一座立交桥架空施顶工作。6.施工机具设备及劳动力组织6.1施工机具设备进场数量要根据桥梁大小而定。其类别型号如表6.1。表6.1机具设备表12- 序号名称规格型号单位数量备注1千斤顶10t台22千斤顶100t台83顶镐320t台224卷扬机3-5t台15吊车8t台16吊车25t台17破碎机液压40台28工字钢I100焊制片8纵梁9工字钢I4010m根200横抬梁10槽钢I306-12m根30联系梁6.2在现场设立施工组织领导机构5人，进行施工管理。下属各工种班组如表6.2。表6.2劳动力组织表序号工种人数备注1吊车司机22顶镐控制工83破碎机司机64起重工85架子工106线路工107卷扬机司机28防护员109普通工人207.施工质量控制7.0.1认真贯彻执行项目经理负责制，建立健全项目经理和作业班组内部质量保证体系，严格执行ISO9001质量管理体系标准，严格分工负责，逐级负责岗位制度。7.0.2技术人员及施工管理人员坚持做到“图纸审核制”、“技术资料复核制”、“工序交接记录本制”、“监督检查人员认证制”、以及“质量安全事故报告制”12- ，各工序间建立自检和互检制，严把每道工序关。7.0.3严格按照设计文件、“铁路施工技术规范”及“验收标准”和监理工程师要求组织施工，技术资料和计量工作要标准化、规范化，每道工序要自检、互检达到合格后方可施工下道工序，服从监理工程师的监督，把质量要求落到实处。7.0.4依照公司《程序文件》，实行现场作业有序可控，每道工序较好的方案，严格组织施工技术交底，要有各项施工记录，原始资料有依可查，做到可追溯性。7.0.5加强施工中各工序的衔接，严格执行隐蔽工程检查签证和分项分布工程检查制度，凡隐蔽工程，领工员、技术员、质量检查员必须认真进行自检，合格后备齐资料，通知监理工程师检查签认后，方可隐蔽施工。7.0.6设专职质量检查员，把质量工作纳入每晚施工交班会并组织工程质量评比、检验，根据检查情况奖优罚劣，促进工程质量提高。7.0.7对工程所购进的各种半成品或工程材料必须获得相当等级质检单位的许可证明，方可使用，严禁不合格产品使用到工程上，对合格产品也要进行编号、标明厂家，并附有出厂合格证。所有片石、砂子、碎石、水泥必须符合质量标准，砌筑浆片要注意错缝、灰缝宽度及砌筑的砂浆捣实度。施工浆片石及砼要加强养护工作，搅拌砂浆、砼要按配合比挂牌施工，做好试验工作。7.0.8对施工进行全过程计量、试验和检测，确保每道工序都达到规范要求，严格原材料入场检测程序，把好材料合格的标准。7.0.9冬季施工应严格按照规范执行，防止冻害影响工程质量，掺入的防冻剂，要专人配比，确保工程质量达到优良。8.安全措施8.0.1成立项目指挥部及经理部，并配备强有力的安全检查班子，项目副经理专职抓安全、质量，使安全工作在组织上得以保证。8.0.2建立健全各项安全制度、安全生产奖惩办法，使安全工作在制度上得以保证，以强化干部、职工安全思想意识。8.0.3施工队伍进点后，在编制实施性施工组织设计的同时，编制主要工序的安全操作规程，制定切实可行的安全技术措施，各种作业严格执行。8.0.4在行车线路上施工，必须先制定安全技术措施，严格执行在既有线上作业的有关规定，进行技术交底，并组织有关人员学习有关规定和要求。12- 8.0.5牢固树立“安全第一”的思想，坚持“安全生产、预防为主”的方针，坚持季、月、旬专职检查评比和班前、班中、班后“一日三检”制度，坚持安全技术交底，班前安全讲话和岗前培训持证上岗。8.0.6线路架空时，箱涵顶进均应办理慢行要点计划审批手续，待运输部门批准后方可施工。