运营铁路叠代法更换钢梁施工技术

王 建 成

(通号(郑州)电气化局，河南 郑州 450000)

陇海线下行K766+843为1-31.5 m上承钢梁，辊轴支座，位于渑池—英豪区间的丘陵地段，上、下行分离，线间距约为28.8 m；桥位处为电气化无缝线路，位于直线段，轨面坡度为7.9‰(行车方向为上坡)；桥下为季节性河道，河道与轨顶之间的高差为16 m。

该桥修建于1919年，运营时间久，桥台为料石镶面，内填筑三合土，原桥修建等级低。在该桥运营过程中，西侧桥台活动支座内辊轴螺栓锈断，造成辊轴向西安方向倾斜；钢梁部分已龟裂、老化；部分铆钉失效，导致桥梁病害严重，危及行车安全(见图1)。

针对该钢梁的严重病害，以及原桥台基础承载等级偏低等情况，制定的改造方案是：移出钢梁，在原址处新建两个并列的双层框架桥。

该桥钢梁顶为明桥面木桥枕结构，采用传统的在钢梁顶部穿设Ⅰ20架空横梁来实施架空作业，现场施工条件极其困难，没有可供架空作业的操作空间，对既有线行车干扰也较大；在架空之后，还需对既有钢梁实施移除，顶进双层框架桥，如何顺利实现荷载受力结构的转换都是需要解决的问题。

经过前期细致的调查、勘测与分析，最终确定采用“叠代法”的施工方法，来进行该钢梁桥病害的换梁施工。即：在箱涵顶预先拼装架空结构，在封锁点内将钢梁整体下降后，将架空设备横移到钢梁顶部重叠，继而下沉架空设备让其承受线路荷载来替代钢梁。

施工主体单位查阅技术资料总结和以往换梁经验，同时，结合本单位自身设备、周转材料以及现场地形等条件，制定细化了详细的施工方案。最终在现场得到应用，圆满完成路局下达的换梁计划，获得路局领导好评。

1 技术难点

传统架空结构是在列车慢行期间在线路两侧先安设纵梁，自线路一侧往轨枕间穿设Ⅰ20型工字钢横梁，与之前制立到位的Ⅰ122工字钢纵梁连接，继而形成对施工范围内线路的架空。但在对该桥现场条件进行实际勘测及分析后，采用传统架空方法存在以下问题：

1)该桥为钢梁明桥面，基本轨下为木桥枕，木桥枕是以刻槽及钩螺栓和钢梁连接(见图2)，其净距一般在15 cm左右，轨底至钢梁上翼缘铆钉净距为22 cm；钢梁设置有上拱度，在钢梁上的桥枕刻槽厚度不一，在此情况下实施架空，对钢枕的安设增加了难度，只能在封锁点内分次逐段施工，作业效率低下，而每个封锁点最多只有150 min。同时，在分次施工期间，线路长期慢行，桥面处在钢横梁和木枕交替受力的状态，轨道受力不均，线路几何状态也不易控制，会对行车带来安全威胁。

2)传统架空方法在穿设钢横梁之前纵梁必须先安放到位，木桥枕不能从侧面抽出，只能在封锁点内将桥枕先抬起顺至道心，再沿线路方向人力抬出，作业场地狭小，在明桥面上无法展开多个工作面，工效很低，因此施工期间需要增加封锁点，增大了对铁路运输的影响。

3)在抽换木桥枕期间，还必须将桥枕护木解除，这将会对桥面线路的几何尺寸造成极为不利的影响。

4)该桥上、下游空旷，桥高16 m，施工时钢梁两侧需搭设大量的施工平台来满足施工人员作业及材料机具堆放的需要，这不仅会带来高空作业的安全隐患，同时还增加了工程成本。

针对以上技术难点，考虑如果能将架空结构以及基本的线路设施先行拼装好，直接架设到位以替代钢梁，可以很好的解决上述困难。

2 方案设计和关键技术

2.1 总体思路

钢梁桥南侧预制好的2-11.4 m×14.1 m双层矩形框架桥，在其顶部预拼Ⅰ122工字钢架空设备，将新基本轨及轨枕一并安装完成。整体下沉钢梁，而后横移架空设备至既有钢梁桥的上部，使架空设备和钢梁叠加，从而以架空设备替代原钢梁承受线路荷载，最后横移出钢梁解体，顶进框架桥，恢复正常行车。

