铁路营业线跨河多孔桥梁改建施工技术研究

2019-09-14 08:33:02袁子文

铁道建筑技术 2019年5期

袁子文

(中铁二十四局集团有限公司上海 200000)

1 引言

水利工程是国民经济基础设施的重要组成部分，在防洪排涝、水资源利用、生态环境保护等方面发挥着重要作用。国家正加大投资，对部分既有河道进行拓浚，增加过水面积。由于早期规划设计限制，与拓浚河道相互交叉的原有铁路桥梁结构不能满足受力需要。采取中断铁路行车原位改建或者改移铁路线路等方式，工程投资都会比较高。如何既满足河道拓浚和铁路运输的需要，又尽可能降低工程投资，成为当前乃至将来都面临的难题。本文通过新长铁路丁溪河中桥改建项目，介绍铁路营业线跨河多孔桥梁改建的施工技术[1-3]。

2 工程背景

既有新长铁路丁溪河中桥地处苏北滨海平原区，桥长81.40 m、宽6 m。上部结构为3-24 m预应力混凝土简支T梁，桥墩为1.1 m×3.4 m的钢筋混凝土圆端形桥墩，桥台为耳墙式桥台，墩台基础均采用φ0.55 m预应力管桩，持力层位于粉砂层。桥台承台底标高为0.51 m，桥墩承台底标高为-2.68 m。

因淮河流域重点水利治理工程——川东港工程建设需要，丁溪河流域整体拓浚加宽，需将原有新长铁路桥梁进行改建。改建后桥梁形式为(15.75＋18＋15.75)m框架桥，结构总高度11.2 m，顶部标高6.01 m，底部标高为-5.19 m。改建后的框架桥如图1所示。

图1 改建框架桥立面及平面(单位:cm)

3 施工难点

(1)为保证丁溪河正常泄洪，施工周期为两个汛期之间的枯水期，即11月至次年5月，并且铁路局规定春运期间不得进行(邻近)营业线施工，实际工期仅为6个月，时间非常紧张。

(2)一般铁路营业线顶进框架桥涵在陆地上进行，而本工程全部在滨海地区河道内施工[4-6]，地下水位高，河床以下6 m范围为富水流沙层。工作坑基坑深度超过9 m，底板面积为2 100 m2。

(3)为控制工程投资，本工程采取原位改建的方式，并且在不中断铁路行车的情况下进行。利用非常有限的夜间封锁作业时间，在原有墩台上，架设连续五组D型便梁替换简支T梁作为临时过渡。这在铁路施工历史上比较罕见，安全风险高。

(4)施工场地紧邻运营中的新长铁路，大型机械作业较多，对既有结构影响较大，为保证行车安全和人身安全，需要采取多种监测手段和安全防护措施。同时需要铁路相关设备管理单位和行车组织单位共同协助，调整相关铁路设备位置和列车运行时刻表。

4 施工方案

4.1 填筑围堰

在新长铁路丁溪河中桥上下游各80 m处填筑围堰，顶面高程按照“50年一遇”洪水位设置。在围堰上设置沉降观测点，根据观测情况对围堰进行加高加宽。

4.2 深基坑施工及箱涵预制

预制框架箱涵的工作坑位于河道内，实际开挖深度为9.5 m，河岸南北两侧围护桩采用双排φ100 cm钻孔灌注桩，高压旋喷桩作为止水帷幕；河道内围护桩采用单排φ100 cm钻孔灌注桩。基坑四周均匀分布的8根钻孔桩内预埋观测管，用于对基坑变形进行观测。钻孔桩施工完成后，破除桩头、浇筑整体圈梁，并设置角撑和对撑。

基坑内预先布设管井降水，地下水位降至基坑底板以下1 m时，再分层分区进行土方开挖、地基加固，及时浇筑后背及底板混凝土。

在已浇筑的工作底板上铺设滑动层，同时进行三孔框架箱涵的预制。

4.3 墩台加固及便梁支墩施工

对原有桥墩桥台进行加固后，钻孔植筋，浇筑抱箍混凝土以扩大桥墩桥台尺寸；在桥墩、桥台上现浇混凝土便梁支墩。两侧桥台后24 m处，分别在路基内开挖施作便梁支墩。

4.4 线路应力放散

为配合拆梁需要，在T梁两端梁缝处切割钢轨，以桥梁中心线为基准，中孔切割成非标准轨，长度为24.7 m。两侧均按25 m标准轨切割，具体布置为25 m＋25 m＋24.7 m＋25 m＋25 m，5轨6缝。

4.5 原T梁拆除及架设便梁

在封锁点内，预先穿入桥台台后两组24 m便梁的钢枕，再用轨道车架设台后两组便梁，作为拖梁。中间三跨便梁预先组装，在封锁点内依次拆除T梁、架设便梁、恢复线路。

4.6 箱涵顶进

为提高地基承载力，对既有铁路桥下土体进行压密注浆处理。顶进前先进行降水，再破除前排围护桩，浇筑接长滑床板。先顶进南侧孔框架箱身，再依次顶进中孔、北侧孔。两个边孔箱涵在顶进时，靠近桥台侧为带土顶进[7-8]。

