公路桥梁采用钢箱梁转体法上跨高铁营业线设计方案

农纪源，施　智

(广西交通科学研究院，广西　南宁　530007)



公路桥梁采用钢箱梁转体法上跨高铁营业线设计方案

农纪源，施智

(广西交通科学研究院，广西南宁530007)

农纪源(1982—)，工程师，主要从事道路桥梁勘察设计工作；

施智(1976—)，高级工程师，硕士，主要从事道路桥梁勘察设计工作。

摘要：文章以广西滨海公路企沙至茅岭段长坜分离式立交大桥方案设计为例，介绍钢箱梁转体法在公路桥梁跨越高铁营业线中的设计思路，阐述了钢箱梁转体系统组成及施工程序，以期为今后同类桥梁建设提供参考。

关键词：公路桥梁；钢箱梁；转体法；高铁；设计方案

0引言

随着近两年来广西高铁陆续建成并投入使用，今后会越来越多地遇到拟建公路与高铁营业线交叉的情况，有时受地形条件等一些客观因素的限制，不得不采取公路桥梁上跨高铁的方案。由于铁路部门对公路桥梁上跨高铁营业线有着极为严格的要求和规定，这就对公路桥梁的结构形式和施工方法提出了更高的要求，因此选取合适的桥型方案和合理的施工方法对施工期间减少对高铁正常运营的干扰、维护高铁的运营安全、节约工程造价等有着极其重要的意义。本文所讨论的广西滨海公路企沙至茅岭段长坜分离式立交大桥即为此类桥梁。

1工程概况

广西滨海公路企沙至茅岭段起点位于防城港市企沙镇牛路村附近，终点位于防城港市茅岭乡大宝坝村附近，与已建成的防城至东兴高速公路茅岭互通相接。设计标准为：双向四车道一级公路；设计速度为100 km/h；路基宽度为33.5 m，终点附近为26 m；汽车荷载等级为公路-Ⅰ级。拟建公路在终点附近分别与已运营钦防高铁和南防铁路相交。由于路线终点与茅岭互通相接处高程比钦防高铁轨顶高程高出约7.7 m，而水平距离仅300 m左右，无法采用公路下穿高铁的方案，因此采取修建长坜分离式立交大桥上跨钦防高铁和南防铁路的方案。拟建桥梁的难点是上跨钦防高铁的桥梁结构形式及其施工方法的选取，其也是本文讨论的主要内容。

2跨高铁桥型方案

上跨钦防高铁的桥型方案设计主要考虑以下几个因素：

(1)桥梁方案的选择遵循安全、经济、适用、美观以及施工方便的原则；

(2)根据中国铁路总公司运输局“运工桥隧涵〔2013〕316号”文件相关要求，公路与已运营高速铁路

交叉，“当确须采用上跨铁路的方案时，应采用上跨结构转体施工方案”，因此所选择的桥梁结构形式应具备采用转体法施工的条件；

(3)由于本桥桥面高程受钦防高铁净空要求以及与防东高速公路接顺高程双重控制，因此所选择的桥梁上部结构建筑高度不能过高；

(4)所选择的桥梁结构形式应满足跨度要求，使桥墩边缘与钦防高铁留有足够的安全距离，避免桥墩施工时破坏钦防高铁路基边坡的稳定性，影响其运营安全。

综合考虑以上因素，桥梁上部结构拟采用2×50 m连续钢箱梁上跨钦防高铁，箱梁中支点处梁高3 m，等高段顺桥向长3 m，跨中和端支点处梁高2.5 m，梁高渐变段长9 m，在梁底按直线线性过渡。钢箱梁采用先按平行钦防高铁方向搭支架拼焊钢箱梁，然后再通过转体设备旋转就位的施工方法。桥梁下部结构采用盖梁柱式墩，桩基础。桥型方案如图1所示。

3跨高铁桥梁防护设施

中国铁路总公司运输局“运工桥隧涵〔2013〕316号”文件明确要求，上跨高铁的公路桥梁应设置钢筋混凝土墙式护栏、防护网、异物侵限监测系统等可靠的防护设施。原铁道部运输局“运技基础〔2013〕739号”文件也对公跨铁立交桥异物侵限监测装置的形式和设置范围做出了规定。本桥拟在上跨钦防高铁范围内的钢箱梁两侧分别设置两道SS级墙式护栏，在内侧护栏顶设置防落网，防落网顶距桥面高度为4 m，同时对异物侵限监测装置进行优化，取消水平承重网和“L”型支架，直接将竖直监测电网安装在第二道墙式护栏顶，两道墙式护栏间设置0.75 m宽的检修通道。

