重载铁路大跨度钢桁梁跨越繁忙干线拖拉施工工法(含施工图)

'重载铁路大跨度钢桁梁跨越繁忙干线拖拉施工工法中铁xxx局集团xxx工程有限公司1．前言随着我国重载铁路的快速发展使得重载跨越既有线铁路、高速公路不可避免，重载铁路大跨度钢桁梁具有跨度大、承重能力强、主梁高度小等优点，对跨越铁路和公路有这巨大的优势，在今后的大跨度钢桁梁拖拉运用于跨越既有铁路的情况也会越来越多。由于钢桁梁架梁施工时需要封闭既有线铁路，施工难度大和安全风险高，钢桁梁采用拖拉施工在进行跨越繁忙干线的架梁施工中具有架梁速度快、对既有铁路影响小等优点，应用十分广泛。特别是重载铁路大跨度钢桁梁拖拉跨越xx铁路繁忙干线在国内可供借鉴的施工经验不多，山西中南部铁路通道ZNJT-13标正线跨南水北调及xx线特大桥的1-18m钢桁梁拖拉施工，由中铁xxx局集团xxx工程有限公司对《重载铁路大跨度钢桁梁跨越繁忙干线拖拉施工技术》的技术攻关，解决了重载铁路大跨度钢桁梁跨越繁忙干线拖拉施工的一些难题，取得了良好的经济技术效益和社会效益。该技术于二〇一三年九月二日通过甘肃省科技厅组织的科研成果鉴定，其关键技术达到国内领先水平。为了更好的推广应用此项科技成果，更好的服务于现场施工，在总结施工实践的基础上，经整理提高形成本工法。2.工法特点2.1重载铁路钢桁梁采用贝雷梁和钢箱梁两种不同滑道体系满足拖拉施工要求，减少支架工程量节约了成本。2.2钢桁梁上滑块前后两端采用半圆形倒角设计，并采用高强、低摩擦的MGB板代替四氟滑板，提高了工效。2.3钢桁梁在悬空跨越时，设置鼻梁消除钢桁梁下挠度，使钢桁梁前端能快速安全的滑入滑道，实现了钢桁梁由悬空状态到支撑稳定状态的快速转化。2.4钢桁梁跨越繁忙铁路干线时，采用改进设备实现快速拖拉的架梁施工。3．适用范围该工法适用于重量大、跨度大的钢桁梁采用拖拉法快速跨越繁忙干线铁路的架梁施工，对类似环境下的铁路、公路工程施工也有一定的参考价值。4.工艺原理4.1通过在MIDASCivil中建立空间整体模型，分析临时支架和滑道梁受力情况，在其受力和变形满足规范的要求下，确定了拼装区和拖拉区采用不同滑道梁体系，降低了钢箱滑道梁的制作费用，节约了施工成本。12 4.2重载铁路1-108m钢桁梁重量大，拖拉时摩擦力大；通过在钢桁梁拖拉的上滑块前后端采用半圆形倒角设计，并采用高强和低摩阻的MGB滑板替代普通的四氟滑板，以及通过改进拖拉连续千斤顶实现了钢桁梁快速拖拉跨越繁忙干线，减少了铁路施工封锁要点时间和次数，达到了良好的社会和经济效益。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程场地平整、支架基础施工支架立柱及梁部安装周转材料进场加工滑块安装钢桁梁杆件进场钢桁梁拼装56#～57#墩支架施工安装拖拉系统拖拉跨越107国道拖拉跨越xx铁路拖拉到位横向被动限位起顶、落梁、调整平面位置桥面系、附属工程施工竣工验收墩顶布置、起顶拆除滑道梁图5.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1总体设计方案由于108m钢桁梁设计位置跨越既有xx铁路及107国道，原位不具备拼装条件，所以采用钢桁梁异位拼装后整体拖拉滑移到位的施工方案。12 图5.2.1钢桁梁拖拉施工临时支架布置总体图5.2.2钢桁梁拖拉临时支架施工1、拼装区临时支架施工拼装区临时立柱采用φ500mm钢管柱，纵梁采用多排单层下弦加强型贝雷梁。