具体施工顺序如下：

架空支点桩施工、同时预制框架桥→搭设排架、铺设滑道→拼装Ⅰ122工字钢架空设备、安装新基本轨及轨枕→钢梁支座转换→下沉钢梁、横移架空设备、连接轨道、开通线路→横移、解体钢梁→顶进框架桥、恢复正常行车。

2.2 架空设备选取

1)架空纵梁：施工单位既有的架空纵梁目前分为两种，一种是Ⅰ100(即高度为1.0 m的工字型钢梁)，规格有L=16 m与L=8 m两种；另一种为Ⅰ122(即高度为1.22 m的工字型钢梁)，L=22 m。

该桥钢梁长达31.5 m，架空跨度较大，这就需要采用架空支点桩在顶进过程中进行减跨以满足架空纵梁的受力要求。通过对架空后横移钢梁与顶进双层框架桥的空间需求核算，以及跨度的受力检算，将架空跨度设计为Lp=19 m与Lp=16.5m，采取两孔连续架空模式。

针对上述该工程特点，结合架空跨度、工程现场条件、设计架空结构形式以及运输的便利性等情况综合考虑，架空纵梁采用Ⅰ122工字钢。

2)架空横抬梁：架空横抬梁采用的是Ⅰ20配套特制钢枕(即高度为0.20 m的工字型钢梁)。Ⅰ20钢枕满足Ⅰ122工字钢架空设备设计要求。该钢枕规格共分为三种：L=4.42 m,L=4.94 m,L=5.1 m，可根据不同的限界要求来进行选配，该工程架空结构满足直线段的限界要求即可，因而选用L=4.42 m的Ⅰ20钢枕。

3)架空设备横移滑道：架空设备横移滑道共设置三道，东、西桥台处各设置一道，中部架空支点桩顶设置一道，横移滑道采用2根P50钢轨组成。

2.3 关键技术

1)拼装Ⅰ122架空结构及新的轨道结构时，一定要提前使纵梁支点位置标高一致，然后再复核轨道线路几何尺寸，避免在封锁点内进行调整而耽误时间。

2)下沉Ⅰ122架空结构时，须保证中线不发生大的偏移，否则在无砟的情况下调整线路方向会十分困难。

3)工字钢与工字钢以及钢枕之间用φ22高强螺栓连接。采用性能等级为10.9s,高强螺栓终拧扭矩值为600 N·m。

4)穿横抬钢轨时，钢枕与基本轨之间要垫绝缘胶垫，防止联电。

3 换梁施工

为了避开汛期，工程于2012年11月中旬进场施工，前期平整场地，改移河道，预制框架桥等，对行车无干扰。2013年1月开始预制框架桥。

3.1 框架桥预制

1)框架桥灌注混凝土分三次，即底板、边墙→横梁、边墙→顶板。

2)冬季施工时，灌注混凝土前搭设暖棚，框架全部封闭，并提前打入蒸汽蓄热，以提高模板及邻接混凝土温度，使之与新灌混凝土间温差小于15 ℃。

3)混凝土灌注高度为7.6 m，混凝土坍落度大，凝固时间较长，边墙模板侧压力大，为保证模板强度，采用10号槽钢与φ22对拉螺栓对边墙模板进行加固处理。保证模板抗变形能力，提高了混凝土的灌注速度。

3.2 架空支点桩施工

1)两桥台处支点桩采用人工挖孔，挖孔时采用钢筋混凝土护壁。

2)中间架空支点桩地面以下桩基础部分采用直径1.5 m的冲击钻钻孔施工，灌注水下混凝土，高于地面墩柱部分则采用直径1.5 m的圆柱钢模板立模后灌注C20钢筋混凝土。两墩柱中心距为4.64 m，墩柱间设置一道系梁。

