浅析既有线改造之钢梁桥拆除

李富洪

摘要：随着我国铁路建设的飞速发展，对铁路的建设要求和标准也与时俱进。对于一些早期建设的铁路，受经济条件和技术条件的限制，采用技术标准较低，通过能力和输送能力不足，不能满足国民经济快速发展和人民物质文化水平不断提高的需要，需要对其进行改造。我国先后经过六次大面积提速，旅客列车最高运行时速达到120公里及以上的线路延展里程共计2.2万公里，但由于历史原因，现还存在大量标准技术标准低下的普速铁路，因此可以预见，既有线提速改造任重道远，在今后相当长的一段时间内，依旧是铁路建设的重要发展方向。既有线改造涉及广泛，主要有路基、桥涵、隧道、房建、站场等，本文就湘桂铁路提速扩能改造工程中桃花江双线中桥的建设为例，浅析既有线改造中既有钢梁桥的拆除，旨在对其施工技术进行探讨，为类似工程提供借鉴。

关键词：既有线、钢梁 、拆除、吊装

1、前言

本段為湘桂铁路扩能改造增建右线，本桥为既有线改建桥梁，分成桃花江左线中桥和桃花江右线中桥两座，将既有2-32米单线钢梁桥改建成3-24m钢筋混凝土简支T梁分离式双线桥。既有桃花江中桥跨越桃花江，桥长70m，现为 2-32米单线桥，在改建的过程中，需要将左线既有桥梁拆除。在此过程中先修建临时过渡桥梁（即新建桃花江右线中桥），在既有营业线拨接到右线后，再拆除原有桥梁，之后在原址修建桃花江左线中桥，再将线路拨接回左线，左右线均形成完整的运营通道。本文主要根据此桥对营业线旁既有钢梁桥的拆除工法进行研究。

桃花江既有桥为2-32m上承式钢板简支梁桥，主梁为2-32m工字钢梁，每孔由2片工字钢梁采用型钢铆接而成，工字钢梁规格：2800×460×30mm。钢梁结构如下图所示：

目前右线桥已完成修建开通临时运营，左线桥的1#、2#桥墩墩身已施工完成（托盘顶帽未施工）。现状详见《既有桃花江中桥纵断面图》和《既有桃花江中桥平面图》：

2、施工方法比选

钢梁拆除一般可以选用三种方法：膺架法、拖拉法、吊装法。实施之前对上述方法进行比选：

1.膺架法：由于此桥跨越桃花江，桃花江需要进行通航，膺架法需要占用河道，且在此期间正处于汛期，所以排除此法。

2.拖拉法：由于此桥紧靠正在运营的新建桃花江右线桥，两侧桥台位置存在既有路基，没有足够的场地进行拖拉，拖拉法在拖拉过程中由于受力不均有产生横向位移的可能，对运营线造成安全隐患；第一跨位于曲线段，不适宜拖拉法，所以排除此法。

3.吊装法：在原位对钢梁进行分割，利用左线新建桥墩作为临时支墩，分次要点吊装，减轻吊装重量，减小安全隐患。此法不需占用河道，且分批次吊装每循环占用周期短，重量分解后安全隐患小。

综上所述，本桥既有钢梁拆除拟采用吊装法进行。

3、施工工序

施工准备—桥面附属拆除—设置临时支墩-钢梁临时加固-钢梁切割-钢梁吊装—墩台拆除。

4、施工总体方法

线路左侧距施工现场20m为地方城市道路，施工便道利用该既有道路作为临时便道，以供吊车和运梁车辆出入。桃花江既有钢梁拆除步骤：先进行既有桥面附属的拆除，以减轻吊装重量；根据吊车的起吊能力将钢梁进行分段，利用新建左线1#、2#桥墩作为临时支墩，将钢梁临时加固后，采用氧焊割具将既有四片主梁分割成8段，申请封锁点，点内用吊车直接分段吊装转运，既有桥墩、台采用机械破碎拆除。

