大新站钢桁梁人行天桥过渡施工技术

梁建忠

(太原铁路局 安全质量监督站，太原 030013)

1 工程概述

北同蒲线大新站既有人行天桥为5跨(26.7+37.5+32.0+30.2+38.4)m钢桁梁结构，桥面净宽3 m，跨越3场27股道电化线路，是大新站旅客进出站与铁路作业人员跨场作业的唯一通道。由于北同蒲应急扩能改造工程——大新站站场施工，引起既有天桥的接长与改造，改造后天桥标准与既有相同，跨越35股道电化线路，为6跨(30.15+37.50+32.00+30.20+40.38+40.38)m钢桁梁结构，挖孔桩基础、薄壁墩台，主要工作量为拆除既有 1#、2#、6#墩台并新建 1#、2#、6#、7#墩台;拆除既有 1 跨、5 跨桁梁并新设 1 跨、5跨、6跨桁梁。见图1。

图1 天桥立面图(单位:mm)

1)该天桥为大新站通行及作业的唯一通道，在施工过程中不得中断，依照运输部门下达的施工计划，天桥中断时间不超过18 h，而且既有2#、6#墩台与设计2#、6#墩台位置叠加，在18 h内完成桁梁拆除、墩台拆除、新建墩台、架设桁梁等一系列工作的可能性很小，因此本天桥施工需与站场过渡施工结合进行。首先新建不影响既有线路的1#、7#墩台，在2#、6#墩台两侧铁路股道间设临时支撑体系，然后结合站场过渡施工封锁点，整体吊装拆除既有第1跨、第5跨桁梁(第2跨桁梁利旧)，架设新1跨、5跨、6跨梁至临时支撑过渡，封锁点后开通天桥。封锁点外拆除既有2#、6#墩台，新建2#、6#墩台，最后，封锁天桥3 h，落梁至新设墩台。由于桁梁自重大，而且天桥上跨铁路线与接触网，临时支撑只能设在既有铁路线间，施工场地狭小且安全问题突出，因此临时支撑的设计与实施是本工程的重点与难点。

2)大新站天桥距离铁路接触网不足1 m，分段拆除与安装安全不易保证，而整体拆除与安装又由于上跨35股电化线路，汽车起重机作业面狭小，加之接触网的影响，起重机吊装不能一次到位，拟采取3台起重机空中接力施工，因此桁梁的拆除与安设吊装过程中的安全问题是本工程的又一重点与难点。

2 临时支撑方案比选

天桥临时支撑设在站场股道间，股道最大线间距6.5 m，临时支撑方案的优劣对铁路线路施工和铁路运输都会有较大的影响，因此，临时支撑方案设计的首要原则便是安全、简洁，尽量减少对既有铁路线路的影响，把施工对运输的影响降到最低。根据这一原则，拟定了如下三套施工方案:

方案一:在设计2#、6#墩台两侧各设两个枕木垛，将梁支撑在枕木垛支撑上。

方案二:在设计2#、6#墩台两侧各设两个框架式支撑，如图2。每个框架式支撑由6根立柱、2根横梁和2根纵梁组成，6根立柱设在三股线路两线间，分为两排，每排3根，间距1.75 m，高8.27 m，采用 φ219 mm钢管制作。基础采用C10混凝土明挖基础，预埋φ24 mm螺栓与立柱法兰连接，每排3根立柱上设支撑横梁，横梁由两根I20工字钢并排拼装组成，长3.8 m，横梁上顺天桥方向设两根I45a支撑纵梁，每根长7 m，支撑于天桥桁架两个下弦节点间。立柱、横梁、纵梁及桁架间采用U形卡连接，立柱间采用剪刀撑，立柱外设拉杆支撑以增加框架整体横向刚度。

方案三:在设计2#、6#墩台两侧各设两个门式支撑，如图3。每个门式支撑由2根立柱、1根横梁组成，2根立柱设在同一股道间，间距3.5 m，高8.27 m，采用φ351 mm钢管制作。基础采用φ1.25 m C20混凝土挖孔桩基础，预埋φ24 mm螺栓与立柱法兰连接，横梁由3根 I20工字钢并排拼装组成，长3.8 m，支撑于天桥桁架下弦节点。立柱、横梁及桁架间采用U形卡连接，立柱间采用剪刀撑，立柱外设拉杆支撑以增加框架整体横向刚度。

图2 方案三门式支撑(单位:mm)

图3 临时支墩结构图(单位:mm)

既有线施工首先必须考虑施工对运营的影响，方案一虽然方法简单，易于实施，安全易于保证，但枕木垛支撑需设在既有股道上，需长时间封锁既有线路，对运营干扰极大，因此方案一不可行。方案二框架式支撑结构稳定，纵梁支撑于两下弦节点间，避免应力集中，立柱设于两线间不影响既有线路运营，从支撑体系本身来讲安全性最优，但方案二纵横梁跨越接触网，距接触网小于安全距离，而且结构体系过于复杂，与既有线站场施工交叉影响较大，非最优方案。方案三在方案二的基础上进行了优化，对基础、立柱与横梁进行了加强，施工方法较为简便，不需跨越接触网，该方案为可行方案。

3 临时支撑体系设计

以6#墩台右侧第五跨梁下门式支撑为例，如图4。

图4 临时支墩荷载图(单位:m)

基础为φ1.25 m(D′=1.25 m)C20混凝土挖孔桩基础，桩长 L=5 m，2根立柱间距3.5 m，高8.27 m，采用φ351 mm(D=351 mm)钢管制作，壁厚10 mm。横梁由3根I20工字钢并排拼装组成，长3.8 m，支撑于天桥桁架下弦节点。

