【摘　要】针对高速列车行驶的上空挂篮施工存在的安全隐患难题，采用了防护棚架的设计方案，成功地分离了列车与上跨施工的界面，形成了一个全封闭的施工空间。设计中重点考虑了高速列车通过瞬间产生的气动压力和气动吸力对棚架产生的影响，对各种工况条件下各结构受力状态进行了稳定性验算。
【关键词】　上跨　城际铁路　防护棚架　方案设计
 
      九江长江公路大桥南引桥七里湖特大桥分别于Ｋ１３＋４９４处跨越南昌至九江城际铁路，铁路里程为Ｋ１０＋３７８。于Ｋ１３＋５５０处跨越南浔铁路，铁路里程为Ｋ１＋０５０，桥跨形式为５５ｍ＋９０ｍ×２＋５５ｍ变截面连续梁，两跨铁路均为９０ｍ跨径。
      为保证上跨施工过程中让高速列车在其下方安全通过，在沿昌九城际铁路纵向与公路桥全宽相交部分上空设置全封闭的盒状防护棚架，施工作业面在盒状支架内进行，确保列车运行不受施工的任何影响。同时要求棚架具有整体稳定性，平台的风动效应及各结构部件的强度和稳定性需认真计算，并将其结果提交有资质的单位审核，满足要求后召开专家评审会，方案通过评审后实施。
１、防护棚架结构设计
      棚架长度为１４４ｍ，宽度１８．５ｍ，高度满足铁路净高８．３ｍ要求，防护支架采用打入式钢管立柱、入土深度不少于１０ｍ，间距两端部为６ｍ，中间部分为１２ｍ，纵向铺设ＺＨＮ５００×２００型钢分配梁，横向铺设ＬＨＮ５００×２００，间距为２ｍ，其上满铺铁皮脚手板，侧面铁路上方设置铁制密目安全网，内侧铁路接触网上方型钢和侧面螺旋管敷设隔电板。施工前应向铁路部门报送施工计划、施工方案、安全保障措施，保证施工不影响铁路列车行车安全，严格执行铁路的相关规定。
２、　防护支架计算
      防护支架在各种荷载组合下的稳定性通过ＳＡＰ２０００有限元程序进行计算，屈曲稳定性系数Ｋ均为１２．０左右，大于５．０，满足结构稳定性要求。
２．１　荷载计算
      （１）列车风压力［１］。列车风压力是指高速列车运行时带动周围空气随之运动形式的“列车风”在邻近列车的声屏障等建筑物上产生的波动压力，它与列车的形状、运行的速度以及声屏障距线路中心的距离、声屏障的高度等因素有关，气动呈正、负压力波形式。它由驶过列车引起的气动压力和气动吸力，即由一个５ｍ长的移动面荷载＋ｑ及一个５ｍ长的移动面荷载－ｑ组成。气动力分水平气动力ｑｈ和垂直气动力ｑｖ。
      当列车运行的速度ｖ＝２００ｋｍ／ｈ时（昌九城际铁路目标设计值，且不限速），建筑物距线路中心的距离Ｄ＝４．５０ｍ，据资料查得在上述情况下的列车风压ｑ为：
      水平ｑｈ＝０．３８ｋＰａ
      垂直ｑｖ＝２ｑｈ（７Ｄ＋３０）／１００＝０．４６ｋＰａ
      （２）风荷载［２］。横桥向风压Ｗ为：
      Ｗ＝ｋ０ｋ１ｋ３Ｗｄ＝０．６７ｋＰａ
      式中：Ｗｄ为设计基准风压，Ｗｄ＝γｖｄ２／２ｇ＝０．６７ｋＰａ；γ为空气重力密度，γ＝０．０１２　０１７ｅ－０．０００　１ｚ＝０．０１２ｋＰａ；ｖｄ为高度Ｚ处的设计基准风速，ｖｄ＝ｋ２ｋ５ｖ１０＝３２．９８ｍ／ｓ；ｖ１０为结构所在地区的设计基准风速，ｖ１０＝２３．９０ｍ／ｓ；Ｚ为距底面或水面的高度，Ｚ＝１０．００ｍ；ｋ０为设计风速重现期换算系数，ｋ０＝１．００；ｋ１为风载阻力系数，ｋ１＝１．００；ｋ２为考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，ｋ２＝１．００；ｋ３为地形、地理条件系数，ｋ３＝１．００；ｋ４为阵风风速系数，ｋ４＝１．３８。
      （３）自重荷载。在进行相关计算时考虑。
      （４）坠物荷载。在进行相关计算时按结构容许应力反算坠物考虑。
２．２　防护支架结构计算［３］
      （１）防护面板计算。工况１：防护面板受力计算。
      （２）防护面板固定计算。固定防护面板采用槽１０型钢与＜５０×６角钢进行固定，焊缝应力满足要求。www.tmgc8.com
      （３）分配梁Ｆ１计算。工况２：自重荷载＋气动吸力＋坠落物荷载。
      （４）分配梁Ｆ２计算。工况３：自重荷载＋气动吸力＋坠落物荷载。
      （５）钢管桩计算。钢管桩采用直径５２９ｍｍ、壁厚６ｍｍ钢管。
      （６）合成应力满足要求。
２．３　防护支架拆除相关计算
      支架顶平台全部拆除后钢管桩稳定性通过ＳＡＰ２０００有限元程序进行计算，在列车风及一般性风荷载作用下的屈曲稳定Ｋ均为１４．７左右，均大于５．０，满足结构稳定性要求。
３、施工方案设计
３．１　平面位置要求
      平面位置满足钢管桩平行铁路两侧位置，与铁路距离满足不少于１．０ｍ的要求，考虑铁路最外侧电缆风动震荡的影响，条件允许下适当加大距离。
３．２　钢管桩施工
　　钢管桩采用打入式基础，主要设备是３５ｔ吊机和ＤＺＪ９０桩锤。
