临近铁路并跨越高速公路系杆拱桥施工的纵移横移关键技术

任会川

(中铁十六局集团 路桥工程有限公司， 北京 101500)

随着路网建设的迅猛发展，越来越多的桥梁工程上跨既有建筑物(构造物)，其上部结构一般采取现浇、预制架设施工。但对于因受地形、架空线缆等因素影响而无法在设计线路轴线上直接拼装的上跨高速公路或铁路的系杆拱桥，只能在新建线路侧后方平台上完成拼装，再通过拟跨越道路上搭设临时支墩及纵移、横移滑道安装就位，解决空间、时间受限的问题。

1 工程概况

某铁路增二线工程为新建上跨高速公路的双线铁路桥，铁路等级为Ⅰ级，客货混行，设计行车速度160 km/h。孔跨布置为1-80 m下承式简支系杆拱，矢跨比1/4.71，桥梁全长92.7 m。吊杆间距5.2 m，全桥共设26根吊杆，拱肋中心采用二次抛物线。为减小桥梁的冲击作用、降低噪音，采用道砟桥面，桥面上设现浇砼道砟槽板。采用双T形桥台。拱肋及系杆均为箱形截面，且每个截面的上下翼板、竖板上均设水平加劲肋。横撑采用箱形截面，且每个截面的上下翼板、竖板上均设水平加劲肋。每个支点处设2个起顶点，位于端横梁上，靠近系杆的内侧。系杆节段、吊杆与拱肋、吊杆与系杆、桥面板的U肋、横梁采用高强度螺栓连接，拱肋节段、横撑与拱肋、桥面板与系杆顶板采用焊接连接。系杆节段、吊杆与拱肋、吊杆与系杆采用M30高强度螺栓，φ33孔，设计有效预紧力350 kN，设计抗滑系数不小于0.45；横梁腹板及底板、U肋采用M22高强度螺栓，φ24孔，设计有效预紧力200 N，设计抗滑系数不小于0.45。拱肋节段、横撑与拱肋、桥面板与系杆顶板采用焊接连接，相邻板件焊缝错开一定距离。

该工程的主要特点：1) 临近营业线施工，施工受既有铁路影响较大。该桥临近既有铁路，钢桥吊装作业需选择合理、安全性能高的吊装设备，并对钢桥杆件采取有效的防倾倒措施，确保既有铁路运营及设备安全。2) 存在立体交叉。该桥上跨西北环高速公路，钢桥拖拉施工中需搭设临时过渡支架占用西北环高速公路，施工前需制订相应交通导改方案，确保施工安全和质量的同时将对公路交通运营的干扰降到最低。

2 施工方案

2.1 总体施工方案

该桥跨越高速公路，高速公路为挖方，两边新建铁路线在路基上，由于在高速公路上方禁止长时间吊装、拼装作业，原位拼装方案不可行。拱桥上部结构采用纵移拖拉方案，可避免在高速公路上方吊装作业，保证高速公路运营安全。又由于新建线路距离既有铁路线最近处仅7.82 m，必须使拱桥上部结构远离设计轴线8.7 m，吊装拼装作业才能在既有铁路的安全距离以外，这就决定了纵移到位后必须横移才能使桥梁就位。因此，采用纵移横移拖拉施工方案，施工方案总体布置见图1。纵移横移滑道转换是其中重点、难点之一。顶推从0#台向1#台方向进行。

图1 拱桥纵移横移拖拉施工总体布置(单位：mm)

2.2 拼装平台

拱桥系梁每10 m一个节段，共设置9个拼装基础PT1～PT9，采用砼扩展基础，在地基承载力较小的条件下有效扩散上部结构传递的荷载，并作为后续纵移拖拉作业的滑道。

2.3 临时墩

根据计算结果，拱桥上部结构的最大悬臂应在15 m以内，需在高速公路上设置临时墩。高速公路两个方向行车道中间的绿化带内埋设有电缆，不能施作临时墩基础。因此，临时墩占用一个行车方向的行车道和另一方向的超车道，共占据4条车道中的2条，留2条车道供行车使用。临时墩顺公路方向布置，同一个临时墩两侧的基础正好跨越高速公路，并与新建铁路正交，可解决新建铁路与所跨越高速公路平面交角45°的问题。只是同一侧系梁下的2根钢管沿新建铁路方向上相差1 100 mm，通过设置短的不等长的导梁使拱桥上部结构可同时上墩。根据以上原则设置L1～L6共计6个临时墩，跨度分别为8、9.8、3×15、2×8.6 m。

2.4 导梁

计算结果表明，如果采用导梁方案跨越高速公路或仅在中间设置一个临时墩，导梁根部的强度不能满足要求，要对导梁与拱肋结构作特殊加强处理，代价太高。因此，采用无导梁方案。

2.5 纵移水平力克服

在0#台的后方设置顶推千斤顶的重力式反力座，反力座和PT1合二为一，既是拼装平台的一部分，也是承担千斤顶反力的基础。

为保护高速公路路面，临时墩采用在高速公路原地面上浇筑砼扩大基础，在基础上立钢管立柱。这样的临时墩仅能承担竖向力，不能克服水平力，故需把水平力传递到纵移系统的外部结构上。