立柱应设置在钢桁梁的节点位置，避免钢桁梁拼装时贝雷梁受力下挠造成拼装时钢桁梁预拱度发生变化。且临时钢管立柱的支点应与贝雷梁的节点相对应，使贝雷梁能承受最大应力。2、拖拉区临时支架施工拖拉区滑移支架由L1#至L8#立柱组成，分三个独立的群体。其中L1#至L3#立柱连接为一个独立的整体，L4#至L6#立柱连接为一个独立的整体，L7#至L8#立柱连接为一个独立的整体。各个独立的整体之间滑道梁不连续。5.2.3拖拉滑道系统施工1、拼装区滑道施工每主桁下拼装9片贝雷梁，梁顶采用I22a工字钢做为分配梁，间距0.75m，长度1.5m，在钢管柱支墩位置横向设2根通长I22a工字钢与两主桁下的贝雷梁相连接。I22a工字钢分配梁应设在贝雷梁的节点位置，使贝雷梁受力状态处于最佳状态。滑道梁为P50钢轨，倒顺并排铺设，每桁共需10根。钢轨组上面再铺δ20mm钢板，宽1.1m，通长铺设。钢板上面满铺6mm厚的抛光不锈钢板做滑动面。2、拖拉区滑道施工每桁下方布置一道1500×700钢箱梁作为滑道梁，滑道梁与钢管柱的桩顶分配梁用三角加劲板焊接，上铺6mm抛光不锈钢板作为滑动面。5.2.4横向纠偏限位装置12 钢桁梁滑道两侧安装纠偏限位装置，限位导向分两种，一种是安装导向轮，用于钢桁梁拖拉时限位导向的。另一种为侧向纠偏装置，用于钢桁梁静态时安装水平千斤顶进行纠偏的。A滑道梁在L2、L3立柱上方各安装一对限位导向轮；B滑道梁在L4、L6立柱上方各安装一对限位导向轮；C滑道梁在L7立柱上方各安装一对限位导向轮；贝雷梁支架处分别在4#、6#、8#、10#临时支墩上方安装限位导向轮，在5#、7#、9#、11#、12#安装侧向纠偏装置。导向轮随着钢桁梁移动向前移动。图5.2.4-1贝雷梁限位导向装置施工图图5.2.4-2贝雷梁侧向纠偏装置设计图5.2.5滑块施工滑块布置于钢桁梁下弦节点处，其加工高度根据钢梁预拱度设计值不同而设置，以使钢桁梁在拼装及滑移过程中始终处于底部水平状态。滑块采用钢板焊接成整体形式，上滑块前后两端的改造成向上曲翘的半圆形倒角，这样的上翘倒角能使错开和脱空的不锈钢板在钢桁梁滑移过程中继续压入上滑块下面，不会影响整体下滑道的不锈钢板。滑板采用强度高、摩阻小新型材料MGB滑板，MGB滑板用铆钉固定在上滑块底部。滑块与钢桁梁采用与钢桁梁底部焊接和吊杆连接双保险固定。滑块在悬空时不拆除。5.2.6拖拉系统施工12 拖拉系统主要由TX200LJ型张拉连续千斤顶、大型TX-2×40P的液压泵站、拖拉分配梁、钢绞线以及钢桁梁上锚固点等几个部分组成，拖拉分配梁设置于L7#立柱上方的C滑道梁端部，与滑道梁焊接为整体，滑道梁支顶在主墩垫石上。钢绞线采用10-φ15.2规格。钢桁梁锚固点设置在桥面板横梁下方，并做局部加固。钢梁拖拉锚固点共两个，设置在钢桁梁后端，横桥向对称布置。钢梁总重1980t，水平拖拉钢梁时取锚固点最大锚固力共200t。采用MGB板与不锈钢的摩擦系数为0.04，所需的拖拉力为2000*0.04*1.1=88吨；因此采用两台125吨连续千斤顶完全满足要求。每根7φ5钢绞线按135kn设计，单侧用抗拉强度1860Mpa的9-7φ5钢绞线；拉力为121.5t，大于钢桁梁摩擦力，满足拖拉要求。5.2.7钢桁梁拖拉施工1、拖拉前的准备工作①滑道布置按照设计图纸的要求对滑道进行布置，并在6mm抛光不锈钢板顶面涂抹黄油润滑剂。