摘要：以西潼高速跨越隴海鐵路的兩座預應力連續箱梁為依托工程，對懸臂掛籃施工及安全保障技術進行了系統的研究，達到了全天候施工的目標，滿足了公路橋梁施工與鐵路運營互不干擾的要求，并編制了跨鐵路掛籃懸臂施工的作業指導書。本文對研究的主要內容及成果進行了簡要的介紹，希望對同類工程起到借鑒作用。

　　關鍵詞：橋梁,懸臂施工,電氣化鐵路,安全保障

　　1、項目簡介

　　隨著經濟的發展，無論是鐵路還是公路都得到了大力發展，在相應的工程建設中經常遇到鐵路公路線路交叉現象。在工程建設實際中，如何處理好鐵路和公路的關系，避免相互干擾的問題一直是工程界努力的目標，特別是電氣化鐵路普及后，公路施工跨越電氣化鐵路施工時，由于是跨高壓線路施工，如何保證施工的安全性和鐵路的安全、正常運營一直是工程界所關心的問題。

　　潼西高速公路進行4改8改擴建工作。潼西高速公路改擴建項目全長130.878公里，投資概算72億元。根據工程計劃，2009年元月全線開工建設，2010年建成通車，工期異常緊張。按工程要求，沿線橋梁中K84+800尤河大橋、K92+621大橋上跨隴海干線電氣化雙線鐵路，在跨鐵路線橋梁施工期間，必須保證隴海鐵路干線的安全、正常通行。K84+800尤河大橋、K92+621大橋主橋上部結構相同，均為(47+80+47)m變高度預應力混凝土單箱雙室連續箱梁橋，最大梁段重1992kN，采用三向預應力體系。

　　原設計擬定采用搭設鋼結構防護棚架方案。如采用棚架方案，施工需在鐵路運輸的間歇時間進行，功效低，時間長，并需在鐵路管理各部門的嚴密配合下進行施工;如果改用懸臂掛籃加“四防”措施施工，可以做到橋梁施工與鐵路運營互不干擾，既保證了工期又節約了工程費用，社會效益和經濟效益顯著。

　　為此設立了“變截面寬箱梁跨越電氣化鐵路懸澆施工及安全保障技術研究”科研項目，項目研究的目的就是為了在確保鐵路大動脈安全、正常通暢運行的條件下，保證在建橋梁的工程質量和進度。鑒于國內同類項目的研究均未做到系統性，本項目研究的目標就是編制同類項目的作業指導書，對同類項目及類似項目的施工起到指導和借鑒作用，這不但具有重大的現實意義，還對以后同類問題的處理有重要的指導意義。

　　2、主要研究內容

　　主要研究內容有：掛籃安全使用及受力性能專項研究，變截面寬箱梁跨越電氣化鐵路懸澆施工作業指導書編制，寬幅箱梁剪力滯效應觀測及線形控制。各項研究工作所完成的具體內容如下：

　　2.1 掛籃安全使用及受力性能專項研究

　　使用安全性研究。針對工程的實際情況，對掛籃的“防電、防水、防火、防墜落”即“四防”體系進行研究和優化。使施工作業面達到相對獨立，與鐵路運營互不干擾;

　　1)主橋跨越電氣化鐵路干線—隴海線，防電防護對人員、機具的安全非常重要。本工程中采用一系列技術措施確保安全。首先所有金屬構件均良好接地，接地線不少于兩根，每根接地線阻抗不大于3歐姆，定期對接地線進行巡查和檢驗;二是在掛籃底部設置防電絕緣板達到全封閉，絕緣板具有較高的機械強度、阻燃性、介電強度及耐電壓高，具有良好的機械電氣性能。在絕緣板的下面刷一層耐電弧漆，達到分散隔離電弧的作用。相鄰絕緣板接頭塊采用同材料絕緣板壓接，并凃環氧樹脂調合劑，確保結合處密封良好、絕緣性能的可靠性。各構件均采用絕緣螺栓固定。

　　2)為防止施工用水排到鐵路股道內，影響行車及施工人員安全，采取以下措施：在箱梁兩側設擋水檐，防止橋面養護水下流。將箱梁上的預留孔洞暫時封閉。箱梁側面及內壁養護采用養護劑或覆膜養生。在掛藍絕緣板上方設防水層，并在四周設擋水板，以免箱梁澆筑過程中，離析水滴到鐵路上。在防水層上最低角設集水槽和排水導管，讓積水沿箱梁下排出鐵路外，排水導管安排專人管理，保證不堵、不漏。在掛藍防護外側底緣設10cm寬導流槽，防止下雨時雨水沿防護板側面匯成流與接觸網連通，導流槽中水通過導管接入集水槽。