支墩中心线距梁端6.068 m，距支撑节点中心0.018 m，近似认为支撑在节点中心。

孔口高程1 080.53 m，0～0.8 m杂填土，黑色，潮湿;0.8～10.0 m新黄土，黄褐色，坚硬。其中3.35～6.35 m为硬塑性黄土，6.35 m以下为可塑性黄土，无水。

3.1 荷载计算

自重:跨度为40.38 m钢桁梁重580 kN。

行人荷载:按5 kPa考虑。

风雪等其它荷载:按0.3 kPa考虑。

跨中总集中荷载为

计算图式如图4。

解得，RB=719 kN

另，防止横移角钢、支座上下压板，横梁及小型配件总重0.414 t。

按双柱设计，则每根柱承担的荷载为719/2+4.14/2=362 kN。

考虑不可预见外力后柱顶轴力 N=362×1.2=434 kN

3.2 外径与构件比

据钢结构设计规范(GB50017—2003)之规定:圆管截面的受压构件，其外径与构件之比不应超过100。本结构351/10=35.1＜100。

3.3 轴心受压圆管强度

3.4 长细比λ

回转半径i=(D/4)×(1+α2)1/2

其中α=d/D=331/351=0.943

长细比

3.5 压杆稳定性

查表，δ=0.847

3.6 柱对基础局部混凝土压应力检算

柱底压力N1=434+9.1(混凝土柱重)=443.1 kN

柱底面积 A′=πD2/4=96 712 mm2

柱底压应力 σ=N1/A′=443 100/96 712=4.5 MPa＜5.4 MPa

3.7 桩基摩阻力

桩周摩阻应力为75 kPa

未考虑基底承载力，即可满足条件。

3.8 横梁检算

横梁仅起到将两柱连为一整体的作用，桁架的作用力通过下弦杆传至横梁，横梁传到柱子上，由于横梁的中间和两端作用力很小，故不需检算。

4 方案实施(以5跨、6跨梁为例)

4.1 临时支撑设置

1)挖孔桩施工:采用人工挖孔，内径 φ1.25 m钢筋混凝土圆管防护，随挖随沉管，确保线路及人身安全。C20素混凝土灌注，桩顶预埋φ24 mm螺栓。

2)立柱安装:立柱采用8 t吊车起吊，作业人员支护，调整方位后，连接立柱底部法兰与基座预埋螺栓，立柱间用角钢剪刀撑焊连，外侧加设拉杆，以保证立柱的整体稳定性。

3)横梁安装:横梁通过U形卡将3根I20工字钢并排拼装而成，整体吊装至立柱顶端安放，焊接牢固。

4)支座、限位角钢安装:将板式橡胶支座夹于两块钢垫板间通过M25螺栓连接后，下垫板与横梁顶部焊连，上垫板与限位角钢焊连。

4.2 封锁点前准备工作

1)首先施工不影响线路预铺工作的7#墩台和6#梁下临时支撑，由于5#梁下临时支撑侵入既有107道线路限界，在线路封锁施工前5日，封闭线路107道，进行5#梁下临时支撑施工。

2)拆除既有桁梁上各种管线与设备，解除桁梁约束。

3)根据汽车吊走行路径铺设临时道口，根据起吊半径确定汽车吊位置，制订汽车吊入场方案。

4)明确与运输、供电、车站配合方案，签定配合协议，排空施工范围内的车辆。

4.3 封锁点内施工

1)采用空中接力法，由3台汽车吊拆除既有第5跨桁梁。如图5。

图5 大新站人行天桥吊装示意(单位:m)

①100 t吊车和250 t吊车进入南面股道以外的空余场地，80 t吊车进入101、102、103股道间，同时将影响吊车起臂的接触网进行局部拨移。

②起吊时，100 t和80 t吊车先起钩，将梁吊起后顺天桥方向向250 t吊车方向移位(100 t吊车作业半径7 m，伸臂长度19.6 m，起重量410 kN;80 t吊车作业半径7 m，伸臂长度19.6 m，起重量300 kN)。

③100 t和80 t吊车同时起吊，移至250 t吊车的作业范围内。

④250 t吊车起吊逐步承重(250 t吊车作业半径10 m，伸臂长度25.4 m，起重量810 kN)，80 t和100 t吊车摘钩，用250 t吊车将桁架吊起，放至地面指定位置。

2)采用空中接力法，由3台汽车吊吊装新第5跨、6跨桁梁，落梁至临时支撑。

3)吊车摘钩后，迅速向外移车，检查线路、恢复接触网，开通线路，开通天桥。

4.4 封锁点后施工

1)拆除既有墩台:搭设脚手架，用模板围护既有墩台，在围护内拆除混凝土墩台，防止机械及混凝土块侵入铁路限界。

2)新建墩台:既有墩台拆除后，在设计位置新建墩台。

3)落梁:在新建墩台上采用液压千斤顶搭起桁梁，拆除临时支撑，落梁至设计墩台。

5 结语

1)临时支撑高度要大于正式墩台高度，以保证正式墩台施工。

2)临时支撑要设在桁梁节点上，并满足铁路限界要求。

3)施工中要有详尽的安全保证措施，尤其是行车安全和电化区段的人身安全措施，以及墩台施工过程中的防止触电、侵限措施，同时要制订相应的、切实可行的应急预案，以保证施工顺利进行。

4)临时支撑体系受荷运行过程中加强观测，做好测量记录，发现问题及时处理。

北同蒲线大新站人行天桥临时支撑体系从受荷运行到成功落梁至正式墩台，从施工过渡到正式开通没有出现任何问题，圆满完成了施工任务。

［1］黄棠，王效通.结构设计原理［M］.北京:中国铁道出版社，1993.

［2］李庆华.材料力学［M］.成都:西南交通大学出版社，1989.