跨既有线悬挂移动防护棚架设计与施工技术

杨 强

（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州313000）

1 工程概况

浙江省丽水市西山大桥全长637 m，全桥配跨为5×30 m T梁＋3×40 m小箱梁＋3×40 m小箱梁＋4×30 m T梁＋4×30 m T梁。其中6号和7号墩之间的梁体跨越金温货线，交点处与铁路夹角为80°。6号墩同铁路钢轨最小距离15.954 m，最大距离19.249 m；7号墩同铁路钢轨最小距离16.670 m，最大距离20.702 m。防护棚架跨铁路线立面图见图1。

图1 防护棚架跨铁路线立面

为确保既有铁路线运营安全，铁路部门对桥梁的安全作业提出了严格要求。而本工程又受下列因素影响：

1）施工地形受限，大型吊装设备进场困难；

2）公路与既有线夹角较小，致使棚架长度增加，造成棚架安装与拆除时间较长；

3）施工区域为既有线路堤地段，因棚架跨度较大，立柱基础施工困难；

4）因既有线为铁路干线，铁路局批复线路封锁时间每天（次）不超过60～90 min。

为此，从安全角度考虑，提出了在跨越铁路时采用防护棚架进行安全防护的方案。

2 防护棚架设计

设计方案为上跨铁路采用悬挂移动防护棚架，架体设计宽度为6 m，大于160 km客货共线铁路基本建筑限界4.88 m的要求，棚架长度为15 m，每边宽出桥梁两侧护栏1.66 m，棚架底板顶面距离梁底0.40 m，底盘底面设计高程为62.25 m，轨面高程52.12 m，棚架下净空10.13 m，大于设计要求的7.96 m。

整个防护棚架由上部结构和下部结构两部分组成。首先在铁路路基坡脚旁平整场地，根据设计图纸，拼装防护棚架的下部结构；然后在铁路部门规定的时间内完成梁板架设，并在铁路正线两侧的桥面上拼装棚架上部结构；最后利用吊车起吊或通过手拉倒链提升棚架下部结构，将上下结构对接为悬架式棚架。棚架通过装载机牵引，沿着预设的轨道滑行至指定位置，经固定后，即可开始桥面和护栏等工序作业。作业完成后解除临时固定，利用吊车吊起退回原位或牵引退回原位，将上下部结构分离，再分体平移至另外一幅，重复上述步骤直至另外一幅桥面系完成，最后通过倒链下放棚架下部结构，利用吊车接力并吊离至安全场地。

支撑结构采用各种型钢组合而成。上部结构主要由横梁、立柱、横撑、斜撑、纵向联接杆和平联组成，各构件之间采用焊接连接；下部结构主要由吊杆、剪刀撑和底盘结构组成，底盘结构采用贝雷梁拼装而成，贝雷梁上部设置分配小梁，上铺5 mm钢板，底盘顶部距梁底设计距离为400 mm，以减少坠落物冲击功，周边设置防护栏杆，并铺挂防坠网。上下结构通过吊杆连接，上部与横梁连接，下部与贝雷梁两端底部的托梁连接，连接时采用法兰盘螺栓加固，所有螺栓都采用双螺母，吊杆之间设剪刀撑增加稳定性［1］。具体布置见图2～4。

图2 防护棚架横断面

3 安全计算

3.1 防护架下部结构验算

底梁按简支梁验算，梁上贝雷支架、分配槽钢、钢板等荷载按每延米重量分别为：

贝雷桁架＝0.27×5×10÷1.5＝9 kN／m

分配槽钢＝0.011 3×30×10＝3.39 kN／m

图3 防护棚架侧面

图4 防护棚架平面

钢板＝1 500×100×0.5×7.85＝5.88 kN／m

合计＝9＋3.39＋5.88＝18.27 kN／m，单侧每延米9.14 kN。

查路桥施工计算手册32号工字钢基本参数：WX＝692.2 cm3，IX＝11 075.5 cm4，IX∶SX＝27.46，腰厚d＝9.5 mm，A＝67.05 cm2，E＝2.0×105MPa，［σ］＝140 MPa，［σW］＝145 MPa，［τ］＝0.6［σ］＝85 MPa［2-3］。

