移动式棚架在跨越既有线施工防护中的应用研究

洋 军，马 斌

(1.中铁一局集团沪杭铁路客运专线项目经理部，杭州 311100;2.沪杭铁路客运专线股份有限公司，上海 200237)

1 概况

沪杭高速铁路海杭特大桥DK151+433～DK151+700段，设计以(70+125+70)m连续梁的形式跨越既有沪昆铁路3股道:沪昆上下行线、乔笕三线，斜交角度24°，墩号为103号～106号。既有沪昆铁路均为电气化线路，且在连续梁施工期间还要将既有三线改造为四线线位。连续梁采用三角挂篮悬臂浇筑法施工，共16个悬浇段和1个合龙段。连续梁与既有铁路关系见图1。

图1 跨越关系示意(单位:m)

2 防护方案比选

根据既有线施工安全管理规定相关要求［2］，该连续梁施工期间，必须采取有效的措施对既有线进行安全防护，相关方案经铁路局评审后方可组织实施。由于沪杭高速铁路正线与既有线斜交角度过小、跨越股道多的特点，采用常规使用的固定防护棚架跨度达36.8 m、长度138 m，工作量非常巨大、占用的封锁天窗多，安装和拆除的周期长，同时也增加了既有线施工的安全不确定因素。经过可行性研究和比选分析，沪杭公司和中铁一局共同研究确定了移动式防护棚架的方案，并经上海铁路局专家审查后作了进一步的完善。即采用2个具有移动功能的门式棚架结构，分别对2个T构悬灌部分进行防护，满足既有线施工安全防护要求，其主要优点如下。

(1)大幅减少工程量，缩短施工工期。采用移动式防护棚架，可以避免搭设超长固定式棚架，极大减少棚架安拆工程量，降低成本，缩短施工工期。

(2)减少封锁要点次数，降低对既有线运营影响。棚架横跨安拆均为既有线Ⅱ级封锁施工，采用移动式棚架，可以减少安拆过程对既有线的封锁次数，最大限度地降低对既有线运营的影响。

(3)降低施工难度，减少不安全因素。在连续梁施工成桥后，移动式棚架可以灵活地移动至桥墩附近进行拆除，降低棚架后期拆除难度。

固定式棚架和移动式棚架对比如图2所示。

图2 固定式棚架和移动式棚架对比(单位:m)

3 移动式棚架方案简介

3.1 移动式棚架结构组成［3］

根据跨越现场既有铁路电气化设备布置情况，棚架设计净跨达到33.2 m，净空高度达到13.4 m。为满足棚架安装、拆除需要，整个棚架采用易安拆的钢管桁架结构，整个棚架主要由轨道基础、轨道、走行系统、支腿、横梁及顶面防护组成(图3)。

图3 移动式棚架结构(单位:m)

3.1.1 轨道基础

采用C30钢筋混凝土结构，尺寸为130 m×1.7 m×0.6 m(长×宽×高)，两侧基础中心间距34.8 m。施工前先对基础下软土层换填，挖除60 cm软土层，用A组料回填，并人工夯实，保证基础承载力达到100 kPa，然后放样出轨道基础边线，绑扎钢筋网片，安装轨道预埋螺栓，安装基础模板，最后浇筑C30混凝土。

3.1.2 轨道

轨道采用P50钢轨，为保证棚架移动过程整体稳定性，在单侧基础上设置双排钢轨，轨间距1.2 m，通过锚固螺栓和标准扣件将钢轨固定到轨道基础上。

3.1.3 走行系统

单侧走行采用2个被动轮2个主动轮组合，根据棚架结构特点，将主动轮统一放置在内测，前后2组走行间距10 m。走行轮直径为40 cm、电机型号YZB132M4、减速机型号KA97NA17，设计棚架移动速度15 m/min。

3.1.4 支腿

棚架支腿采用φ325 mm×8 mm钢管，通过上中下3道桁架式平联连接成整体，支腿顶端设双H300 mm×200 mm分配梁，底部设H300 mm×200 mm短横梁，均采用栓结方式连接，底部短横梁与走行系统焊接连接。

