跨多条铁路线桥梁拆除施工技术研究

金顺利

（中铁二十四局集团江苏工程有限公司 江苏南京 210038）

1 引言

桥梁投入运营后，在长期的环境腐蚀与行车荷载作用下会出现不同程度的病害，导致桥梁结构承载能力下降［1］。同时，随着我国高速铁路“八横八纵”战略的实施，桥梁与铁路线的交叉越来越频繁，病害桥梁对铁路安全的威胁日益凸显［2］。所以为了交通出行与既有线运营安全，越来越多的病害桥梁需要拆除重建［3］92-100。

不同类型的桥梁在拆除时面临着不同问题，风险因素也各有不同［4-5］。如跨航道［6］、跨公路［7］桥梁拆除时应首先考虑对通航、通车的影响；而斜拉桥［8］、悬索桥［9］等受力复杂的桥型在施工时则必须采取有效的措施防止结构因受力体系被破坏而突然崩塌。相比于一般桥梁，跨铁路线桥梁拆除施工既要保证线路的运营安全，又要确保工程项目顺利开展，安全防护工作责任重大［10-11］。而连续跨越多条铁路线的桥梁拆除时路线的空间限制、列车运营的时间限制都会更加严格，施工中的风险因素复杂多样。因此，如何安全高效地开展跨多条铁路线的桥梁拆除施工是一个值得探讨的问题。

基于上述考虑，本文围绕江苏省镇江市谷阳路跨线桥拆除工程，介绍该工程主要的施工技术，并结合理论计算与现场实测开展吊运施工过程的安全性分析，以期为类似工程提供参考。

2 工程概况

谷阳路跨线桥于1996年建成通车，分为南北两幅，是一座简支预应力空心板梁桥。下部结构采用双矩形桥墩、预应力大悬臂T形盖梁。全桥共计23跨，跨径组合从西向东依次为8×21.5 m＋2×20.0 m＋20.1 m＋24.8 m＋22.0 m＋22.1 m＋2×20.0 m＋7×21.5 m。如图1所示，该桥跨越了沪宁高铁、京沪铁路上下行线以及在建镇江联络线等多条铁路线，对镇江市铁路线两侧的公路交通意义重大。

图1 旧桥与既有线位置关系（单位：m）

经过20多年的运营，谷阳路跨线桥出现了大量病害。其中北幅桥第13孔空心板梁底板产生了严重的纵向裂缝，且部分梁体的纵向裂缝宽度达到2.5 mm，远远超过了规范限值［12］，存在严重的安全隐患。此外，城市的快速发展使谷阳路跨线桥的交通运输能力已经接近饱和，难以适应日益增长的交通需求。因此，需要将谷阳路跨线桥拆除重建。新桥由18跨预应力混凝土小箱梁桥组成，其中新桥11号墩将修建于沪宁高铁与京沪铁路上行线间。

3 施工难点分析

（1）与既有线协调难度大。谷阳路跨线桥跨越了多条繁忙的铁路线，一天内有几十甚至上百列车途经该路段，行车密度大。根据铁路线运营施工的相关要求，跨铁路线施工只能在列车运营的天窗期进行。因此，如何在顺利展开施工的同时降低对既有线的影响成为了该工程最关键的问题。

（2）空心板梁的实际承载能力不确定性大。病害会导致空心板梁的承载能力下降，其中北幅桥第13孔空心板梁的承载能力在纵向裂缝的影响下可能降低得更多。因此，难以确定空心板梁能否承受拆除施工带来的剧烈扰动。

（3）铁路线间可用空间狭窄。受铁路安全防护设施的限制，铁路线之间可用于施工的空间宽度仅10 m左右。这严重限制了施工机械的活动范围，稍有不慎就可能出现设备或人员入侵铁路建筑界限的问题。为了顺利完成铁路线间旧桥桥墩的拆除与新桥桥墩的修建，必须设计出更加安全可行的施工方案。

4 拆除施工技术要点

4.1 总体方案

为适应谷阳路跨线桥的环境特点，将谷阳路跨线桥分为铁路跨和非铁路跨两部分，分别采用不同的拆除方案。其中非铁路跨桥梁采用破头机原位破除；而铁路跨桥梁结合绳锯与架桥机进行拆除。施工时由东向西逐跨拆除。首先拆除第23～16孔非铁路跨桥梁，然后拆除第15～12孔铁路跨桥梁，最后拆除第11～1孔非铁路跨桥梁。各桥墩在上部结构拆除后随即拆除，但15号桥墩暂时保留，便于铁路跨其他桥墩的拆除。待其余桥墩拆除后，人工在地面将15号桥墩拆除（镇江联络线尚在建设中，允许施工机械进入该区域进行桥墩拆除）。