在1#台的前方和0#台的后方设置重力式反力座，1#台前方反力座通过1#台后与临时墩L6通过水平精轧螺纹钢拉杆相连接。L6的上端与L5的上端相连接，在L6的两侧锚固端高差与整个桥梁的纵坡相适应。依次类推，一直连接到0#台后方的反力座上。这样，临时墩钢管的上部通过精轧螺纹钢串联在一起，并固定在两端的反力座上，可克服纵移过程中的水平力(见图2)。预张力的大小根据计算确定。

图2 拉杆锚固方式(单位：mm)

水平精轧螺纹钢张拉顺序：1) 使用扳手预紧各锚固端；2) 同时从两端对称向中央依次施加第一级预应力，直到每跨都施加同样的预应力(需统一指挥，保证对称跨同时施加预应力)；3) 重复第二步，施加第二级、第三级等批次的预应力(保证施加预应力后每个临时墩的垂直度不大于1%)；4) 拉杆内力达到设计值后，张拉完成；5) 施工完成后，按照上述顺序的逆序放松各临时墩之间的预应力(禁止一次性放松到位，确保施工安全)。

通过采取上述措施，整个临时墩体系可满足顶推施工的需要，抵抗顶推过程中产生的水平力，保证顶推施工安全。

精轧螺纹钢的刚度比钢丝绳的刚度大，可保证临时墩身不产生较大变形，安全性高，操作简便；精轧螺纹钢接长方便，使用完成后可回收再利用；精轧螺纹钢使用量大，在市场上易于采购，造价适中，是一种值得推广的拉杆体系。

2.6 纵移滑道

纵移滑道设置在两侧系梁共4条腹板处，每侧的2条腹板相距1 100 mm，分别对应1根临时墩的钢管柱。纵移滑道设置见图3。

图3 纵移滑道设置(单位：mm)

2.7 纵向顶推设备

采用2台1 000 kN连续千斤顶作为顶推动力。反力座设置在1#桥台的前方，一侧通过八三墩杆件安放在台背上，另一侧安装在反力台座上，拉锚器固定于系梁箱梁的侧面，二者通过钢绞线连接，千斤顶连续不断地将顶推力传递给系梁，使系杆拱前行。

2.8 横移方案

原始纵移轴线距离设计轴线8.7 m，桥台需横桥向延伸一定长度，2个桥台分别向线路左侧延伸8.38 m。

为使顶推过程中支垫钢板厚度较小，厚度8 cm支座垫板在纵移开始前不施焊，横移前才施焊，导致纵移滑道比横移滑道表面高出8 cm。

待纵移拖拉到设计位置前1.7 m处时停止拖拉，1#桥台不需纵移滑道直接安装横移滑道，0#桥台拆除纵移滑道，安装横移滑道，然后纵移拖拉到设计里程位置。

拆除纵移千斤顶，在两端桥台的横向扩展部分上，梁体侧面安装横移千斤顶，开始横移顶推，边顶边在千斤顶后支垫垫块，直至桥梁横向到达设计位置，然后落梁，桥梁到达设计标高。

2.9 横移滑道

横移前拆除所有中间临时支墩，桥梁简支于两端桥台上，由于受力集中，横移滑道顺桥向宽度采用1 500 mm、横桥向通长布置的方式。支座垫板1 600 mm×1 500 mm范围内垫满滑块，滑块周围采用适当的方式固定，防止滑块滑出。

2.10 落梁

桥梁上部结构到达设计平面位置后，落梁到设计标高，施工完成。落梁时两端桥台上的千斤顶轮流下落，每次下落不超过2 cm，禁止桥梁两端的千斤顶同起同落。

3 钢桥拖拉顶推施工的控制措施

(1) 顶推过程的标高控制。为保证拖拉过程中钢桥按1.1%上坡行走，钢桥系杆前端可顺利过渡临时支墩的滑道，通过对钢桥顶推过程中的挠度计算，钢桥最大挠度为6.7 mm。按设计标高进行顶推没有问题，为确保顺利通过，避免发生异常情况，在两系杆头部加焊2根2 m长变截面导梁，顶推到支墩的最后一跨时，拆除导梁，进行最后一跨顶推。

(2) 顶推过程的轴线控制。顶推前计算各施工段各点标高及轴线数值，顶推过程中用全站仪实时监测各点及轴线的数据，并与理论值对比，若偏差较大，则及时采取纠编措施。将经纬仪架设在1#桥墩的桥轴线上，观测钢桥端梁的中心线，每前进1 m，检查钢桥纵向轴线的偏移量，当轴线偏差超过20 mm时调整千斤顶顶出力使系杆拱正位。

(3) 横向顶推措施。背靠墙面积设计为3 m×1 m，高度为1.5 m，强度为C30。滑道采用双支32号工字钢，滑块为四氟乙烯板，顶推力采用2台150 t千斤顶。顶推过程中，用全站仪实时检测轴线的偏移，偏移一定距离后马上进行纠编，纠编后方可继续顶推。顶推前清除桥面及下方的杂物，以防掉落到公路上。

4 结语

该系杆拱桥临近既有铁路，上跨高速公路，通过纵移、横移和落梁相结合的综合施工技术，可使桥梁从三维方向上分别就位。其主要技术特点：1)顺桥向设置可靠的反力座，临时墩采用精轧螺纹钢串联，使千斤顶和临时墩的水平力可靠地传递到反力座上，有效解决拖拉过程中抵抗水平力的关键问题。2)纵移滑道和横移滑道的合理转换是其关键施工技术之一。3)不设导梁是其特点之一。