5、既有桥面系拆除

施工之前由相关部门对既有线缆进行迁移后，着手进行既有桥面系的拆除。既有桥面系全部采用人工拆除，拆除顺序从上到下依次为钢轨、轨枕、人行道板、托架、检查梯等，拆除后用人工抬下路基。

6、临时支墩搭设

由于桃花江左线中桥的1#，2#桥墩已经建成，且其位于既有钢梁正下方，所以采用此墩柱作为临时支墩，因其墩顶与梁底存在高差，所以在其墩顶上采用方木垛将既有钢梁支垫稳固。采用方木规格12cm×12cm，各方木之间采用扒钉连接，扒钉不得钉在接触面上，同一根方木上的扒钉应相互成八字形，以免错动。具体布置图如下：

7、既有钢梁临时加固

为防止在切割过程中钢梁失稳，切割前对其进行临时加固处理，每跨用16根Φ20的螺纹钢，分别焊接在两根钢梁上下两面临时固定，在两片钢梁两侧用Φ48钢管做一个临时斜支撑，斜支撑下端靠近桥墩边缘35cm以内，防止钢梁倾覆，其加固如下图所示意。

8、既有钢梁连接型钢割除及吊装

为减轻吊装重量，除钢梁构件外所有物件均全部拆除，但由于要保证既有钢梁施工期间的稳定，支座及其连接件暂时不予拆除，防止主梁倾覆，待吊梁的时候再予拆除。为防止在吊装过程中发生擦挂出现险情，切割主钢梁之前将主钢梁之间的连接型钢全部切割清除，连接型钢切除用氧焊割具沿着主梁边缘分段切割，切割时由于无法采用大型的吊车设备作业吊装，故采用摇头扒杆吊装，将切割下的型钢吊到主梁以上用人工抬出，并堆码整齐。

9、既有主梁切割

为减轻每次的吊装重量，在吊装主梁之前采用氧焊将四片主梁切割成八片，分段切割分次吊装。临时支墩桩上割一条宽20cm的切口垂直贯通主梁，并用Φ20的钢筋作为临时连接杆件，焊接在主钢梁上避免失稳，待主钢梁吊装时，一次切割。切割示意图如下：

10、场地布置

吊装第一跨和第二跨钢梁的时候，吊车分别摆放于0#及2#台左侧的场地上。由于场地宽度不够，架设吊车前将桥台侧既有场地地基换填并帮宽碾压密实，地基将软弱土层挖除后采用硬块石换填，顶部采用级配碎石填筑；采用挖掘机将台后过渡段范围内全部清除干净，使架设吊车位置尽量靠前。由于受现场条件限制，吊车吊装选择“单机吊装”作业。平面布置图如下：

11、吊车选择计算

由于吊车摆放位置及吊装梁段的不同，所以分次验算

（1）当吊车摆放至0#台吊装1-1#段时，计算如下：

① 单机吊装起重量计算

本次吊装采用单机吊装，起重量应满足以下要求：

Q≥Q1+Q2（根据《路桥施工计算手册（15-138）公式》）

Q：吊车的起重量，t，由后续计算查询《吊车额定起重量表》所得。

Q1：构件的重量，t，参见下述钢梁计算所得。

Q2：索具的重量，t，取2t。

既有桥梁部为2-32m钢梁，每跨为两片工字钢梁由型钢铆接而成。经现场测算，重量计算如下表所示：

既有桃花江钢梁重量（每孔）

在切除连接型钢后，只需考虑主梁重量，主梁为工字钢结构，共四片工字钢，每片重量为（55.23+2.532+6.998）/2=32.38t，每延米重量为32.38/32=1.012t。切割后的八片主梁重量Q1计算结果如下：