②安装千斤顶和钢绞线采用卷扬机拖拉预紧钢绞线，使各根钢绞线松紧一致；拖拉采用两台ZLD200吨连续千斤顶，按照平坡拖拉的方案组织施工。③支座安装由于钢桁梁的支座体积及重量均较大，为方便施工，安装滑道梁前应首先在墩顶垫石进行钢桁梁支座的安装。④全面检查高强螺栓施拧是否到达设计规范要求，清理桥面，将所有材料设备和杂物清理出桥面，而后封锁桥面，禁止任何人员设备上桥面。⑤准备拖拉作业的指挥与联系用的对讲机和信号旗，接好电动油泵的线路、油管和油表并试运转，工作人员各就各位，准备拖拉施工。5.2.8钢桁梁拖拉施工步骤一：拖拉钢桁梁向56#墩方向滑移12m，使前端E0滑块托空。图5.2.8-1钢桁梁拖拉步骤一12 步骤二：继续前进21.5m，钢桁梁前端鼻梁上B滑道梁；在滑道梁上鼻梁下方布置200t竖向千斤顶及其下方滑板，200t竖向顶起顶，消除钢桁梁前端挠度，然后水平千斤顶拖拉钢桁梁前进1.5m，使E0下方滑块整体上B滑道梁。图5.2.8-2钢桁梁拖拉步骤二步骤三：继续拖拉钢桁梁向56#墩方向前进22.4m，钢桁梁前端滑移至临时支墩L4。固定钢桁梁，等待郑州铁路局xx铁路封锁要点日期。图5.2.8-3钢桁梁拖拉步骤三步骤四：按铁路局既有线施工计划，封锁xx铁路下行线120分钟，拖拉钢桁梁向56#墩方向前进12m，使钢桁梁前端至xx铁路上行线限界处。图5.2.8-4钢桁梁拖拉步骤四步骤五：连续利用垂直天窗，封锁xx12 铁路上下行40分钟，拖拉钢桁梁向56#墩方向前进5m，悬停在铁路上方，距离A滑道梁7.5m，固定钢桁梁，等待下一次要点施工。图5.2.8-5钢桁梁拖拉步骤五步骤六：第二次封锁xx铁路上下行40分钟，拖拉钢桁梁向56#墩方向前进5m，悬停在铁路上方，距离A滑道梁2.5m，固定钢桁梁，等待下一次要点施工。图5.2.8-6钢桁梁拖拉步骤六步骤七：第三次封锁xx铁路上下行30分钟，拖拉钢桁梁向56#墩方向前进1m，钢桁梁前端鼻梁至A滑道梁上方；在滑道梁上鼻梁下方布置200t竖向千斤顶和MGE滑板，200t竖向顶起顶，消除钢桁梁前端挠度，继续拖拉钢桁梁前进1.5m，使E0滑块移动到A滑道梁。图5.2.8-7钢桁梁拖拉步骤七12 步骤八：按铁路局既有线施工计划，每次要点封锁上下行60分钟，点内进行钢桁梁拖拉作业，每次拖拉6-7米，共需4次要点。直至钢桁梁拖拉至设计位置。图5.2.8-8钢桁梁拖拉步骤八5.2.9拖拉过程中线形控制和纠偏1、拖拉过程中的线形观测在前方桥台上置放全站仪，在主梁端头两侧、主梁梁头和梁尾设置横向标尺。拖拉过程中设置专人不间断观测主梁下挠度，同时观测主梁的横向偏移。2、限位观察拖拉过程中通过滑道上横向限位导向轮装置，使钢梁按直线行走。每个限位挡块处设置专人观察钢梁横向偏移趋势，观测限位装置的受力变形情况。3、拖拉过程中防止溜滑及固定拖拉钢梁时，为了防止因冲击振动，强风突然吹袭等原因使得钢梁向前溜滑，在钢梁后方（61#墩）左右两侧各安装一台10t卷扬机配合一个五组的滑轮组制动设施控制钢梁速度，拖拉时随钢梁前进不断放松，但必须保持一定的牵引力。4、施工测量控制①、施工观测的目的为了验证主梁截面应力和主梁、支墩等的变形是否符合安全要求，必须精心进行施工观测。②、施工观测内容⑴各支墩受垂直荷载和水平推力所产生的变位和沉降量；⑵钢梁拖拉过程中，主梁的变形。⑶拖拉过程中桥轴线偏位观测。