3.3 搭设排架、铺设滑道

1)采用钢管排架搭设，用钢管联结牢固。

2)横移架空设备时采用三组P50钢轨滑道。

3)横移钢梁时采用四组P50钢轨滑道，顶面要平顺，接头用夹板联结。

4)每组滑道为2根P50钢轨，中距0.27 m。滑道的固定方式：每1.2 m置放一根普枕，与P50短轨间隔布置，钉设道钉固定。

3.4 拼装工字钢架空设备、安装新基本轨及轨枕

1)工字钢架空设备及预铺线路在已预制好的框架顶上提前拼装。

2)在架空设备范围内铺设新基本轨，长度38 m，中间接头采用现场铝热焊焊接，两端接头提前钻好连接孔。

3)基本轨与工字钢之间每2 m设一道横木支撑。

3.5 钢梁支座转换施工

2013年5月7日，利用维修天窗封锁120 min，进行了钢梁支座转换成自制钢支墩工作。

1)利用下行维修天窗封锁点，将临时支点上方钢梁按设计要求在腹板钻孔用角钢和高强螺栓予以加固；点前，台帽顶用砂浆找平，放置H=50 cm钢支墩，钢支墩间用角钢焊连。

2)封锁点内，松开钢梁两侧各5 m线路扣件，割除支座连接螺栓，顶起一端钢梁，设好钢支墩临时支座，落梁，再进行另一端支座转换施工。检查线路几何尺寸，符合标准后开通线路。

3)慢行期间拆除既有支座及割除支座上方的部分钢梁，割除部分应保证钢梁能下沉0.65 m。

3.6 下沉钢梁、横移架空设备

2013年5月8日，利用维修天窗封锁180 min，进行了钢梁支座转换成自制钢支墩工作。

1)设置封锁防护，连接好轨道电路铜线，在桥台胸墙处切断钢轨，分别顶起钢梁东西端，拆除钢支墩，同步下沉钢梁至台帽顶并支垫稳固。

2)接通东、西侧以及架空支点墩柱上的P50钢轨横移滑道。

3)横移架空设备至线路上方，架空设备与钢梁的叠加：a.松开桥台两侧各50 m范围线路扣件螺栓，同时切割距桥台胸墙2 m处的钢轨(距桥台胸墙2 m内的基本轨按规定不得设置轨缝)，然后横移架空设备。b.架空结构下沉，中线与既有线路中线的对位，架空设备与钢梁叠加(见图3)。

4)切割既有线钢轨，接通线路钢轨。a.切割与架空设备预铺钢轨连接处的既有线钢轨，将预铺钢轨与既有线路钢轨用夹板连接，电务配合固定好钢轨接头处的连接线。b.架空支点墩柱顶的小车及横移滑道抽移后，支垫钢支墩。c.复紧线路扣件螺栓。

5)开通线路：检查架空设备及线路几何尺寸，达到开通线路的要求之后，撤除防护，开通线路。

3.7 顶进框架梁

将架空设备横移到位后可进行常规的框架桥顶进施工。

4 结语

陇海线下行K766+843中桥1-31.7 m钢梁病害改造工程，成功实施了架空设备与钢梁的叠代法施工，钢梁被横移出限界之外安全解体，双层框架桥顺利顶进就位，及时恢复了正常行车，显著减少了慢行施工对铁路运输的影响。施工总工期约7个月，共慢行40 d，要点封锁施工3次，其中仅用了一次180 min封锁点就顺利完成了落梁和架空设备横移到位施工。

在架空换梁以及双层框架桥顶进施工期间，架空设备状态良好，线路稳定，减少了封锁施工要点的次数，施工方案有效、合理，安全状况良好。框架桥就位的技术参数均符合TB 10415—2003铁路桥涵工程施工质量验收标准的要求，达到了预期目标。换梁后，两个双层框架桥顶进就位的状态见图4。

建议：既有线的钢梁桥多处于河道、丘陵或者交通要道处，对于此类钢梁在实施改造施工中，传统的架空方案会导致工期长、成本高、对行车安全产生长时的不利影响。在此情况下，则要针对不同的地段、不同的钢梁替换结构，因地制宜的研制和采用一些最有利于行车安全，同时操作性强的架空方案。

[1] 经审批的该工程施工方案[R].郑州：郑州铁路局郑州工务机械段，2013.