　　3)為防止施工中發生火災，采取以下措施：在梁體頂板配備滅火器，防止因梁體焊接火花而引起的起火，進而危及鐵路的安全。掛藍的防護底板采用的底部密鋪鋼跳板，不可燃，有效防止起火。避免火災。

　　4)為防止施工中墜物干擾鐵路運營，采用以下措施：加強職工教育，嚴禁向橋下丟棄物體。掛藍所有外露部位底部密鋪鋼跳板，四周密目鋼絲篩網圍護。防止施工中鋼筋、石子或其他物體掉落到橋下，鋼絲網高度為1.7米。

　　受力性能專項研究。建立了桿系有限元模型和實體有限元模型對掛籃的整體受力和局部受力性能均進行了驗算，從設計角度對掛籃的受力安全性給予保證;另外，從掛籃的制造、驗收、試驗、拼裝、移動、拆除，乃至“四防”體系的安裝，均給出了建議和原則，從施工角度對掛籃的使用安全性給予保證。

　　1)掛籃設計：掛籃設計首先應滿足受力要求，主要受力構件安全系數不小于2.0，掛籃構件設計計入“四防”裝置荷載;掛籃設計考慮構件的穩定性;掛籃必須具備足夠的剛度，最大施工荷載作用下掛籃豎向變位不大于20mm，掛籃前后橫梁最大彈性變位不大于5mm;掛籃的橫向連接系必須具有足夠的強度和剛度，在各個工況下，如掛籃行走、混凝土澆注等，橫向連接系各構件均不應發生塑性變形。

　　2)掛籃制造：委托有資質的單位對掛籃焊接桿件的焊接質量進行無損檢測(探傷)。對主要受力構件焊縫進行100%探傷，對發現缺陷部位根據病害情況采取相應的處理措施，必要時可責令廠家返工。對其它構件焊縫可進行30%探傷，發現缺陷后進行雙倍探傷，如發現新缺陷，可要求100%探傷，并對病害部位進行處理，必要時可責令廠家返工。如有必要，可要求對母材性能進行檢測。掛籃在制造現場應進行預拼裝。拼接過程應模擬施工現場條件，查看各桿件拼接情況是否正常。

　　3)掛籃拼裝：安裝掛藍時，吊車應位于遠離既有線路一側。拼裝過程中構件、吊裝機械均不能侵入鐵路限界。掛藍安裝時，嚴格按照擬定的掛藍安裝順序執行，每個部件的連接都要經專職安全人員檢查，確認牢固、穩定，可靠后方可脫鉤，進行下一拼裝件的拼裝。

　　4)掛籃預壓：掛籃預壓荷載不小于掛籃施工中承受最大荷載的1.2倍;掛籃預壓采用堆載的方式;掛籃預壓采用分級加載的方式，按0.5、0.8、1.0、1.1、1.2倍進行分級，每級測試主桁應力、主桁前后支點和懸臂點的變位、前橫梁和后橫梁的變位情況，加載中還注意觀察底模、側模的變形情況;加載前根據理論分析情況對結構的變形情況進行預測，加載過程中一旦發現異常立即停止加載，分析并排除隱患后方繼續進行加載;每級加載到位后，每隔15分鐘進行一次測試，如果應變、變位變化量在本級總變化量的5%范圍內或在儀器精度范圍內，方進行下一級加載;加載最大級后持荷不小于24小時，以消除構件的非彈性變形。

　　5)掛籃行走：由于梁體較寬，掛籃采用3品主桁的方式，因而3品主桁的協同受力是關鍵。為保證其協同受力采用了以下技術措施：3品主桁下的軌道要嚴格抄平，即各軌道處于同一工作平面，防止掛籃出現橫向不均勻受力。軌道下要支墊牢固，防止軌道變形影響到主桁的受力;在主桁受力的敏感部位布置應變測點，密切關注掛籃就位時各主桁受力的不均勻性，不均勻性超限時做到及時報警，然后通過調整各主桁標高使其受力均勻，達到主桁行走就位過程的自適應平衡。