4.2 铁路跨桥梁拆除工艺

施工的难点主要存在于铁路跨的拆除中，因此必须严密地组织该部分桥梁的拆除方案，确保施工顺利进行。

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（1）横向加固

在T型大悬臂盖梁的两端设置临时支撑柱，以防止桥墩发生侧翻、倾覆等意外情况，如图2所示。其中临时支撑柱采用2φ920×12 mm钢管（并置），分配梁由4根 45C工字钢组成。在工字钢顶部与底部均设置10 mm厚钢板，便于荷载传递。并在盖梁与工字钢顶部的钢板之间安装橡胶垫块，使盖梁与钢板紧密贴合。

图2 盖梁横向加固示意

（2）桥面系拆除与梁体切割

正式开始拆除前，先将桥上管线改迁，并拆除桥面扶栏、安全网与水泥护栏等。

桥面系拆除完成后采用金刚绳锯沿湿接缝将梁体切割分解。切割前先按一定距离将湿接缝打孔，让绳锯按孔眼分段切割梁体，从而减小绳锯切割长度，避免绳锯链条在梁底产生的垂度过大与铁路接触网相碰。此外，切割施工必须在铁路封锁命令下达后进行，并组装防护网进行线路保护，防止水流与碎石掉落砸坏接触网。

（3）梁体吊装

架桥机利用天窗点过孔就位，并在吊运前将铁路接触网相应供电单元停电。当架桥机支撑在桥墩盖梁上时，应让支撑点位于盖梁的中部，确保有足够的支撑空间，防止架桥机滑移发生危险。

吊装前需先在距梁端约1.45 m处的梁侧面打出吊装孔。通过吊装孔绑扎空心板梁。首先将吊索对折，然后用绳子栓住吊索对折端，将绳子从吊装孔中穿过送至桥底。再将另一根绳子的一端从梁外缘放到桥下，由桥底人工将两根绳子绑到一起。然后人工在桥面将第二根绳子拉起，把吊索对折端送回桥面，并挂在起吊横梁上完成绑扎。

起吊时先将空心板梁一侧起吊，观察无异样后再起吊另一侧，两侧位置平衡后由架桥机运送离场。起吊时应尽量缓慢，将起吊速度控制在0.75 m/min左右。架桥机的行进也不得过快，不得超过6 m/min。施工中要严格按照左右对称顺序吊运各片空心板梁，以确保盖梁左右两侧荷载平衡。每一个天窗期结束后，架桥机需在拆除跨外等到下一个天窗期才能继续施工。

（4）桥墩拆除

为方便架桥机吊装，将桥墩分段依次切割吊运，如图3所示。首先进行盖梁的拆除，然后再将桥墩从底部切割后吊运。拆除过程中采用无支架抱箍法对桥墩进行支撑，并在盖梁四周加钢箍固定，防止盖梁因受力变化而崩裂。14号桥墩拆除时，利用15号桥墩支撑架桥机前肢腿，架桥机跨过京沪铁路将分割出的桥墩节段运出，如图4所示。

图3 桥墩切割拆除（单位：m）

图4 14号桥墩拆除示意（单位：m）

当14号桥墩拆除后，由于跨度过大，无法继续利用15号桥墩支撑架桥机进行13号桥墩的拆除工作。但如果采用其他机械在铁路线间进行13号桥墩的拆除，不仅会给施工组织与管理带来不便，也会给铁路线运营安全带来隐患。为解决这一问题，提出了“利用旧桥建新桥，利用新桥拆旧桥”的施工策略。利用尚未拆除的1～12跨旧桥跨过高铁线向沪宁高铁与京沪铁路上行线之间的场地运送建筑材料与施工设备，在该区域内率先修建起新桥11号桥墩。新桥11号桥墩施工完成后，利用该桥墩支撑架桥机前肢腿完成旧桥第12孔上部结构与13号桥墩的拆除，如图5所示。该方法不仅巧妙地解决了在狭窄的铁路线间进行旧桥13号桥墩拆除与新桥11号桥墩修建的难题，还有效加快了施工进度，最大程度降低了对既有线的影响。