③、观测方法和仪器⑴主梁挠度、支墩的压缩变形和沉降等项目可在观测部位设置固定的水准尺或测点用精密水准仪观测。12 ⑵主梁平面轴线的偏移，支墩受水平推力发生的偏移可在桥面和支墩上标记的轴线位置用全站仪观测。5.2.10钢桁梁起落梁及定位钢桁梁的前端需设限位装置，防止钢桁梁拖拉过多，超出设计位置。钢梁拖拉到位后，在墩顶设计位置布置钢垫梁、钢垫块、630t竖向千斤顶和100t水平调整千斤顶。起顶钢梁，然后将除两端E0、E0’滑块以外中间所有的滑块移除，千斤顶下落，使得钢桁梁支承在两端E0、E0’滑块上。当钢梁下落到位后可能因种种原因不能与设计位置保持一致，必须在墩位处做少量纵横移进行调整。首先由竖向千斤顶起顶钢梁底面离开支座顶板，然后通过设置在钢垫梁上的纵横向100t水平千斤顶调节钢梁的水平位置。当钢梁的水平位置调整到位后下落钢梁，然后安装支座板连接螺栓。5.2.11劳动组织劳动力组织方式，以工班为单位施工。现场施工人员根据施工方案、机械、人员组合、工期要求进行合理配置。具体施工人员见下表1。表1劳动力组织序号主要施工人员数量备注1现场施工负责人1人　2现场施工技术员2人　3滑道观察技术员6人4安全防护员4人　5工班长2人　6测量员4人　7吊车司机3人　8连续千斤顶操作技术工人4人9支架安装工30人　6．材料与设备施工过程中应用的主要材料与设备见表2和表3表2主要施工材料项次名称规格型号单位数量备注1螺旋钢管φ500*10mm，t75钢管立柱2螺旋钢管φ820*8mmt59钢管立柱3螺旋钢管φ420*8mm及φ270*8mmt30立柱连接系梁4钢箱梁1500*700*600mmt138滑道梁5贝雷梁3*1.5m片660滑道梁型钢t18012 6钢板t477钢轨P50t102滑道8钢绞线7φ5m2520拖拉钢绞线表3主要施工设备项次名称规格型号单位数量备注1汽车吊130t台1安装钢箱梁2汽车吊50t台2吊装临时支架3连续千斤顶TX200LJ台2拖拉千斤顶4液压泵站TX-2×40P台2拖拉千斤顶用5液压千斤顶630t台4顶梁安装支座6液压千斤顶200t台4纠偏7卷扬机10t台27．质量控制7.1质量标准《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ203-2008）《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）《铁路钢桥制造规范》(TB10212-2009、J941-2009)《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)《钢结构施工及验收规范》（GB50205-2001）《铁路钢桥保护涂装及涂装供货技术条件》(TB/T1527-2011)《铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定》（TBJ214-92）《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件》(GB/T1228～1231-91)《铁路桥涵工程施工安全技术规程》（TB10303-2009）《铁路工程基本作业施工安全技术规程》（TB10301-2009）《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；12 《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1—2005）；《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）；7.2质量控制7.2.1钢结构件应严格按照进行制作，各种构件必须放1：1大样加以核对，尺寸无误后再进行下料加工，出厂前进行预装配检查。