图2　上跨钦防高铁安全防护示意图

4钢箱梁转体法施工

一般桥梁采用转体法施工时，为了保证梁体在转动过程中的稳定，通常将转体球铰的位置选择在承台顶面与桥墩底之间，将墩梁临时固结后使桥墩与梁同步转体到位。由于本桥钢箱梁较宽，且2号墩(中支点桥墩)位于高铁挖方路堑所处的山包上，如果采用传统的转体方式，转心面积及整体体积势必非常庞大，2号墩承台的大面积开挖也会影响到高铁路基的稳定性，因此拟采用墩顶转体的方法，即在墩顶施工支架上布置转体球铰对钢箱梁进行转体后再落架就位。

4.1　钢箱梁转体系统

钢箱梁转体系统主要由转体球铰、转体动力装置、转体平衡装置、水平转动和竖向锁定装置、转体临时斜拉索及钢箱索塔等组成。

4.1.1转体球铰

转体球铰主要由上球铰、下球铰、滑动摩擦板、销轴以及支撑骨架组成，其中销轴主要起定位固定的作用。施工时先将骨架固定在施工支架上，在骨架上放置好下球铰并进行调平，固定下球铰底面，滑动摩擦滑板采用分片镶嵌结构，放置于下球铰顶面凹坑内，然后放置好销轴，涂抹润滑介质，安装好上球铰，并将上球铰固定在钢箱梁底板上。最后通过转体动力装置转动上转盘，使上下球铰产生相对运动，从而实现钢箱梁的转体对接。

1.上球铰　2.下球铰　3.滑动摩擦板　4.销轴　5.骨架图3　转体球铰结构示意图

4.1.2转体动力装置

转体动力装置由弧形围板及固定架、钢绞线和张拉台座组成。弧形围板及固定架共两组，采用Q345qD钢板制成，平行、对称地焊接在钢箱梁底板上，然后将15-7φs15.2钢绞线缠绕于弧形围板上并用锚具和夹片固定在箱形固定架上。转体施工时通过固定在支架上的张拉台座同时对两组钢绞线进行反向张拉，由此产生的力偶为转体施工提供动力。

4.1.3转体平衡装置

转体平衡装置由平衡支撑腿和平衡滑道组成。平衡支撑腿采用400×400mmH型钢加工而成，并增加两道腹板焊接成箱形，底部焊接400×400mm钢板，钢板底部焊接成槽状，内镶橡胶缓冲支座和聚四氟乙烯滑板，并与底部平衡滑道脱空5mm，保证转体时平衡支撑腿不承载。平衡滑道采用700H型钢2片焊接成箱体，箱体上铺不锈钢板，不锈钢板上涂硅脂润滑剂，以减小摩擦系数。

图4　转体平衡装置结构示意图

4.1.4水平转动和竖向锁定装置

水平转动和竖向锁定装置为转体施工前固定钢箱梁而设置的，中支点处钢箱梁焊接安装好后，可用型钢将钢箱梁底板和支架焊接固定，当进行转体施工时再将其拆除。

4.1.5转体临时斜拉索及钢箱索塔

由于钢箱梁转体施工时，两悬臂端自由状态下悬臂根部截面负弯矩很大，且梁端挠度过大，为了保证钢箱梁在转体过程中的自身结构安全以及桥下高铁运营的安全，必须对钢箱梁进行临时斜拉。在中支点处梁顶设置临时钢箱索塔，与钢箱梁焊接，然后在钢箱梁两端各设2条斜拉索，上端锚固在中心索塔内，下端分别锚固在钢箱梁端部的耳板销轴上。索塔顶部箱内设张拉槽，千斤顶置于塔内，锚具置于箱梁锚垫板后方，张拉力通过耳板销轴传递至箱梁腹板。拉索采用LPES7-121平行钢丝索，配套采用LPES7-121冷铸锚。

4.2　钢箱梁转体施工程序

4.2.1箱梁工厂制作

钢箱梁分段、分片在工厂内加工，运至现场进行纵横向拼装焊接。钢箱梁工厂制作时，同时焊接安装好转体球铰的上球铰、转体动力装置弧形围板、转体平衡支撑腿及连接斜拉索的耳板等。