图5 13号桥墩拆除示意（单位：m）

5 吊运过程安全性分析

空心板梁与桥墩的吊运是整个施工中风险最大的环节。若吊运过程中梁体或桥墩节段不慎坠落，不仅会危及既有线安全，还有可能造成人员伤亡，所以必须严格把控吊运过程中的安全风险。因此，本节针对吊运施工中的吊索与空心板梁这两个主要的风险来源展开分析。

5.1 吊索承载力验算

钢丝绳的承载力可按下式验算［3］96：

式中，P为单根吊索的拉力（kN）；k1为动载系数，取为1.2；G为构件的重量（kN）；n为吊索数量；θ为吊索与水平面之间的夹角（°）；k2为吊索的安全系数，吊装时取为6；F为吊索破断力（kN）；F0为吊索钢丝破断力力总和（kN）；φ为换算系数，取为1.287。

根据谷阳路跨线桥设计资料，铁路跨桥梁单片空心板梁最大重量约为659.2 kN（包含桥面铺装重量）。架桥机采用的吊索为φ28 mm 35 W×7型圆股钢丝绳，吊索钢丝截面面积约为460 mm2，公称抗拉强度为1 870 MPa。梁体的两端由两股钢丝绳兜底捆绑，相当于有8根钢丝绳共同承担荷载，并假设钢丝绳与水平面之间的夹角为70°。根据式（1）、（2）计算出吊运空心板梁时的吊索拉力P＝105.2 kN，而吊索的破断拉力为F＝668.4 kN。于是有105.2 kN＜668.4 kN/6＝111.4 kN，吊索承载能力满足要求。

5.2 吊运施工安全监测

起吊过程中梁体的约束位置向跨中靠拢，跨中弯矩将呈减小趋势，一定程度上有利于空心板梁的安全。但受病害的影响，空心板梁在起吊过程中实际的内力变化情况具有很强的不确定性。尤其是北幅桥第13孔，严重的纵向裂缝给施工安全带来了巨大隐患。因此，有必要通过现场实时监测为施工安全防护提供指导。

在空心板梁跨中截面底部安装应变计采集梁体的纵向应变，如图6所示，图中w是空心板梁的最大纵向裂缝宽度。监测中采用的应变计为电阻式应变计，采集仪为东华DH 5908无线动态应变采集仪，采样频率为20 Hz。考虑到应变计安装后可能会掉落，对列车运营安全存在隐患。所以施工中仅对北幅桥第13跨纵向裂缝宽度较大的几片梁进行监测，以减少传感器布置数量。监测中以有限元法计算的理论应变为依据定性评估施工的安全性，当监测值与计算应变明显不同且快速增大时发出警报。

图6 空心板梁应变监测传感器布置（单位：m）

作为示例，提取出梁L4的应变监测结果如图7所示（其他梁的实测应变变化规律与此相似）。由该图可知，该梁跨中截面底部中心位置的纵向应变随吊装过程呈阶梯式变化，明显地存在两个下降段与三个平缓段。其中的下降段对应着梁体起吊过程，而三个平缓段分别对应着起吊之前、一侧起吊之后的观察期与起吊完成后的运送期。在结果上，空心板梁的最小计算应变为-28.9 με，而最小实测应变约为-35 με，计算应变略大。虽然存在一定偏差，但施工过程中空心板梁的实测应变随着起吊过程逐步减小，变化规律与计算应变相同，梁体没有破坏趋势，所以监测中没有警报发出，施工顺利进行。

图7 应变监测结果

6 结束语

（1）施工与既有线运营的协调、结构自身强度的不确定性与既有线对空间的限制是跨多条铁路线进行桥梁拆除施工首要面临的问题，施工前应根据桥梁的特点针对这些问题严密地组织施工方案。

（2）结合绳锯与架桥机进行桥梁拆除有利于降低对既有线的影响，在跨多条铁路线桥梁拆除施工中有良好的适应性。

（3）通过“利用旧桥建新桥，利用新桥拆旧桥”的方法能够有效地解决在狭窄的铁路线间进行旧桥桥墩拆除与新桥桥墩修建的难题，还有助于加快施工进度。

（4）直径28 mm的35W×7型的钢丝绳承载能力满足施工要求，并具有足够的安全储备；吊运过程中空心板梁的实测应变会逐步减小，与理论分析结果相符，拆除施工顺利展开。