跨运河铁路桥梁孔跨变更设计分析

李春平 王 纲

（上海东华地方铁路开发有限公司 上海 200071）

0 引言

随着社会经济发展，交通路网建设项目日趋密集，跨河铁路桥梁建设十分普遍，设计图纸一般较为完善。近年来，随着社会经济不断发展，航道通航状况也发生了较大变化，船舶通过量、货运量急剧上升，安全隐患也相应增加，跨越原航道部分跨径的调整已是当务之急。结合京沪铁路无锡北至无锡段改造工程跨锡澄运河桥梁变更设计实例，重点阐述变更设计的对比方法。

1 工程概况

跨锡澄运河特大桥位于江苏省无锡市境内，在既有京沪线右侧与既有京沪线平行。2006年，在京沪铁路151#桥工程可行性研究阶段，根据当时社会经济发展背景的需要，151#桥跨越原航道部分在考虑不低于当时通航标准及不恶化本段通航条件下，通航孔采用3跨32m简支T梁，桥梁位于老151号铁路桥以南18m处，设计水位2.88m，通航宽度32m，净高3.65m。2016年该工程开始实施过程中，经研究比选后对原设计方案进行了变更，变更设计后通航宽度80m，净高4.91m，如图1所示。

2 变更设计原因

（1）原通航标准为V级，该处航道紧张、繁忙。随着社会经济不断发展，锡澄运河江阴、惠山段已达III级通航标准，经过151#铁路桥的货运数量及船舶流量大为提升，据无锡海事部门统计，2017年4-8月份日均船舶流量基本呈逐月递增趋势，最多单日通过船舶1125艘，较2015年日单船通过量猛增114%以上。较较2016年日单船通过量增加80%以上.施工期间新、老151#号桥的安全风险加大，对铁路安全运营造成极大地安全隐患。

图1

（2）151#铁路桥跨越原航道部分施工环境恶劣，按原设计方案施工，施工期间安全难以保证。

（3）采取海事管制措施，沿线企业运输成本剧增，易引发社会矛盾。

3 变更方案比较

3.1 施工方案对比

跨既有锡澄运河原方案与变更后方案所采用的的主要施工方法主要有以下几个方面的不同：

3.1.1桥梁上部结构施工方法

原设计方案中桥梁上部结构为24m+32m+32m+32m+32m简支T梁，施工方法采用公铁两用架桥机进行架设，从大里程往小里程进行架设，架设过程中以及后续施工过程中采取安全措施防止坠落物下坠影响航道行船安全，这也是该桥施工的重难点。变更设计方案采用20m+20m现浇箱梁+80m双线有碴下承式栓焊钢桁梁+32m简支T梁，T梁采用公铁两用架桥机架设；80m双线有碴下承式栓焊钢桁梁首先在陆地支架上进行拼装，然后采用两套80kN卷扬机及动定滑轮组进行拖拉牵引至设计位置；两跨20m现浇箱梁采用满堂支架法施工，其中钢桁梁跨河拖拉施工为变更设计方案中的重难点，拖拉施工过程中需联系海事部门进行封航处理，最大限度地降低安全风险，保证船只的安全运行。

3.1.2 下部结构及桩基础施工方法

原设计方案中9#、10#墩是水中墩，11#墩位于驳岸边，其中9#、10#墩施工方案主要是结合上下游防撞墩和引导桩的设置分两阶段来实施，先施工10#墩栈桥、围堰，完成10#墩桩基、承台及墩身后拆除栈桥与围堰，再按相同步骤施工9#墩。151#铁路桥跨越原航道部分距老桥边仅为10多米，同时为满足航道弯曲半径要求，新老桥墩布置存在一定偏差，再加上施工时要在桥梁上下游设置防撞、引导和靠船等设施，施工期间的最小通航净宽仅为20m，使得通航条件无法满足船舶双向通行的安全要求，现场施工安全监管难度加大，安全风险难以得到有效控制。变更后设计方案9#、10#墩位于原驳岸位置，采用IV型拉森钢板桩围堰施工，施工前需设置防撞墩，船舶行驶空间较大，安全风险能大大降低。

3.2 具体施工要点把控

3.2.1 支架设计与施工

该项目在钢桁架设计上选取在岸上完成钢支架的拼装，采用2台8t卷扬机拖拉过线工艺，其钢支架整体长度为125m，选取12m深的φ800mm钻孔桩作为基础，钢管立柱的规格为φ609×12mm，横梁由45C工字钢制成，纵梁采用箱式结构、左右纵梁间距为11.8m。在拼装支架施工上，选取GPS10型钻孔桩机进行钻孔灌注桩施工，利用25t履带吊与人工安装方式进行陆地钢支架钢管的安装处理，选取150t履带吊与DZ120振动锤搭配人工作业方式完成水中钢支架的安装，依次完成防撞墩、纵梁施工，并做好拼装支架预压、拆除两个环节的施工管理。

