黄 磊
(中铁十九局集团有限公司，北京 100176)
摘 要：上跨运营高铁现浇施工相对其他上跨工程存在更大安全风险。以铁路桥梁现浇支架设计技术积累为依托，结合郑徐客专上跨某高速铁路(31.85+4×32.7+31.85)m连续梁支架体系工程实例，对上跨运营高铁现浇连续梁支架体系结构设计、防护体系和计算方法进行了论述，并重点对支架形式、荷载及其组合、控制工况、模型建立、结构计算进行综合分析，以期对其他上跨运营高铁现浇连续梁支架体系设计提供借鉴。
关键词：上跨运营高铁；现浇连续梁；支架设计
上跨高铁施工存在着施工与运营相互影响的困难：一方面，临时结构和施工设备可能会侵占铁路限界，施工过程中可能会有坠落物影响高速列车运行；另一方面，高速列车通行产生的气流对临时结构和施工人员产生较大作用力，对施工构成安全威胁。因此，跨运营高铁一般采用大跨度连续梁转体施工，但是由于客观条件限制，仍然存在采用支架现浇施工跨越高铁的特殊情况存在[1]。文章以郑徐客专上跨某高铁(31.8+4×32.7+31.85)m双线预应力混凝土连续梁现浇支架工程为例，对上跨运营高铁现浇连续梁支架体系设计技术进行分析和论述。
2.1 支架类型选用
由于上跨高速铁路，严禁在高速铁路限界内布置任何结构物或构筑物，严禁任何施工设备和施工人员侵入高速铁路限界，且须考虑高速列车通过所产生的诱导气流的作用，同时应根据要求设置防护结构，因此支架体系应采用梁柱式支架体系，即两端或中间设置立柱，立柱上方设置浇筑平台，梁柱式支架必须配置防护结构。立柱结构一般采用钢管立柱，宜避免采用八三式军用临时墩或六五式军用临时墩等承载力较小结构；浇筑平台可采用型钢组合结构、装配式公路钢桥、八七型铁路应急抢修钢梁、六四式军用梁等其他构件，宜尽量避免采用诸如碗扣脚手架等零散部件较多的构件。
2.2 支架体系设计
支架体系设计内容应包括模板、支架、地基及基础等方面：模板应根据桥梁结构和构造进行设计，但应确保构造不进入高铁限界，当高铁上时速超过300 km/h的列车经过时，必须保证模板及其他结构(包括支架和立柱等)与列车侧壁的距离>4.1 m[2-3]；支架须有足够的强度和刚度，各构件间结合紧密，并要有足够连接杆系，确保支架为整体稳定和几何不变体系，支架应根据计算设置合理的预拱度；地基及基础应根据荷载、孔跨布置应优先选择钻孔桩基础或其他可靠基础形式[4]。
2.3 支架体系荷载及组合
支架体系计算所需考虑荷载包括恒载和活载：恒载主要包括桥梁现浇混凝土重力(Q1)、模板自重(Q2)、支架及防护结构自重(Q3)等；活载主要包括施工人员和混凝土浇筑设备重力(Q4)、混凝土浇筑设备振动荷载(Q5)、风荷载(Q6)等。
支架体系计算应按结构计算图式进行，宜采用以概率论为基础的极限状态法计算，以分项系数的设计表达式进行设计，结构重要性系数宜取1.1。支架体系强度和刚度计算应分别考虑浇筑混凝土工况和拆除侧模工况：进行强度计算，不考虑风荷载按1.35(Q1+Q2+Q3)+1.4(Q4+Q5)组合荷载计算，考虑风荷载按1.35(Q1+Q2+Q3)+0.9×1.4(Q4+Q5+Q6)组合荷载；进行刚度计算时，各类荷载的分项系数取为1。进行整体稳定性计算时，应考虑模板安装完毕、尚未浇筑混凝土工况为最不利工况，按0.9(Q2+Q3)+0.9(Q4+Q6)组合荷载[5]考虑。
3.1 工程概况
郑徐客专某桥为(31.85+4×32.7+31.85)m双线预应力混凝土连续梁，线间距5 m，该桥位于曲线上(曲线半径4 500 m)，线路纵坡6‰，连续梁上跨某运营高铁，轨面净空8.63～9.04 m，交角10°。该桥具有工序多、任务重、工期紧，安全风险大、施工投入大、施工技术新等特点。
3.2 支架体系设计技术特点
在结构设计上，该桥支架体系承重结构跨度方向垂直于新建铁路方向，跨运营高铁支架立柱沿运营高铁两侧搭设。受运营高铁行车条件制约，横向支撑以上16 m高度范围不设置横向连接构件，故支架结构设计采用创新设计，设计在运营高铁箱梁下方设置单道横向支撑，用K形撑杆满足结构稳定要求，确保支架结构体系安全、实用。
在防护设计上，该桥支架体系将承重结构与安全防护合二为一，通过在支架体系承重结构顶面铺设防护钢板、防止杂物掉落，钢板接缝采取化学热熔密封措施、防止雨水和施工用水在运营高铁范围内形成滴水线，确保安全防护。
3.3 整体方案[6]
连续梁支架体系兼作运营高铁的防护结构，针对列车风速对防护支架的影响，经计算分析，时速超过300 km/h的列车经过时，必须保证结构物与列车侧壁的距离在4.1 m以上。支架体系采用装配式公路钢桥(装配式公路钢桥4片一组，均安装加强弦杆)作为连续梁现浇施工的承重结构，装配式公路钢桥置于H型钢组合梁上，采用外径1 020 mm和720 mm钢管作支承立柱：当连续梁梁体位于装配式公路钢桥中心时，立柱纵向间距6 m，当连续梁梁体不居中时加密为5 m；立柱排距(承重结构跨度)横跨运营高铁段20.9 m，连续梁两端覆盖运营高铁以外区域立柱排距(承重结构跨度)8.9 m。支撑立柱基础采用?1.25 m的钢筋混凝土钻孔桩。立柱竖直方向分上下两节，之间用法兰盘连接，纵横向之间设连接系；钢管顶面与H型钢组合梁之间设砂箱，用于拆模时落支架。支架体系总体方案如图1所示，其中支撑立柱布置如图2所示。部分主要横断面如图3、图4、图5所示。
