崔文科

 （中鐵寶橋天元實業發展有限公司，陜西寶雞721001）

摘  要：對西成客專跨西寶客專特大橋132 m鋼桁梁開展了橫移施工風險分析。該橋跨越既有西寶客專及西安機場高速公路，采用橫移法施工，鋼桁梁在鋼廠分節段預制，運至施工現場進行拼裝，根據施工現場情況采用專家調查法確定施工風險，并采取相應控制措施確保施工安全。通過有限元數值分析方法對鋼桁梁橫移過程關鍵部位進行研究，結果表明：臨時墩的應力和變形均滿足要求，結構安全。

關鍵詞：鋼桁梁；高速鐵路；橫移施工；風險分析  DOI:10. 13206/j.gjg201606021

1  工程概況

 西成客專跨西寶高鐵特大橋132 m鋼桁梁位于國家級開發區西安市西咸新區，是目前國內最大單跨雙線跨高鐵鋼桁梁橋，工程跨越既有西寶高鐵及西安機場高速公路，鋼桁梁與西寶客專斜交夾角為140，與機場高速斜交夾角為720。采用單孔132 m跨下弦式鋼桁梁跨越。鋼桁梁全長134 m，兩片主桁中心距為13.9 m，桁高20 m，線間距為4.6 m，總質量約2 800 t。本橋位于R=7 000 m的圓曲線上，主橋采用平分中矢布置，按直線梁外包設計。

2方案比選

 本工程通過對縱向頂推施工和橫向移動施工兩種方案的計算模擬分析與現場情況安全因素的綜合考慮，選取了橫向移動施工的方案。

2.1  縱向頂推施工

 縱向頂推施工是將鋼桁梁在橋跨的一側沿橋縱軸線方向逐段拼裝，在梁體前安裝鋼導梁，梁下及墩頂布設滑道和滑移裝置，用千斤頂頂推鋼桁梁，沿縱向滑移到預定位置，然后拆除輔助設施構件，移正鋼梁，降落到位。頂推法施工具有施工費用較低、施工設備少、無噪聲、不影響橋位處交通運行和工期短等優點。對于跨越既有線的橋梁施工，所選取的施工方法應具有施工周期短、吊裝作業少、不易產生墜落物、施工場地小等特點。為避免對既有西寶高鐵正常運營安全的影響，降低施工安全隱患風險，該方案施工周期長，安全性不易保證，不予采用。

2.2  橫向移動施工

 橫向移動施工是在橋梁一側搭設拼裝支架及橫向滑道梁，然后用水平千斤頂沿滑道梁將鋼桁梁牽引橫移至橋位處，調整鋼桁梁的水平位置后，用豎向千斤頂將鋼桁梁落在支座上，澆筑鋼筋混凝土橋面板，安裝鋼桁梁附屬設備，完成鋼桁梁全部施工。該方案較頂推施工對鋼桁梁損傷較小，施工周期短，經濟合理，安全可靠度大。橫向移動施工布置如圖1所示。

3  橫移施工平臺

 本工程采用橫移架設鋼桁梁方案，在橋梁右側對孔搭設拼裝支架及橫向滑道梁，利用40 t龍門吊進行拼裝，主要結構由龍門吊軌道梁、滑道梁、滑道梁鋼管臨時墩、八三墩組成。鋼桁梁橫移布置如圖2所示。

3.1  龍門吊軌道梁構造

 龍門吊軌道梁采用Q345B鋼材，由A、B兩種斷面組成，分別由2個和4個H582型鋼組成。龍門吊軌道梁布置與龍門吊軌道梁斷面如圖3和圖4所示。

3.2  滑道梁系統

 滑道梁由兩組箱形梁拼接而成，材質為Q345B。滑道梁總長59 m，寬2.4 m，高2m或2.4 m。箱形梁頂板36 mm，腹板30 mm，13.9 m跨底板厚度為24 mm，其余底板為30 mm，加勁肋20 mm，高2 000 mm或2 400 mm，寬2 000 mm。

 滑道梁分為E、F、G、H四段，梁段之間通過對接焊縫連接，E段與臨時支架連接，H段與鋼桁梁橋墩連接。在地面將E、F、G、H分別拼裝成整體，用150 t汽車吊吊到237號墩頂臨時支架上，再連接成59 m單段梁，依次將4片梁在支架上聯成整體，最后在1個天窗點內完成鋼橫梁跨線過孔。237號墩處滑道梁拼裝流程如圖5所示，滑道梁構造如圖6所示。