8.0.7设置工点防护员，严禁未设防护进行施工。严格执行高空作业的有关规定。在框架箱桥顶进过程中，要随时检查线路状况，线路状况不良不得放行列车。8.0.8设置工地与车间的联络电话，专人负责联系列车通过情况，及时通知现场，并经常向运输部门介绍工地情况。8.0.9对既有线路设备进行拆换、加固或起拨道时，应事先与当地工务部门取得联系，经协商研究后，方可进行，无缝线路地段施工应按有关规定进行。8.0.10按上级批复后的加固方案对既有线路进行加固，任何改变原定加固方案的建议，必须重新报请上级批准后采用。8.0.11遇有危及行车安全情况时，应尽量在列车通过这前处理。若不能完成时，应派出防护人员设置信号，通知列车停止前进。8.0.12顶进施工完毕，线路恢复正常后，应会同当地工务部门共同检查线路情况，合格后办理撤消要点计划手续，线路防护工作结束。8.0.13车辆、机具、材料、临时构造物设置不得侵入铁路限界。8.0.14工地工棚区要做好防火、防盗要配备一定数量的防火消防器具，冬季施工要防煤气中毒。8.0.15夏季在无缝线路上作业降低轨温的方法是：在基本轨腰两侧夹置海棉带，海棉带中放置通长多孔水管，通入有压水，可把轨温控制在锁定轨温以下，防止胀轨跑道。8.0.16落梁要缓慢，分端交替逐渐进行，保持两片梁原来的焊联状态，落梁前要在线路上备好道碴,随落随起道找平轨道。8.0.17在破碎机进场作业时，要设警界线，防止破碎机械碰撞线路架空设备。轨道架空设备昼夜设专人检查维修，确保临时工程的质量，保持完好状态。9.环保措施12- 9.0.1按照ISO14001环境管理体系标准建立了完善的环境管理体系，成立以项目经理任组长的环境保护及文明施工领导小组，配备专兼职环保实施人员，并及时搞好环保工作。9.0.2切实贯彻环保法规，严格执行国家及地方政府颁布的有关环境保护、水土保护的法规、方针、政策和法令。在编制实施性施工组织设计时，制定防止和减轻污水、大气污染，防淤积，保护生态环境的环保措施，把施工生产的环保工作作为一项内容，并认真贯彻执行。9.0.3加强施工生产中的环境保护工作，根据地区特点，针对性的采取措施，以最大限度地减少对施工环境的破坏。9.0.4创建文明工地，采取有效措施，消除施工污染。对工程垃圾、生活垃圾等要及时处理，并运往当地环保部门指定的地点。在人口稠密区施工要尽量降低噪声污染，减少对当地居民正常工作和生活的影响。9.0.5施工场地平整，材料设备堆放整齐有序，标志齐全、醒目。做到工完场清，按原来标准迅速恢复被破坏的设施。运输砂石和弃碴在夜间进行，车载不过满，采取遮挡措施，防止在运输过程中沿途抛洒扬尘。9.0.6所有生活污水或其它污水必须经过处理，方可排入城市污水管道。9.0.7废渣处理应及时，堆积和废弃不应影响防洪排水设施，弃土按联系好的弃土场位置和规定组织施工。9.0.8强化环保管理。建立健全企业的环保管理机制，定期进行环保检查，加强对环保知识、环保政策的教育，及时处理违章事宜，并与地方环保部门建立工作联系，接受社会及有关部门的监督。10.经济效益分析10.0.1如方案采用先预制框架箱桥，待强度达到设计要求后，进行线路封锁施工，需要铁路局同意批复才能折除既有梁、墩台，然后挖土、清运垃圾及顶进作业，中断铁路运输10天，运输损失近400万元（铁路局不可能批准）；而采用此方法施工影响铁路运输损失不足50万元。节约350万元。10.0.2如方案采用修筑便线绕行就位现浇施工，占用大量城市绿地面积，拆12- 迁建筑物多，严重影响城市道路交通，且修筑一条便线费用约200万元以上。