图1 支架体系总体方案(单位：mm)
图2 支撑立柱布置(单位：m)
图3 立面A-A(单位：mm)
图4 立面B-B(单位：mm)
图5 立面C-C(单位：mm)
3.4 模型建立与计算
为保证上跨运营高铁现浇连续梁支架体系的安全、适用、经济，设计主要以模板、装配式公路钢桥、H型钢组合梁、支承立柱、桩基础等为计算对象，对支架体系进行了强度、刚度和稳定性计算。篇幅受限，此处主要以较为复杂装配式公路钢桥和其下的H型钢组合梁的荷载、工况、模型和计算结果为对象，对支架结构强度、刚度等计算予以简述。
3.4.1 荷载及其组合
支架体系荷载：Q1=300 kN/m，Q2=96 kN/m，Q3由结构计算软件自动加载，Q4+Q5=4 kN/m2，Q6按百年一遇基本风压取0.4 kPa，迎风面高度取6.3 m，中心距地面取26 m，体形系数取1.3，地面粗糙度类别B，高度变化系数按1.352考虑。
在进行强度计算时，考虑风荷载，故按1.35(Q1+Q2+Q3)+0.9×1.4(Q4+Q5+Q6)组合荷载考虑；结构重要性系数取为1.1；根据试算结果，装配式公路钢桥不均匀系数取为1.05；进行刚度计算时，各类荷载的分项系数取为1。
3.4.2 工况
分别对支架的二个最不利工况(现浇混凝土工况、拆除侧模工况)进行了分析，分析该桥支架体系现浇混凝土工况最不利于工作，故支架体系以该工况为控制工况进行建模和计算。
3.4.3 支架计算
本部分主要针对较为复杂的跨运营高铁三种不同跨度装配式公路钢桥和其下的H型钢组合梁为对象，按连续梁位于装配式公路钢桥不同位置进行计算。由于支架体系结构复杂，在实际计算中，分别针对跨度8.9 m的简支梁式支架(偏载状态和对称状态)、跨度(20.9+5.9)m的连续梁式支架和跨度20.9 m的简支梁式支架进行建模和计算，篇幅所限，文章仅以跨度(20.9+5.9)m的连续梁式支架为例。
经试算，箱梁位于中墩顶状态为跨度(20.9+5.9)m的连续梁式支架的最不利状态，支架结构形式如图6所示。
图6 跨度(20.9+5.9)m的连续梁式支架断面(单位：mm)
该形式下装配式公路钢桥结构内力计算结果如图7所示。
对计算结果进行分析，结果见表1。
图7 跨度(20.9+5.9)m的连续梁式装配式公路钢桥结构计算结果
表1 跨度(20.9+5.9)m的连续梁式支架分析结果和处理措施
对象结果标准是否满足补强措施说明装配式公路钢桥弦杆最大轴力斜腹杆最大轴力立杆最大轴力最大挠度106．6kN(压力)475kN满足--106．9kN(拉力)635kN满足--140．3kN(压力)160kN满足--90．0kN(拉力)190kN满足--140．6kN(压力)215kN满足--6．8mm52．2mm满足-52．2mm为挠跨比1/400计算结果H型钢组合梁(3H400×400×13×21，跨度6m)跨中弯矩支点反力3088．4kN·m2003kN·m不满足跨中截面两侧采用HW400×400?13?21及HW350×350?12?19组合截面补强后抗弯3860kN·m，满足抗弯要求4118kN1806kN不满足腹板中间加焊2δ16mm钢板加焊后可承载5200kN，满足局稳要求H型钢组合梁(3H400×400×13×21，跨度5m)跨中弯矩支点反力2144．7kN·m2043kN·m不满足跨中截面两侧采用HW400×400?13?21及HW350×350?12?19组合截面补强后抗弯3860kN·m，满足抗弯要求3431．5kN1806kN不满足腹板中间加焊2δ16mm钢板加焊后可承载5200kN，满足局稳要求
4.1 支架安装
为减小运营高铁和接触网对施工的影响，支撑立柱考虑分两节安装。第1节支立高度14 m，即安装高度基本与运营高铁简支梁面平，避免对接触网的影响；第2节钢管支立高度8 m。支架体系安装顺序为：预埋桩顶法兰→安装第1节立柱→灌注第1节立柱中粗砂→第1节柱间钢管连接→安装第2节立柱→灌注第2节立柱中粗砂→连接第2节柱间钢管→安装砂箱→吊装分配梁→架设贝雷片→槽钢整体连接装配式公路钢桥。其中，跨运营高铁跨度为20.9 m的装配式公路钢桥先在地面上分组组装，按起吊设备吊装能力每组可由4排桁架组成。用大型起重机逐组吊装后精确就位。
装配式公路钢桥架设完成后，沿装配式公路钢桥顶面满铺一层3 mm厚的钢板封闭。钢板搭接间铺设防水塑料纸并用专用胶将钢板、塑料纸紧密粘贴，确保施工期间杂物及养护用水不会影响运营高铁的行车。考虑支架宽度为30 m，即运营高铁两边各悬出5～12 m的支架，且顶面已满铺钢板封闭，故支架侧面不需再进行封闭。
4.2 支架拆除
支架拆除须在接触网断电后实施。