　　6)掛籃拆除：掛籃退至鐵路限界(包括正上方)以外后，方可進行拆除作業;拆除掛藍時，吊車位于遠離既有線路一側。拆除過程中構件、吊裝機械均不能侵入鐵路限界。掛藍拆除時，嚴格按照擬定的掛藍拆除順序執行，每個部件在起吊前都要經專職安全人員檢查，確認牢固、穩定、可靠后方可起吊。

　　2.2變截面寬箱梁跨越電氣化鐵路懸澆施工作業指導書

　　課題研究的主要目的是保證橋梁施工與鐵路運營的互不干擾，保證橋梁施工的順利進行和鐵路運營的安全通暢。為此針對這兩座大橋的工程特點，編制了施工作業指導書，指導整個橋梁施工的技術工作。作業指導書主要包括以下內容：

　　首先，根據工程特點初步擬定了總體施工方案;依據設計圖并通過現場實地勘察對鐵路線路周圍的情況進行了摸查，重點施工空間與鐵路限界的關系進行調查，對方案的可行性進行分析;對施工中可能對鐵路運營產生影響的各種因素進行了分析，在此基礎上制定了基礎、墩柱施工防護技術措施和掛籃防護技術措施，對基礎施工的防護方法進行了論證，對墩柱施工中支架、模板的操作注意事項作出了具體的規定，從掛籃受力安全性及防護可靠性、安全性等方面論證了掛籃設計及防護中應該注意的問題和采取的相應措施;成立以項目經理為組長的安全保證體系，制定詳細的安全管理措施，制定應急預案，以應對施工中遇到的突發性事件。

　　其次，編制了主梁懸臂澆筑施工技術方案。針對0、1#施工特點，制定了詳細的施工技術方案，從施工工序到施工工藝都提出了明確的要求;掛籃的安全性是跨鐵路線施工的重中之重，從掛籃受力安全及防護安全出發，對掛籃主要桿件的受力安全系數的選取及“四防”體系的設置做出了規定;給出了懸臂澆筑梁段、邊跨合攏段、中跨合攏段的立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、養生等施工工藝及注意事項;給出了懸臂施工中立模標高的設置及結構線形控制技術措施;給出了質量保證措施、冬季施工措施及文明施工措施。

　　第三，編制了0#、1#塊支架預壓方案。0#、1#塊是懸臂施工的基礎，掛籃要在其上拼裝完成，而且還是結構線形控制的起點，因此，0#、1#塊支架必須有足夠的剛度和強度，以保證0#、1#塊的施工精度。為此，在混凝土澆注前，需對0#、1#塊支架進行預壓。通過支架預壓達到三個目的，一是檢驗支架的強度和剛度，二是消除支架的非彈性變形，三是獲得支架的彈性變形值，為確定0#、1#塊立模的預拋值提供依據。方案中就支架的形式、試驗荷載大小的確定、加載方式及注意事項都給予了詳細的說明。

　　第四，編制了掛籃預壓試驗方案。掛籃是懸臂澆筑施工的關鍵，施工中梁段重量、施工荷載、混凝土澆筑時的沖擊荷載等均由其承受，其受力安全性及剛度性能是施工質量的保證。通過支架預壓達到以下目的，一是檢驗掛籃的強度和剛度，二是消除掛籃的非彈性變形，三是獲得掛籃的彈性變形值，為確定各施工節段的預拋值提供依據。方案中就支架的形式、試驗荷載大小的確定、加載方式、監測方法、監測項目及注意事項都給予了詳細的說明。

　　第五，編制了施工安全防護作業指南。從掛籃的設計、制造、安裝、前移、拆除、防電、防火、防水、防風、防墜落等各個方面提出了設計原則和注意事項。

　　2.3懸澆施工監控工作

　　這部分主要包含了以下工作內容：一是掛籃預壓試驗監測，根據監測數據推測各施工節段混凝土澆注時掛籃的變形值，為立模標高的確定提供依據;二是在施工仿真分析的基礎上給出各施工節段的立模標高值，指導施工立模;三是對結構進行監測，包括梁體撓度及梁體應力監測，通過 “分析——監測——對比——調整——分析”的循環過程，確保結構施工過程的安全及合攏時結構線形達到設計要求;四是進行寬幅箱梁剪力滯效應觀測，對梁體實際的剪力滯效應進行評價。