4.2.2箱梁拼焊支架搭设

平行钦防高铁方向现场拼装钢箱梁焊接支架。支架可采用八三式军用钢支墩，顶部铺设六四式军用梁，军用梁顶部采用钢枕分配梁作焊接平台，在六四梁顶部继续搭设钢结构拼焊胎架。支墩下设C25混凝土基础。支架应进行各种工况情况下的强度、刚度、稳定性检算。在连续钢箱梁中支点处支架还应按准确位置焊接安装好转体球铰的下球铰、转体动力钢绞线张拉台座、转体平衡滑道等。

4.2.3箱梁现场拼装焊接

将工厂内分段、分片焊接好的箱梁运至施工现场，利用吊车吊至拼装支架上拼装、焊接。中支点处钢箱梁安装时必须确保转体系统准确对接。钢箱梁拼装成桥后，进行桥面系附属结构的施工。桥面系附属结构不得在转体施工完成后再进行施工，避免施工时异物坠落危及钦防高铁运营安全。

4.2.4施加平衡重

根据计算结果和施工现场实际要求设置纵、横向平衡重。为避免常规平衡重水箱在转体施工时水箱内部水的冲击作用，以及防止在转体过程中若水箱焊缝破裂而使水箱内水流失，造成倾覆，改采用平衡重砂箱。平衡重砂箱的位置、重量一定要准确，其底部要采用纵横H型钢抄垫水平，并与钢箱梁顶焊接加固。

4.2.5安装临时斜拉索及索塔

在钢箱梁中支点处梁顶安装临时钢箱索塔和平行钢丝斜拉索，然后两侧对称、同步张拉斜拉索，终拉达到设计要求。

4.2.6钢箱梁第一次落架

按顺序拆除中间支架、端支架上的支撑以及球铰竖向锁定装置，使整个结构由中支点处支架上的球铰和两个稳定支腿三点承载受力。支撑拆除时应对称拆除，保证体系及球铰受力均衡。

4.2.7钢箱梁转体

转体施工前准备就绪后，拆除稳定支腿，解除水平转动装置，然后对钢箱梁进行试转1m，以检验转体施工的可靠性和结构的安全性等。通过试转体确认结构安全，确保可以进行转体施工后，开始对钢箱梁进行正式转体施工。

4.2.8拆除转体系统

待转体结束后，在1#、2#、3#墩盖梁顶面安放千斤顶设置临时支承，使钢箱梁转由临时支承承载受力。然后拆除转动球铰、转体动力装置、转体平衡装置、转体临时斜拉索及钢箱索塔和平衡重等，最后拆除2#墩处支架。

4.2.9钢箱梁第二次落架

转体临时工程拆除完毕后，对钢箱梁进行最后落架，拆除1#、2#、3#墩顶的临时支承，用千斤顶缓慢落架，使钢箱梁盆式支座准确对接。

5结语

连续钢箱梁转体法施工在国内已有成功的先例，是确实可行的。因此，采用连续钢箱梁转体法上跨高铁营业线的桥型方案，能有效解决长坜分离式立交大桥因场地条件限制而客观存在的问题，也符合中国铁路总公司运输局的相关文件要求，对今后同类桥梁的建设有较高的参考价值。

参考文献

[1]徐为民.连续钢箱梁墩顶转体技术研究[D].济南：山东大学，2013.

[2]中国铁路总公司运输局.中国铁路总公司运输局关于穿(跨)越高速铁路营业线和邻近工程等方案审查有关问题的通知[Z].2013.

[3]原中华人民共和国铁道部运输局.关于印发《高速铁路防灾安全监控系统——公跨铁立交桥异物侵限监测方案》的通知[Z].2010.

Design Program of Highway Bridge Across High-speed Rail Operation Line by Using the Steel Box Girder Rotation Method

NONG Ji-yuan，SHI Zhi

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：With the Changli separation interchange bridge program design of Guangxi Coastal Highway Qisha-Maoling segment as the example，this article introduced the design ideas of steel box girder rotation method in highway bridges across the high-speed rail operation lines，and described the steel box girder ro-tation system components and construction procedures，aiming to provide the reference for the construction of similar bridges.

Keywords：Highway bridges； Steel box girder； Rotating method； High-speed rail； Design program

收稿日期：2015-05-02

文章编号：1673-4874(2015)05-0050-04

中图分类号：U448.21+3

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.014

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