1-1#、1-2#段：1.012×18.33=18.55t

2-1#、2-2#段：1.012×13.5=13.662t

3-1#、3-2#段：1.012×10.99=11.122t

4-1#、4-2#段：1.012×20.82=21.07t

②起重高度计算

H≥h1+h2+h3+h4（根据《路桥施工计算手册（15-140）公式》）

H：吊车起重高度，m；

h1：梁部支座表面高度，m；

h2：起吊间隙，视具体情况而定；

h3：绑扎点至构件吊起后离底面的距离，m；

h4：吊索高度，m，自绑扎点至吊钩面的距离，视实际情况定。

h1现场量测为1.2m，h2为了不影响相邻梁段取3m，h3由实际绑扎点测得2.6m，h4取5m。选用吊车的起重高度H≥（1.2+3+2.6+5）m=11.8m，起重高度取12m。

③起重臂长计算

L≥（H+ha-hb）/sinα（根据《路桥施工计算手册（15-143）公式》）

L：吊车的臂杆长度，m；

ha：吊车臂头至起升高度的距离，m，取40m；

hb：吊车臂底铰至停机面距离，m，取2m；

α：吊车臂的仰角，即吊车臂纵轴线与水平面的夹角，一般取70°～77°，取70°。

L≥（12+40-2）/sin70°=53.2m，根据吊车参数表取56.3m

④吊车起重半径计算

R=F+Lcosα（根据《路桥施工计算手册（15-141）公式》）

R：吊车起重半径，m；

F：吊车回转中心至起重臂杆铰接点的水平距离，m，取1m。

R=1+56.3×cos70°=20.26m，根据《吊车额定起重量表》取20m，此值亦可满足现场摆放要求。

综上所述，根据 《吊车额定起重量表查表》（附后）得知，Q=32t>（Q1+Q2）=18.55+2=20.55t，选用一台中联QAY350吊车能够满足施工要求。

中联QAY350吊车额定起重量表：（支腿全伸，107T配重） 单位：吨

（2） 1-2#段、2-1#段、2-2#段、3-1#段、3-2#段、4-1#段、4-2#段亦采用上述方法计算。

同理可得，综合上述数据分析得出以下结论：

综上所述，吊车起吊能力均大于钢梁计算重量，工作幅度满足现场摆放要求，由此得出一台中联QAY350（107T配重）吊车能够符合施工要求，采用此吊车进行吊装。吊装拟采用一台中联QAY350（107T配重）吊车。

12 吊索选择

（1） 以最重梁段4-1#段为例计算，若此段满足要求，其它段亦可满足。

① 梁段计算见上表，得梁段重力Q=23.07×10=230.7KN；

② 吊索的内力计算

S=Q/n×1/sinα≤Sb/K（根据《路桥施工计算手册（15-1）公式》）

S：每根吊索所承受的内力；

n：吊索的支（根）数；

α：吊索与水平面的夹角，取70°；

Sb：钢丝绳的破断拉力，Kn，可由钢丝绳规格及荷重性能表查得；也可近似的按Sb=0.5d2求得；

K：吊装安全系数，根据《路桥施工计算手册表（15-6）和附表（3-36）》此处取6；

S=230.7/2×1/sin70°=122.75KN

Sb=aPg（根据《路桥施工计算手册（15-4）公式》）

a：考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，对6×19.6/37.6/61分别取0.85/0.82/0.80；

Pg：钢丝绳的破断拉力总和=公稱抗拉强度（MPa）×钢丝总断面积（mm2）。

拟采用直径43mm的6×37钢丝绳，公称抗拉强度1700MPa，钢丝总断面积697.08mm2，a=0.82

Sb=0.82×1700×697.08/1000=971.73KN

Sb/K=971.73/6=161.955KN>122.75KN

综上所述，直径43mm的6×37钢丝绳（公称抗拉强度1700MPa）满足施工需求，选用此种钢丝绳吊装。

13、卡环选择

由上述计算所得吊装最大拉力122.75KN，根据《路桥施工计算手册表（15-15）》查表所得，14.0型卡环安全荷重为137.2KN>122.75KN，满足施工要求，故选用此卡环。