剪切应力计算：

挠度：

3.2 防护架上部结构验算

防护架立柱和顶梁采用双拼32a工字钢，其他杆件采用双拼20槽钢，实际施工时防护架杆件之间采用螺栓连接，按铰接连接方式计算。

查阅路桥施工计算手册20号槽钢基本参数：WX＝178 cm3，IX＝1 780.4 cm4，腰厚d＝7 mm，A＝28.83 cm2，E＝2.0×105MPa，［σ］＝140 MPa，［σW］＝145 MPa，［τ］＝0.6［σ］＝85 MPa［2-3］。

防护棚架4个吊点按平均受力计算，每个吊点承受静载27.42 kN，为确保安全，取1.6倍安全系数进行验算，吊点荷载取43.87 kN。见图5。

图5 力学计算简化模型

最大弯矩在立柱上：43.87×3＝131.61 kN·m；最大剪力在立柱上：43.87 kN；

弯曲应力计算：

立杆的压应力计算：

压弯应力叠加＝95＋3.3＝98.3 MPa＜［σ］＝140 MPa

剪切应力计算：

4 悬挂式防护棚架的安装

可移动悬挂式防护棚架由上下两部分组成，上部结构由横梁、立柱及斜撑等组成，各构件之间采用焊接连接，下部结构由吊杆、底盘等组成，底盘由贝雷梁通过支撑架组成，贝雷梁上铺设分配槽钢及钢板，底盘顶部距梁底设计距离为400 mm，以减少坠落物冲击功。上下结构通过吊杆连接，上部与横梁连接，下部与贝雷梁两端底部的托梁连接，连接时采用法兰盘螺栓加固，吊杆之间设剪刀撑增加稳定性。

防护棚架上下结构分别搭设，下部结构于铁路路基坡脚和7号墩之间的场地进行搭设，上部结构在梁板上搭设。

防护棚架施工步骤见图6。

图6 施工工艺流程

4.1 棚架对接及就位

防护棚架的上下结构对接采用两台25 t汽车吊抬吊，对接后，在每个吊杆位置布设一个5 t手动倒链，整个棚架共设4个，上方挂于顶部横梁，下方挂于下部托梁上，倒链设置完成后松开起吊设备。倒链起到增加悬挂状态的保险和用于架体提升、下放及拆分时悬挂体系转换的作用。见图7～10。

图7 上下结构分别拼装

架体移动采取装载机牵引滑行就位，滑行轨道采用25号槽钢叠合，开口朝上摆放，设置在棚架立柱底部，做成“船靴”型朝上摆放，轨道槽钢同梁顶的桥面铺装预留连接钢筋进行焊接固定，滑行前在槽钢内涂抹黄油，润滑轨道。

图8 整体平移

图9 提升下部结构对接

4.2 防护棚架分体

右幅桥面施工完成后，将架体吊起退回或拖拉退回原位，松解吊杆顶部法兰螺栓，同步手拉倒链，下放下部结构至预拼平台，完成一个循环施工；平移防护棚架至左幅，按照同样的方法进行对接和进位施工，直至左幅桥面施工完成。由于两幅护栏之间剩余20 mm间距，远小于吊杆宽度，棚架无法撤回，须直接下放。下放前首先松开吊杆下部法兰螺栓，同步手拉6条倒链下放棚架下盘，直至棚架下盘距轨面1 000 mm左右；然后通过预先设好的吊耳，穿钢丝绳，利用50 t汽车吊吊住棚架下盘；最后解除手拉倒链，用汽车吊将棚架下盘移至铁路安全保护区范围以外。见图11。棚架上半部分通过桥面上的吊机起吊离开铁路范围［5］。

图10 安装横撑、斜撑及剪刀撑

图11 防护棚架下放分体示意

5 结 语

采用悬挂式移动防护棚架施工结构对铁路运行无干扰，减少了施工过程中的安全风险，同时加快了施工进度；相对于一般性的铁路要“天窗点”施工，该工艺节约工期，降低施工成本。