4.2.1 模板和装配式公路钢桥拆除
梁体混凝土浇注完毕后，在混凝土强度达到75%时拆除内模、翼缘板、腹板侧模；底模板在张拉完成后拆除，最后拆除现浇支架。根据支架特点拆除时按照拆除箱梁底模、拆除装配式公路钢桥、拆除横梁、拆除横向支撑、拆除立柱的顺序实行。
箱梁模板利用机械千斤顶落模，人工脱模，吊车直接拆卸侧模，底模利用手拉葫芦移至箱梁底板外侧、吊车直接从箱梁侧面拆除。
4.2.2 支撑立柱拆除
支撑立柱采用25 t吊车逐根拆除。第2节拆除时在柱底设置1根溜绳，作业过程中人工操作溜绳，专职安全员现场监控，确保吊装不超过警戒线。第1节采用25 t吊车直接拆除。
郑徐客专上跨运营高铁6孔一联连续箱梁实现技术先进、经济合理、安全适用的桥梁建设目标，为后续同类项目的设计与施工提供了借鉴。
参考文献：
[1]张立青.铁路桥梁现浇支架设计技术研究及应用[J].铁道标准设计,2010(12):40-45
[2]刘 东.跨越既有高速铁路桥梁施工方案及防护设计研究[J].桥梁建设,2010(06):70-72,76
[3]余绍宾,张 克,陈 涛.跨高铁桥梁设计及施工[J].钢结构,2011(02):61-63
[4]魏勇刚.平行弦桁架与贝雷梁组合支架在大跨度现浇箱梁中的研究与应用[J].铁道建筑技术，2016(03):95-98
[5]张部伟,郭艳松.高速铁路现浇箱梁超高支架施工技术研究[J].铁道建筑技术，2016(10):28-32
[6]中铁第五勘察设计院集团有限公司.新建铁路郑州至徐州客运专线徐州特大桥现浇支架施工设计图[Z].北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司,2012
HUANG Lei
(The 19th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Beijing 100176,China)
Abstract：There are greater security risks in performing the casting-in-place construction over a high-speed railway in operation than over other projects.Relying on the design technical experience of cast-in-place brackets for railway bridges accumulated in the past,and with the support system for the (31.85+4×32.7+31.85)m continuous girders of the Zhenzhou-Xuzhou Passengers-oriented Railway over a certain high-speed railway as a practical example,dealt with in the paper are the structural design of the bracket system for a cast-in-place continuous girder over a high-speed railway in operation,the protective system and the computational method,with stress placed on the comprehensive analysis of the forms of the brackets,loads and their combination,the control,the establishment of the model,and the structural calculations.It is expected that the design may serve as a useful reference for the design of the bracket system for other cast-in-place continuous girders over a high-speed railway in operation.
Key words：over high-speed railways in operation;cast-in-place continuous beam;design of the bracket
收稿日期：2016-11-07
作者简介：黄 磊(1984—)，男，助理工程师，主要从事桥梁工程方面的技术管理工作。
DOI：10.13219/j.gjgyat.2017.02.015
中图分类号：U445.35；U448.215
文献标识码：B
文章编号：1672-3953(2017)02-0054-05
联系客服