14、绳卡选择

由于骑马式钢丝绳卡是连接力最强的标准钢丝绳卡子，所以绳卡选用此卡。根据《路桥施工计算手册表（15-17）》查表所得，直径43mm的钢丝绳选用Y12-45绳卡；根据《路桥施工计算手册表（15-19）》查表所得，每个夹头需要6个绳卡，间距300mm，规定夹头之外，在距最后一个绳卡约500mm左右加一个保安绳卡，并留安全弯，以利检查。

15、抗倾覆验算

为保证吊车在吊装过程中的稳定，吊车需进行抗倾覆验算，稳定力矩大于倾覆力矩即是满足施工要求的，以1-1#梁段计算为例，其它梁段同理可得。

∑M=KGMG+ KQMQ+KWMW>0

KG：自重加权系数，取1；MG：吊车重量（自重加配重）对倾覆边的力矩，N﹒m；

KQ：起升荷载加权系数，取1.15；MQ：起升荷载对倾覆边的力矩， N﹒m；

KW：风动荷载加权系数，取1；MW：风动荷载对倾覆边的力矩， N﹒m；

∑M=KG×（G×a）+ KQ×（-（Q×（R-a）））+ KW×（-（W×h））

G：吊车重量（自重加配重）；

a：吊车重心至支腿倾覆支点距离，支腿全部伸开9m，取其一半距离4.5m；

Q：起吊梁段重量；

R：吊车起重半径；

W：风动荷载，按起升荷载的20%考虑；

h：风动荷载作用高度。

∑M=1×（83.805+107）×1000×10×4.5+1.15×（-（20.55×1000×10×（20-4.5）））+1×（-（0.2×20.55× 1000× 10×（1.2+3+2.6/2）））=4697138N﹒m>0，故稳定性满足施工要求，其它梁段以此类推稳定性亦可符合施工条件。

16、地基承载力验算

吊车四个支腿受力均匀，放置枕木垛加设2.5×2.5×0.03m厚钢板作为支腿支承，考虑最大荷重Q=23.07t，吊车重量G=G自+G配=83.805+107=190.805t，支腿支承面积S=2.5×2.5=6.25m2。

p=N/A<[fa]

p：基底平均压应力，KPa；

N：基底产生的竖向力，KN；

A：支腿支承面积；

[fa]：地基承载力，KPa；

p=（190.805+23.07）×10/（2.5×2.5×4）=85.55 KPa， 考虑1.1的安全系数，[fa]≥1.1p=94.105KPa，经处理后的地基承载力为150KPa，满足施工要求。

17、申请封锁点

由于既有桥紧靠正在运营的桃花江右线中桥，安全风险高，所以采取申请夜间封锁点点内施工进行，八片切割后的梁片分四次吊装，每次吊装两片。吊装作业时间：严格按批复的时间内进行，不准延时，必须在点内进行，完不成留在第二天来吊装。调度进行天气预报统计，注意大风雷电暴雨天气提前预警。

18、钢梁吊装

钢梁吊装采用一台中联QAY350（107T配重）吊车分段吊装，吊装示意图如下：

主钢梁吊装顺序依次为1-1#段、1-2#段、2-1#段、2-2#段、3-1#段、3-2#段、4-1#段、4-2#段。0#台吊装1-1#段、1-2#段、2-1#段、2-2#段，2#台吊装3-1#段、3-2#段、4-1#段、4-2#段。

0#台 2#台 2#台

运营桥边线

吊装之前在地面上标示出吊车及支腿摆放位置。吊车摆放位置地基分层碾压密实，经检测承载力合格后，在支腿位置放置枕木垛加设3cm厚钢板作为支腿支承。进出场道路需平整碾压，保证拖车平稳。

吊车在标示的位置摆放，107T配重全加，全支腿伸开支立。

主梁吊装采用两根等长的43#钢丝绳作为吊绳，吊点设置在两端腹板上部和翼缘板位置，采用氧焊切割形成吊装孔，然后用14.0型卡环穿过吊装孔，钢丝绳系在卡环上，严禁钢丝绳直接穿过吊装孔，并采用废旧皮带保护钢丝绳与主梁接触位置。钢丝绳与主梁夹角控制在70°左右。