3.3滑道梁鋼管臨時墩

 滑道梁鋼管臨時墩立柱采用ϕ1500×14鋼管，聯接系采用ϕ476×6和ϕ800×10鋼管，鋼管材料均采用Q235B鋼材。鋼管臨時墩的構造如圖7所示。

3.4  滑道系統

 滑道是保證鋼桁梁橫移順利實現的關鍵。滑道系統設在支座墊石上，整個滑道梁系統由滑道梁裝置、不銹鋼板（四周圍焊，打磨平整）、滑塊和四氟滑板組成。滑塊位于鋼桁梁底部與滑道梁之間，滑塊頂面與鋼桁梁底之間為橡膠，滑塊底部與滑道梁之間為四氟滑板。橫移滑塊由4片工字鋼145a組成，并加焊加勁肋，工字鋼和加勁肋采用Q235B，滑塊構造如圖8所示。

3.5  牽引系統

 鋼桁梁的牽引設備共采用4臺300 t智能水平千斤頂，單側2臺千斤頂分別與一臺泵站并聯，用一臺泵站同時控制2臺千斤頂，通過兩側同時牽引來保證牽引的同步性。牽引系統如圖9所示。

4  橫移過程風險分析與控制措施

 鋼桁梁橫移施工過程中一旦發生風險事故，易造成人員傷亡且社會影響惡劣，因此在施工前必須對施工過程中的潛在風險進行分析。不僅要保汪鋼桁梁橫移施工自身安全，還應避免施工對既有營業線產生不利的影響。在正式施工前應根據所采取的施工技術方案，識別并評估施工中可能出現的風險，對施工風險做出正確的評價和判斷，并制定控制措施對施工風險進行主動控制，確保施工安全。通過施工風險分析并采取相應措施確保鋼桁梁橫移施工的順利完成及既有線路的正常運營。

4.1  風險源辨識

 鋼桁梁橋跨越既有線橫移施工由于其存在的特殊施工難點，施工中的風險需要結合現場調查及施工方案進行風險源辨識。施工前通過專家調查法對施工過程中潛在的風險源進行篩選，分類、分層次對所有施工過程中的主要潛在風險進行整理分類，如圖10所示。

4.2  鋼桁梁風險

 由于鋼桁梁自身及施工工藝的特性，施工過程中鋼桁梁存在若干潛在風險。1）隨著橫移的不斷進行，鋼桁梁左右兩側可能會出現不同步牽引造成鋼桁梁扭曲的風險，因此必須隨時對左右兩側的牽引設備調整，確保同步牽引。2）橫移過程中，如果一側縱向限位裝置作用失效有可能導致鋼梁縱向偏移過大，應在橫移過程中實施縱向糾偏。3）落梁過程中，可能會出現某一墩頂支反力過大，致使鋼桁梁局部屈曲。落梁時，要保證各墩千斤頂下落進度一致，施工人員要密切注意梁底變形情況。

4.3既有線風險

 鋼桁梁跨越既有線橫移施工由于其施工的特殊性，必然會對運營線路產生影響，因此也存在若干潛在風險。1）鋼桁梁施工過程中，雜物有可能會落入既有線上，造成嚴重后果。施工方應在鋼桁梁進入既有線前在橋面兩側安裝護欄，防止雜物滾落，并責專人對橋面雜物進行清理。2）鋼桁梁橫移施工中滑道梁撓度過大，會對既有線的正常運營產生影響。施工過程中必須實時監測滑道梁撓度。3）鋼桁梁施工過程中可能無意間會產生列車運營指揮信號的效果，干擾既有線列車的正常運營。因此，施工前應對施工人員進行相關知識普及，避免使用可能會產生干擾的設備。

4.4設施風險

 鋼桁梁橫移施工所用設施種類多樣，施工設施的安全是完成橫移的必備條件，因此必須對各類重要的施工設施進行風險分析。1）施工平臺作為施工過程中最重要的臨時結構，必須對最不利工況下支架的變形與整體穩定性進行驗算，定時對地基沉降進行觀測。2）滑道梁是鋼桁梁橫移的重要臨時結構，橫移過程中應滿足強度、剛度、穩定性等設計要求。滑道梁表面摩擦系數應滿足牽引力設計要求，否則可能造成橫移困難。每階段橫移運行前，應反復涂抹潤滑劑。3）施工中兩臺油泵如未能做到同步，同樣也會造成鋼桁梁發生較大縱向偏移。施工前需對牽引設備進行全方位檢查，并進行2~3次試牽引，在確保設備運行正常后開始正式橫移。橫移運行過程中，必須有專人對千斤頂制動器進行控制，并實時匯報當前油壓，橫移現場負責人隨時掌控當前施工中各項信息并下達進一步施工指令。