而采用此方法施工影响铁路运输损失不足50万元，线路架空直接费用80万元，且架空设备在该项目上周转三次，成本费用大大降低。节约费用120万元。10.0.3该方法架空设备简单轻便，对行车安全可控性强，对铁路运输减小到最低程度；在施工中占用施工场地小，避免了修筑便线绕行和居民临时迁移，不影响周围居民及企事业单位正常生活和工作，有利于文明施工；占用劳动力少，工程进度快，干扰因素少，各种设备资源能较好地利用，有较好的经济效益、社会效益和环境效益。11.工程实例11.0.1郑州市紫荆山路向南展长，下穿陇海线上行货线，该处原有1座3－16.0m预应力钢筋砼梁桥，本货线高7.0m，公路和铁路法线夹角28°。新建立交桥为7m＋12m＋12m＋7m整体框架，全宽51.3m。本段线路基本轨型60kg／m，枕下道碴厚度10－15cm，无法抬道顺坡。用本工法施工，线路架空长度80.0m，通过换弧形支座为平板支座进行落梁，为穿入横抬梁留出空间。纵梁采用宝鸡桥梁厂生产的I100工字钢梁，两片并联，I100跨度15.25m，横抬梁间距采用75cm，横抬梁最大挠度15mm；拆除工作全部使用德国进口砼破碎机械来完成。本工程2001年5月10日开工，9月25日竣工，工期138天。在施工中施工安全、行车安全得到了有效保证，收到了较好的经济效益。11.0.2郑州市紫荆山路向南展长，下穿陇海线下行货线，该处原有1座3－16.0m预应力钢筋砼梁桥，本货线桥高11.0m，公路和铁路法线夹角28°。新建立交桥为7m＋12m＋12m＋7m整体框架，全宽51.3m。本段线路基本轨型60kg／m；该工程线路坡度6.7‰，枕下道碴厚度10－15cm，无法抬道顺坡。本工程在上行线桥成功施工的基础上继续用本工法施工，线路架空长度80.0m，通过换弧形支座为平板支座进行落梁。纵梁采用宝鸡桥梁厂生产的I100工字钢梁，两片并联，I100跨度15.25m，横抬梁间距采用75cm，横抬梁最大挠度15mm。本工程2001年8月20日开工，11月30日竣工，工期92天。在施工中施工安全、行车安全得到了有效保证，收到了较好的经济效益，该桥同上行桥一起被除数评为优质工程（优质工程证书、开通图片附后）11.0.3洛阳市东出入口道路穿焦枝铁路立交桥位于洛阳东铁路疏解区焦枝线干线K119＋306.7处，公路中线与铁路下行线夹角为82°40’40"。铁路路堤高14米12- ，上部铁路为三股道，自东向西依次为焦枝下行线13道、焦枝上行线14道和南西联络线5道，且均不等高。箱桥主体设计为一个中孔和两个边孔，均为为钢筋混凝土双层框架联体结构，孔跨结构为8m＋13m＋13m＋8m。采用本工法进行施工，其主要特点是路基高、跨度大，顶程大（59米），顶力大（8650t），中孔和边孔加在一起最大跨度56.8米，跨铁路三股道，中孔和边孔跨度加在一起，影响陇海、焦枝两大铁路干线，其高度、顶力和顶程、施工难度均居中原之最，曾被称为“神州第一顶”。该工程顶进施工于2001年11月开工，自2002年3月1日开始要点架空，于5月30日全部顶进就位，6月27日消点结束。箱桥就位后的方向、水平均符合施工规范要求。整个施工过程共用了119天，比原计划工天提前了7天，而且杜绝了铁路运营安全、人身伤亡事故及其他事故的发生。施工中多次受到郑州铁路局和洛阳铁路分局通报表扬，并洛阳市建委的高度赞扬和充分肯定。“优化顶进方案确保施工安全质量”QC成果被评为2003年郑州铁路局优秀QC成果。12-'