3.1.5 横梁

横梁采用钢管桁架结构［4，5］，底部主弦杆为 φ121 mm×6 mm钢管，顶部主弦杆为φ83 mm×4 mm钢管，其他连接杆为φ50 mm×4 mm和φ42 mm×4 mm钢管。单根横梁长36.8 m，宽3.5 m，1套棚架设5根横梁，横梁与支腿顶端分配梁采用焊接连接。横梁横向设5%八字防水坡，顶面满铺5 cm厚木板，木板表面铺彩钢板、两端设25 cm高踢脚板和1.2 m高防护栏杆，详见图3。

3.2 棚架防护方案

棚架采用与挂篮同步移动的方式对悬臂段施工进行防护，设计棚架从主梁2号段开始对悬灌施工进行防护。

3.2.1 棚架防护内容

防护棚架主要是在悬臂段施工时，对施工范围下方的既有线进行防护，防止施工过程中小型物体坠落对既有线运营造成影响，其主要防护包括既有设备防护、通行列车防护。

3.2.2 棚架防护过程

首先在梁部跨中正下方将2套棚架吊装到位，待主梁挂篮上桥后，将棚架移动至连续梁2号段正下方，在2号段施工时对下方既有线进行防护，当2号段施工完成，挂篮前移时，同步移动防护棚架，达到对挂篮前移过程的防护。如此循环完成对16个悬浇段施工的防护。施工合龙段时，105号墩侧棚架随挂篮退后至1号段，只留104号墩侧棚架对合龙段施工进行防护，待合龙后再与挂篮同步滑移至1号段。

移动式棚架防护示意如图4所示。

图4 移动式棚架防护示意

3.3 控制重点

鉴于跨既有线施工安全的极度重要性和移动式防护棚架的初次应用，项目公司和路局对方案进行了细致的审核，在方案设计及实施过程中应重点把握以下主要关键。

(1)严格棚架结构验算。移动棚架支腿与轨道是松散连接，而非固定防护棚架式的栓(焊)接，在计算荷载的考虑上，要充分考虑极端条件风力及列车气动力作用下棚架的稳定性［6，7］。可以在支腿与轨道的连接上设置固定的加强措施，通过在支腿上增设支撑，达到增加框架稳定性目的。

(2)确保棚架走行时的同步性。高度重视轨道基础施工精度，保证左右股轨道平行等宽、高程一致;其次要确保走行系统具有良好的同步性，控制走行过程中的速度和移动距离，使棚架两支腿走行同步。

(3)加强过程中的检查维护。由于门架结构并非刚性连接，走行后要对连接情况进行重点检查维护，确保状态良好。对于有极端的天气条件，要采用缆风等加强措施，提高框架稳定性。

4 结语

在沪杭高速铁路的移动式棚架应用实践中，和固定防护棚架相比，主要在以下方面具有明显优越性:

(1)棚架长度大幅缩短。移动棚架长度只需33 m，仅为固定棚架长度138 m的1/4.2，可大幅减少工程量;

(2)对既有线运营影响大幅降低。移动棚架安拆共需17个天窗点，而若采用固定棚架方案，则需天窗点不少于61个。同时，施工工期也大幅缩短。

(3)施工难度降低，施工安全风险减小。由于移动棚架拆除难度明显降低、安拆工作量大幅减少，极大减小了营业线施工的安全风险。

移动式棚架由于其特有的灵活性，在跨越既有线施工防护中起到了事半功倍的效果，在保证既有线运营安全的前提下，极大地减少了棚架安装和拆除工作量，降低了对既有线运营影响，缩短了工程施工工期，对今后跨越既有线类似施工提供了借鉴。

［1］杨 铭，付国才，张智恒，等.一种可移动式防电防护棚架［P］.中国:200820113082，2009.

［2］中华人民共和国铁道部.铁路工务安全规则［S］.北京:中国铁道出版社，1989.

［3］中华人民共和国国家标准编写组.GB/T 3811—2008 起重机设计规范［S］.北京:兴华文轩出版社，2010.

［4］中华人民共和国行业标准编写组.JGJ 7—91 网架结构设计与施工规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，1991.

［5］中华人民共和国国家标准编写组.GB 50017–2003钢结构设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［6］张建民，陈宝良，李 达.高速铁路棚护支架空气动力效应分析［J］.铁道标准设计，2010(2):91-93.

［7］西南交通大学.高速列车通过棚护支架时空气动力效应计算分析［R］.成都:西南交通大学，2009.