3.2.2 钢桁梁架设方案

在钢桁梁架设方案设计上，该工程桁架桥共包含2片桁架，每片桁架有8个节间与9个主节点，全长为82m。在完成钢桁梁现场拼装的基础上，需选取36m导梁安装在钢桁梁前端，采用2台8t卷扬机利用拖拉过线工艺完成钢桁架的滑移，并利用位于9#、10#墩顶部的4台400t千斤顶调节水平位置并落梁，完成钢桁架的安装。在此过程中需加强对拖拉系统的设计，合理调节重物移运器装置、滑轮组、导梁、拖拉与顶推装置的设计参数，并在导梁开始悬挑时进行航道的临时封航管理。

3.2.3 钢桁架桥面施工

在钢桁架桥面施工设计上，选取在纵横梁与下弦杆上方部位进行混凝土桥面板的浇筑，将其作为道砟与铺轨基础，并围绕下弦杆外侧部位搭设悬挑人行走道。在桥面板的施工参数设计上，选取C50无收缩钢筋混凝土作为原材料，经由焊钉处理实现桥面板与纵、横梁顶板及下弦上翼板的结合；将桥面板悬臂端厚度设为15cm，主桁间厚度为28～38.7cm，纵向全桥采用相同截面。

在施工准备环节，需在浇筑混凝土前预先完成下弦、纵横梁等部位的清洁处理，对照施工图纸确认不同钢桁梁纵横梁间的孔洞尺寸，完成支架、模板的加工；在支架搭设环节，需依照中间孔洞支架、人行道悬臂板支架的顺序完成支架搭设与拆除处理；在钢筋制作安装环节，需严格做好钢筋材料的进场检验，将钢筋现场绑扎成型，对照设计图做好钢筋的排列与标记，确保其间距、搭接长度符合设计要求，并选取搭接焊方式进行钢筋接头的焊接处理，待钢筋绑扎完毕后做好质量验收与监理复查；在混凝土施工环节，选用C50无收缩商品混凝土作为原材料，在浇筑作业前做好钢筋与预埋件规格数量、隐蔽项目、综合接地设施的检查工作，在正式浇筑时确保一次性浇筑到位，将混凝土厚度最大值控制在37.9cm以内，中间不得停顿、将浇筑时长控制在6h以内，采用插入式振捣棒做好混凝土振捣环节的把控，并采用土工布覆盖、洒水等方式做好混凝土的养护管理，使混凝土表面保持湿润，待其强度达到设计强度的100%后方可进行拆模，保障混凝土质量达标。

3.3 主要技术经济指标对比

变更前与变更后主要技术经济指标对比见表1。

表1 主要技术经济指标对比

从表1可以看出151#铁路桥跨越原航道部分方案的变更设计，经初步估算，调整方案需增加费用约1800万元。主要体现在钢桁梁及现浇梁施工费用增加。

3.4 经济效益分析

对于项目投资方来说，虽然工程成本增加了约1800万元，但从社会经济效益来看，随着社会经济发展运河船舶流量激增，水上交通事故越发频繁，海事部门也必须采取更多的管制措施，投入的成本也会加大，原设计方案无论是施工期或施工完成后，均不能满足船舶双向通行的安全要求，唯有采取如间歇性断航、阶段性（单双日）放行或全单向限行（北向南通行）三种方式的水上交通管制措施，这也直接导致管制成本加大，但不管采取哪种限行方式，都会改变船舶的运输线路和增加运输成本。以无锡市区常州中天钢厂为例，据调查，一年通过151#铁路桥走锡澄运河的矿粉和钢材1000多万吨，如从谏壁船闸绕行经长江至江阴，总路程多行驶200多公里，增加运输成本估算超过1亿元。若沿线企业和广大船民的利益长期受损，易引发社会矛盾。

从施工方考虑，变更设计方案更有利于工程实施的安全性。最主要原因在于原设计方案铁路桥跨越原航道部分的实施存在较大障碍，首先施工距离北侧铁路较近，且9#、10#墩位于运河中央，施工较为困难；其次来往船只较多，施工区域极易发生船只拥堵、碰撞事件甚至碰撞施工栈桥及围护桩造成重大安全事故，即使进行了防护管理措施设计，包括防撞、引导及上下游停泊区及靠船桩，但仍旧无法消除影响铁路安全运营和工程施工的安全隐患。从而导致整体施工推进较为滞后，延长工期促使项目间接费成本增加。

4 结束语

无论是从安全风险、经济因素还是社会影响等考虑，151#铁路桥跨越原航道部分按原设计方案施工都存在各种不利因素。最有效的解决方案就是对151#铁路桥进行设计变更，增大通航净宽。本文以无锡市跨锡澄运河桥梁为例阐述了该桥梁变更设计的可行性和必要性，对以后此类型桥梁变更设计具有一定的参考价值。