4.5  其他風險

 施工中由于不可抗力及人為原因會產生一些難以控制的風險因素，這些風險同樣可能會對施工造成嚴重后果，產生惡劣的社會影響，成為橋梁施工中不可忽視的一類施工風險。這就要求施工單位做好相關的風險預案并合理處理有關矛盾沖突，同時要求施工人員嚴格遵守相關施工章程，合理安排相關事宜，妥善處理施工突發狀況。

5  橫移施工過程計算

5.1  滑道梁驗算

 采用橋梁專用軟件MIDAS/Civil對結構整體橫移全過程進行分析計算，在鋼桁梁橫移過程中，滑道梁上緣最大應力為156.1 M Pa，下緣最大應力為177.7 M Pa，滑道梁腹板最大剪應力為66.3 M Pa，滑道梁在滑移過程中最大豎向撓度為28.5 mm。滑道梁應力未超過鋼材允許應力，結構安全。由于滑道梁放置在永久墩和鋼管臨時墩上，主桁在移動過程中，位于永久墩上的滑道梁會產生上翹現象，通過設置抗拔措施予以控制。

5.2  滑塊驗算

 采用通用有限元程序ABAQUS建立滑塊的有限元模型，采用三維殼單元( S4R)建立鋼管有限元模型，由于滑塊鋼板厚度較厚，采用實體單元( C3D8R)模擬鋼板，滑塊最大von Mises應力為124.0 M Pa。有限元模型和von Mises應力如圖11所示。

5.3滑道梁鋼管臨時墩驗算

 由于臨時支墩安裝后，垂度上在X及Y方向最大偏移分別為58 mm和22 mm，并造成立柱中心與滑道梁中心出現300 mm和450 mm的偏差。經專家組討論決定對6根立柱加固，加固方式為鋼管外側焊接工字鋼I25a，通長布置；J2與125a及鋼管之間采用h f=6 mm連續角焊縫，間隔2.5 m布置一道，見圖12。遠離永久墩2立柱最大組合應力為154 M Pa，最大變形為14.6 mm；靠近永久墩4立柱最大組合應力為136 M Pa，最大變形為16.1 mm。在鋼桁梁橫移過程中，臨時墩的應力和變形均滿足要求，結構安全。

 由于鋼管直徑達1 500 mm，管徑較大，考慮到焊接缺陷（殘余應力和殘余變形），臨時墩在較大的豎向荷載作用下有可能發生鋼管局部屈曲，因此，對鋼管局部穩定進行進一步計算。采用ABAQUS軟件進行建模計算，采用三維殼單元( S4R)建立鋼管有限元模型。這里考慮鋼桁梁在移動過程中各鋼管受力的不均勻性，考慮3種加載情況，如圖13所示，其中F均為單位力，可通過特征值換算為其對應加載的失穩臨界荷載。

 滑道梁鋼管臨時墩在3種荷載工況下的臨界荷載與穩定安全系數如表1所示。

 由表1和圖13知，在工況3作用下，鋼管臨時墩首先出現整體失穩，其彈性穩定安全系數最小為

15.7，安全富裕度較大。

6  結束語

 鋼桁梁橋跨越既有線橫移施工具有較高的施工難度和風險，合理的施工方案與完善的風險應對方案是施工順利完成的必備條件。本文關于跨越運營高鐵的鐵路鋼桁梁橋的橫移施工風險分析可為此類工程提供一定參考。

 1)跨越既有線施工由于其施工的特殊性及高風險性，為了減少對運營高鐵的干擾，鋼桁梁橫移施工方案被逐漸采用。對跨越運營高鐵的鋼桁梁橫移施工的施工工藝與技術需進一步深入分析。

 2)對于采用橫移施工的鋼桁梁橋，在橫移過程中要重點關注、監測滑道梁底板及滑道梁鋼管臨時墩這些容易出現局部屈曲的位置。同時，設計單位在設計階段不僅要考慮成橋狀態的結構安全性也要考慮施工階段臨時結構的受力要求。

 3)鋼桁梁橫移施工風險分析是施工安全的重要環節，施工籌備階段應對潛在的施工風險進行辨識，通過選擇合理的施工方案，制定完善的施工組織設計可對施工風險進行有效規避。