钢丝绳连接好主梁后，利用吊车暂时控制主梁，氧焊切除主梁的临时连接和剩余连接型钢。

主梁吊装之前，在主梁两端设置两根直径25mm麻绳作为缆风绳人工调整钢梁转向，防止主梁在吊装的过程中因风力的影响发生主梁旋转影响营业线安全。

完成上述步骤，现场施工负责人车站登记请点，封锁点开始以后，主梁进行起吊，吊钩中心竖直方向通过钢梁中心，先缓慢匀速竖直提升，脱离了桥面范围之后再缓慢匀速水平转向，严禁紧急制动，保证吊装安全和相邻梁段的稳定。吊装转向朝向既有公路桥梁方向旋转，严禁朝向营业线方向，利用缆风绳人工控制钢梁的转动。不允许横向、斜向拖拉吊装，吊装时采用垂直吊装。主梁起吊后，专人指挥吊车作业，必须按照计算所得参数控制主臂的臂长和角度，并监控支腿有无下陷等危险状况。吊车变幅应平稳，严禁猛起猛落臂杆。

主梁下放時需慢速轻放，禁止忽快忽慢突然制动。主梁运输采用平板拖车，在施工之前即将平板车停放在两侧桥台空地上，拖车停靠平稳，吊车直接吊放至拖车上，及时采用导链将梁体与拖车固定，然后转运离开。

每次吊装结束，施工现场人员和工器具清场完毕后及时销点。

19、既有墩台拆除

既有桥墩台采用机械拆除，人工配合的施工方法，拆除顺序为先拆除桥台，后拆除桥墩。

从新建桃花江右线桥3#墩修建一条临时便道至既有墩台位置，用液压破碎锤将既有墩台的混凝土破碎，并用挖掘机装车运出至弃砟场。

20、安全措施

（1）钢梁拆除安全措施

做好管线的调查、迁改和保护工作，防止施工中损坏。

安全员必须配备齐全到位。

吊车操作遵循“十不吊”原则：

所有起重设备、电器设备、运输设备等要加强保养、检查，所有机具设备的操作人员均经过严格培训，持证上岗，并严格遵守操作规程，严禁违章作业。

严格遵循《建筑施工高处作业安全规范》。

（2）营业线旁作业安全措施

既有主钢梁吊装作业时向南宁局要封锁点施工作业。

防护员必须配备齐全到位。

施工前必须办理既有线施工的相关手续和施工方案的审批。现场施工必须严格按审批后的施工方案执行，遵循既有线相关安全操作规程施工前做好各项准备工作。

严格执行既有线施工 “三有” “九不准”原则。

21、制定应急预案

根据工程实际情况及环境，成立应急领导小组，有针对性地制定相应的应急预案。

设立应急预案办公室安全部，日常工作由安质部部长负责，下设各联络组，并遵循以下原则：

（1）以人为本、预防为主。

（2）快速有效，协同一致。

（3）着重现场指挥。

（4）服从统一指挥。

结束语：

本文针对既有线改造施工既有线钢梁桥的拆除工法进行了分析，主要结论如下：

（1）既有线施工复杂，安全隐患巨大，影响因素繁多，在工法及工序的选择上，应因地制宜综合考虑。不但要保证施工自身的顺利进行，还要将对既有线的影响降低到最小。严格遵循既有线施工相关操作规程，对于一些安全风险高的项目申请点内施工。此桥采用点内吊装拆除既有线主钢梁，从理论和实践都得到验证可行。

（2）从此文衍生开去可以看出在桥梁梁部施工中，吊车吊装方便快捷灵活，特别是在一些中小桥和既有线施工中应作为首选方案。

（3）吊装施工必须按照相关规范手册对地基处理、机型吊具选择、位置摆放等相关重要参数进行验算。

（4）吊装必须加强过程控制，严格按照计算所得参数进行现场施工，避免吊装事故。

参考文献：

[1] 周水兴，何兆益，邹毅松等；路桥施工计算手册；人民交通出版社；2001.5