　　對K84+800沋河大橋及K92+621大橋掛籃均進行了預壓試驗，通過堆積沙袋加載方式，模擬混凝土對模板的側向力作用。測試了主桁桿件、前吊點、后錨點的受力情況;測試了掛籃底模前橫梁、主桁后錨點、主桁前支點的變形情況;對模板變形、掛籃底模變形、“四防”裝置變形進行觀察;對橫向連接、節點板、焊縫、銷軸、走形系統、錨固系統等局部受力部位進行觀察。繪制荷載變形曲線，推算各節段混凝土澆筑引起的掛籃變形，為各節段預拱度值的設立提供依據。

　　對結構的施工全過程進行仿真分析，考慮施工中各種因素的影響，包括梁段自重、預應力、收縮徐變、掛籃、施工荷載、體系轉換、二期恒載等，獲得各梁段的總體彈性變形值，通過與梁體設計標高、掛籃的變形、活荷載的預拋值進行組合，獲得各施工節段的預拱度值，指導橋梁施工。

　　結構施工監測的主要目標是保證施工過程中結構安全、合攏精度、成橋線形符合設計狀態。施工監測獲得結構應力和變位的實際響應，與施工預測值進行比較，由于施工預測值是以仿真分析結果為基礎，而施工仿真分析初始時是以結構理想狀態為基礎的進行，實際狀態與理想狀態總有一定的差異，因而結構的實測值與預計值總有一定的偏差，通過調整計算參數使預計值與實測值逼近，在此基礎上再重新進行全橋仿真分析，調整立模標高值，據此指導下一節段施工、再監測、再調整，如此通過多節段調整后，達到了理論值與實測值的一致性，從而達到施工監測的目標。

　　該橋橋幅較寬，箱梁頂板寬度達到了21m，為此采用了單箱雙室截面，本次施工監測中選取典型梁體截面的頂板、底板埋設了應變測點，對截面的實際剪力滯效應情況進行測試，對結構實際的剪力滯效應情況給出評價。

　　3、取得的成果

　　1)采用研制的“四防”掛籃體系進行懸臂施工，解決了變截面寬箱梁跨越電氣化鐵路時全天候施工的技術及安全保障難題。

　　西潼高速擴建2009年開工，要求2010年竣工通車，工期緊任務重。作為兩個節點工程，K84+800沋河大橋主橋、K92+621大橋主橋必須在全天候施工的條件下，才能保證這兩個節點工程不影響整體的工期。為此，通過前期的論證和比選，選擇掛籃懸臂澆筑施工方案作為主橋施工方案，就變截面寬箱梁跨越電氣化鐵路懸澆施工及安全保障技術展開了一系列研究工作。研制了“四防”掛籃體系，解決了施工中掛籃的“防電、防水、防火、防墜落”等一系列技術及安全保障技術難題，使整個掛籃施工成為一個獨立體系，達到了橋梁施工和鐵路正常運營互不干擾的目標，在橋梁施工得以安全、按時、順利完成的同時，鐵路正常運營也得以保證。

　　2)由于橋梁跨中部位位于鐵路線路的正上方，為了不影響鐵路的運營及安全，掛籃使用完畢后必須將整個掛籃體系(除內模體系外的全部構件)退至0#塊才能進行拆除，這需要掛籃的構造必須滿足這一工法要求，對掛籃的前上橫梁和前下橫梁的特殊構造進行了專項研究，這與常規的掛籃拆除工法有較大差異。

　　3)直接使用“四防”掛籃體系完成橋梁的合攏施工，而不是另外采用專門的吊架體系進行合攏施工，這樣，一是縮短了體系轉換需要的時間，二是合理利用現成的“四防”體系，保證了施工與鐵路運營的互不干擾。

　　4)通過一系列技術研究，給出了“四防”掛籃體系從設計、制造、安裝、試驗、移動、拆除、安全控制等多項技術，首次系統編制了跨電氣化鐵路懸臂施工作業指導書。

　　雖然國內針對跨電氣化鐵路施工安全保證有相關的研究，但一直沒有形成系統化，參考和指導的意義不大。從施工方案的編制、掛籃的設計、制造、安裝、試驗、使用、“四防”體系的設計、安裝、使用、橋梁懸臂施工的控制、監測等等技術及安全保障環節進行了深化和總結，編制了作業指導書，對同類工程的實施起到良好的借鑒和指導作用。