大梁制作时应适当起拱，以减少大梁实际产生的挠度。7.2.2焊接要求型材的接长拼接焊缝及钢板对接焊缝应采用全融透焊，焊缝质量应符合二级焊缝质量要求，其余均按三级焊缝质要求。施焊时，应选择合理的焊接顺序，减少钢结构中产生的焊接应力和焊接变形，或采用预热,锤击和整体回火等方法达到同样目的。同一受力区间内各板（管）件对接焊缝位置错开250mm以上。角焊缝，其焊脚步尺寸Hf等于较薄件的厚度，其焊缝长度等于构件搭接长度，一律满焊。7.2.3各道连接体系的焊接、铰接要牢固，不能漏焊或铰接不牢。7.2.4拖拉前由各环节负责人自检合格后，再统一组织全部人员进行复检各道工序是否按设计要求完成。8.安全措施8.1严格按照郑州铁路局批准的封锁计划和施工方案组织施工。坚决杜绝无计划进行既有线施工。严格按与各设备管理单位签定的安全协议和划定的界限施工，严禁私自扩大施工范围。每次封锁计划由安全总监和现场生产副经理共同把关，发布施工命令，组织进行施工，没有安全总监和现场生产副经理下发施工命令，任何人不得施工。安全监督体系成员随时跟踪检查，督促。8.2严格执行铁道部《关于印发〈铁路既有线施工及安全管理办法〉的通知》（铁办[2007]186号）、《铁路工务安全规则》进行既有线施工。施工前，利用晚上时间对现场作业人员进行既有线施工安全学习和安全教育，并做好相应记录，对学习者进行考核，考试合格后方可进行既有线施工。让安全意识灌输到每一个操作人员的思想中。8.3作业中必须按规定着装、佩戴必备的防护用品和正确使用防护用具，严格执行安全技术操作规程。8.4与设备管理单位和行车组织单位分别签定施工安全协议，明确双方的安全责任和义务，及时协调施工与运营的关系，解决行车与施工中的安全问题。8.5根据安全协议，会同设备管理单位负责人经常监视线路、通讯、信号等建筑物和设备处于完好状态。8.6行车、特种作业人员，机械设备、工具操作人员，必须经专业安全技术培训考试合格后，方可持证上岗。8.7严格执行劳动安全防护措施：防车辆伤害；防止高处坠落；防止触电伤害；防止起重伤害；防止机具伤害。吊机严格遵照“十不吊”原则，吊车不得在靠近既有线侧直接“甩尾”12 ，特别注意保护既有线设施。8.8作业工班不得在台风、雨天、雾天或其它能见度较差的气候条件下施工。8.9液压千斤顶工作时，严禁在油管上放置物体，液压千斤顶应由专业人员操作。8.10钢桁梁拖拉时，必须由负责人统一指挥，各环节的负责人向指挥人员汇报情况，指挥人员协调各环节人员，统一调度。出现异常情况时，应果断停止拖拉，检查原因排除异常情况后才能继续拖拉。9．环保措施9.1严格按国家和地方政府有关规定最好环保、水保工作。9.2加强对现场施工人员的环境与文明施工的宣传和教育，提高全员环保意识，增强法制观念。9.3维护自然生态平衡的措施：保护当地自然植被，采取措施使地表植被的损失减少的最低限度。