4.7 空隙填充密封及线路恢复

框架桥顶进就位后，施作分水尖。桥台与框架桥之间的空隙、框架桥之间的空隙用混凝土填充。补充桥上道砟、拆除便梁后线路整道达标，取消慢行限制，恢复线路正常运营。

工程验收通过后，拆除围堰、恢复通水。

5 关键技术要点

5.1 桥墩桥台加固

之所以需要对桥墩桥台进行加固，基于以下三方面原因:

(1)为保证过水断面满足泄洪需要，原有桥墩又无法拆除，按照老桥竣工图尺寸计算，顶进后的框架桥外墙距离桥墩承台边缘仅10 cm。实际开挖后发现桥墩承台实际尺寸比竣工图上还要大，同时为避免框架桥顶进时方向偏移碰到原有承台，因此需沿垂直线路方向将原有承台进行切割，切除断面厚度为60 cm，原有管桩基础同样被破坏。

(2)施工时新长铁路无法中断行车，需架设便梁过渡。原有桥墩桥台需要抱箍加宽，并且在其顶部浇筑便梁支墩。经过计算，原有桥墩桥台的管桩摩阻力不足以承担额外增加的荷载，不利于便梁的稳定。

(3)顶进时，框架桥底板底比桥墩承台底低2.51 m、比桥台承台底低5.70 m，开挖深度较深。原有桥墩桥台管桩基础将全部暴露，摩阻力大大降低；同时桥台台后的侧向土压力变大，桥台将会向河道方向倾覆，台后路基随之垮塌。

综上所述，采用桩基托换的方式对桥墩桥台进行加固，按照原有管桩基础完全失效的最不利工况进行检算。桥墩采用2根直径1.5 m钻孔桩托换，桥台采用4根直径1.2 m钻孔桩托换，桩长35 m。因距离既有桥基础太近，地质情况也较差，为防止钻孔桩在钻进过程中塌孔影响管桩基础，采用全护筒跟进法进行施工。钻孔桩施工完毕后，破除桩头，在原有桥墩、桥台上植筋后，浇筑新承台，与墩台连成整体，构建新的受力体系。

5.2 墩台便梁支墩设置

由于原有T梁尚未拆除，只能先浇筑分离式便梁支墩，位于原有桥墩盖梁端部、桥台托帽端部。浇筑时在顶部预埋钢轨作为限位桩，内侧紧贴模板预埋钢板。待T梁拆除完毕后，立即在便梁支墩内侧预埋钢板上焊接工字钢，上下两道间距1.0 m，将两个分离式便梁支墩连接成整体。桥墩处便梁支墩如图2所示。为确保便梁稳定性，还需在便梁支墩四周预埋的钢筋上绑扎钢筋网片，整体浇筑C30混凝土进行填充。

图2 桥墩处便梁支墩(单位:cm)

5.3 T梁拆除及便梁架设

既有三跨桥梁为6片标准T梁，单片梁重78 t，长24.6 m、高2.4 m。每组D24 m铁路钢便梁全部组装完总重48.9 t(未包括钢轨扣件重量)，宽4.94 m、长24.5 m。主要施工机械为两台220 t汽车吊及两台挖掘机。主要分为以下几个步骤:

(1)便梁预先组装。利用轨道车在封锁点内将三组D24 m便梁主梁运至现场，采用220 t吊机将主梁依次吊运至桥下预先搭设好的平台上，按照D型便梁组装图组装便梁，斜杆必须全部安装。

(2)T梁预顶。T梁拆除前一天，利用封锁点将T梁顶升，观察T梁顶升过程中支座(高度13.5 cm)是否已与梁体脱离，若未脱离则需割除上下连接件以利于吊梁。T梁顶升前，将支座位置正上方线路20 m范围内的钢轨扣件松开，防止T梁顶升时破坏钢轨、扣件等，待落梁后再将钢轨扣件上紧。T梁每端各采用两台100 t液压油顶顶升，顶升高度以脱离原支座顶面1～2 cm为宜。

(3)吊装孔钻孔。在封锁点内，在两片T梁之间的翼缘板上钻两个吊装孔，孔洞直径为50 cm，用于穿钢丝绳。

(4)吊机平台地基处理及试吊。吊机平台在框架桥顶进方向前端，选用的每台吊机自重加配重约150 t，对场地承载力要求非常高。首先将河底淤泥清理干净，换填2 m厚的灰土，分层碾压；再填筑50 cm厚的级配碎石，碾压密实后浇筑30 cm厚的C30钢筋混凝土；最后在吊机支腿位置放置8块2 m×2 m×0.2 m双层钢垫板。在封锁点内，两台吊机模拟试吊一组钢便梁，对正式吊装方案进行验证。

(5)拆除T梁、架设便梁。利用3个封锁点分别完成三跨桥梁的临时过渡。每个封锁点(210 min)内，先切割分离两片T梁之间的横梁连接，两台220 t汽车吊再依次吊离整体轨排、两片T梁，将组装好的便梁吊运至便梁支墩之上，将方枕后的轨排吊运至便梁上。与工务部门共同检查便梁中心线，确认线路几何数据后方可开通线路。