　　事先按钢管桩直径要求采用型钢焊接好定位导向架，导向架放在桩位上，汽车吊吊起底节（长度大于１０ｍ）螺旋钢管，放置在导向架内，然后吊起桩锤夹住螺旋管桩，测量复核垂直度和平面位置，满足要求后，启动桩锤将螺旋管打入基础内，其入土深度满足１０ｍ要求或贯入度满足设计要求后停止插打。
      钢管桩插打到位后应立即对钢管桩进行测量复核，当垂直度不满足１％时应拔出重打，满足要求后立即吊出导向定位架。
３．３　分配梁施工
　　分配梁主要有两种，Ｆ２沿铁路纵向，设置在钢管桩顶，Ｆ１沿铁路横向，设置在Ｆ２分配梁顶，以两侧Ｆ２为支点成简支结构。
　　纵向分配梁Ｆ２为２根ＨＮ５００×２００型钢并排组合而成，上下面均采用间接焊接，间隔长度为１００ｃｍ，每段焊接长度为１０ｃｍ，在管桩安装完成后，用全站仪对相邻管桩间距进行测量，根据测量结果将纵向分配梁加工成型结构，直接吊装到桩顶，定位好后直接与桩头焊接，相邻两节纵向在型钢腹板处采用等强连接板焊接。
      Ｆ１横向分配梁事先按设计要求接长成型，然后逐根调放安装，Ｆ１与Ｆ２采用沿两侧翼缘焊接，安装之前在Ｆ２分配梁标识出准确位置，保证横向分配梁位置准确，间距偏差小，长度方向保证端部呈一条直线，利于后续平台的安装。
３．４　顶平台施工
      为缩短施工时间，保证每个“要点”（即铁路部门根据火车不运行的期间批准允许施工时间）内完成较多的工作量，顶平台施工拟从两端向中间施工，每施工一节间（４ｍ）便成型一节间，即安装好脚手板，铺设好铁皮，焊接好顶面型钢压杆。根据首次施工经验时间，估计一个节间施工周期时间，若“要点”剩余时间无法满足铺设下一个完整节间的顶平台时就不应开始施工，等下一个“要点”时间再施工，以避免列车通过时风荷载掀起未完整铺设的顶平台造成安全事故。
３．５　侧面防护网安装
　　为减少“要点”次数，使一个给点时间完成更多作业，侧面防护网拟与顶平台同时施工，侧面防护网事先加工成６ｍ长的定型结构，现场只需逐段安装连接即可。同顶平台一样，一个给点时间要求完整安装一个节间，计划一个给点时间安装完成２４ｍ。
安装中要注意每两个相邻节间连接牢固，防护网与钢管桩、连接系固定牢固。
３．６　棚架拆除
　　拆除的顺序是从两端向中间、拆除由上而下进行，汽车吊机在公路桥面上配合拆除工作。各部件具体拆除方法如下：
　　（１）顶平台拆除。顶平台拆除采取“要点”施工，从两端向中间逐节间进行，计划每个给点时间拆除８个节间３２ｍ长的平台结构，针对单个节间的拆除方法是，先割除顶面∠７５×６，然后人工拆除脚手板，纵向连接槽钢暂不拆除，与横向分配梁一起拆除。
      由于每排顶面∠７５×６负责压２个相邻节间的脚手板，完成一个给点时间内工作量后，应将未拆除节点的∠７５×６恢复，下个给点时间再拆除。
      （２）横向分配梁Ｆ１拆除。横向分配梁Ｆ１横跨铁路，根据不同位置分为两种拆除方法：①棚架两端一定长度范围内，公路桥未完全覆盖，可以直接吊装出来，吊车在公路桥上直接将其吊装出来；②棚架中间部分因公路桥覆盖，不能直接吊装的，采取在棚架两端Ｆ２分配梁端部分安装卷扬机，将其沿Ｆ２拖滑出来，然后吊装到桥面上。为避免拖移中出现横向偏移，事先在其两端用小角钢焊接限位装置，使其不致一端脱离Ｆ２分配梁。www.tmgc8.com
      分配梁Ｆ１采取“要点”拆除，拆除前应先逐节间解除纵向槽钢，从两端向中间拆除，计划一个给点时间内两端直接吊装的拆除２０片梁，中间的拆除１０片。
      （３）纵向分配梁Ｆ２拆除。Ｆ２分配梁相比较分配梁Ｆ１容易拆除些，由于比较靠近铁路，采取向铁路管理部门申请天窗点时间，在给点时间内拆除，计划一个给点时间拆除一侧分配梁。
吊装前先割除纵向连接以及桩顶焊缝，然后直接吊装下来即可。
      （４）钢管桩拆除。钢管桩拆除分两步走，先沿高出地面以上１．０左右割除上半部分，直接吊装放倒，埋入地下的部分采用振拔机拔出。
４、结语
      七里湖特大桥跨昌九城际高速铁路挂篮施工是施工安全隐患的重点防范区域，本方案通过专家评审并已实施。通过施工实践，证明方案是安全可行的，它为同类型桥梁工程施工积累了一套成功的经验。
 
参考文献
［１］　铁道部．新建时速３００～５００公里客运专线铁路设计暂行规定［Ｚ］．铁建设［２００７］４７号．
［２］　ＪＴＧ　Ｄ６０—２００４公路桥涵设计通用规范［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４．
［３］　ＧＢ５００１７—２００３钢结构设计规范［Ｓ］．北京：科学出版社，２００３．
文章来源： 《交通科技》原作者：吴晓霞 

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