9.4作好施工驻地及施工场地的布置和排水系统设施，生活区周围做到排水畅通，不积水、积污，保证生活污水、生产废水不污染水源。9.5生产生活垃圾集中放在固定的垃圾箱和垃圾池，按地方政府环保部门要求处理。生活用一次性物品均采用易降解材料制品，集中存放，定期掩埋；不易降解的塑料制品等废物集中处理。9.6施工场地设置沉淀净化地，汇集施工期间的废水、泥浆，经化学净化处理后再进行排放。9.7合理规划施工用地，尽量控制或减少对土地资源的不必要破坏。9.8施工现场管理、技术、施工人员佩戴本项目统一制作的胸卡、安全帽。9.9每班每日收工前，必须认真清理施工现场，保证桥面的清洁，不留任何机具材料及废弃杂物。10.效益分析10.1重载铁路钢桁梁采用贝雷梁和钢箱梁两种不同滑道体系满足拖拉施工的技术，论证了两种不同结构体系在组成同一滑道体系，受重载铁路钢桁梁的较大支反力时，其承载能力和变形能力满足重载铁路钢桁梁拖拉的技术要求，减少了临时支架的投入。节约钢箱滑道梁制作费用近30万元。10.2重载铁路钢桁梁拖拉施工中上滑块前后两端采用半圆形倒角设计，避免拖拉滑动时顶卷下滑道不锈钢板的施工技术；强度更高、摩擦系数更小的新材料MGB板代替普通的四氟滑板进行拖拉施工技术；设置鼻梁消除钢桁梁下挠度的施工技术。减少了钢桁梁拖拉跨越107国道和xx铁路的封锁要点时间，与原来方案封锁要点的方案，减少了6个封锁要点天窗，节约了人力、物力、工期，提供了施工效率，节约工期15天。10.3采用本工法进行钢桁梁拖拉既安全、又快速的完成拖拉施工，也得到了郑州铁路局领导的表扬。该钢桁梁安全顺利的完成拖拉施工，确保了13标铺轨按期开工，产生了良好的社会效益。11．工程实例山西中南部铁路通道ZNTJ-13标正线跨南水北调及xx线特大桥1-108m双线道砟桥面简支钢桁梁，位于正线跨南水北调及xx线特大桥56#-56#墩，横跨既有xx铁路及107国道，56#墩位于xx铁12 路以西，距离xx铁路坡脚11.5m，57#墩在107国道以东，xx钢厂货场内，距离107国道14.4m。钢桁梁位于线路直线段上，线路纵坡-1%，线间距4.0m。1-108m钢桁梁在DK666+693处跨越xx铁路，xx线里程为K515+990，与xx线走向的夹角为80°（逆时针），xx线两侧均有隔离网。在DK666+744处跨越107国道，107国道里程为K581+073，107国道为双向四车道，路宽16m，与线路走向夹角为80°（逆时针）。钢桁梁采用无竖杆整体节点平行弦三角桁架体系，计算跨度108m，全长109.5m，桁高14.5m，主桁中心距12.8m，节间长度12m。设计采用拖拉法进行钢桁梁架梁施工。本工法通过采用贝雷梁和钢箱梁作为同一滑道体系满足拖拉施工要求的技术，为本项目节约了钢箱梁费用30万；采用设置鼻梁消除钢桁梁悬空时的下挠度，改进了上滑块形式并采用新型的MGB滑板和对拖拉牵引设备的改造，提高了钢桁梁拖拉跨越繁忙铁路干线时的速度，比计划减少了6个xx铁路封锁施工要点，使钢桁梁拖拉施工对既有铁路的运输影响减少到最小，受到了铁路局领导的肯定和表扬。本工程2012年7月开始施工，2013年3月完成施工，期间因春运影响停工近3个月，施工期间未发生一起人身伤害事故也未影响既有铁路的正常运营。该拖拉施工工法研究取得了较好的研究成果，最终形成了比较全面、成熟的科研成果和施工工艺，施工工艺和经验在本桥得到应用和推广，为今后类似工程的施工积累了更多的施工经验。12'