杨帆
中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司，湖北 武汉 430205
摘要：处于铁路繁忙干线的大型双层式公铁两用桥梁公路桥改造，施工作业范围位于铁路营业线正上方，改造施工往往需在不中断铁路正常运营的情况下进行，为确保改造实施的可行性，本文以一种新型铁路防护棚架在某大型双层式公铁两用长江大桥公路桥改造工程中的实际应用为例，介绍该防护棚架的结构选型、应用环境及过程。
关键词：双层式公铁两用桥，新型铁路防护棚架，结构形式，应用环境及过程。
1引言
在涉铁桥梁施工当中，铁路防护棚架是确保营业线行车安全的重要手段之一。常见防护棚架主要有门式和吊棚式两种结构形式，与既有线之间主要有正交和斜交两种跨越方式，这类防护棚架多见于跨越既有线的新桥桥梁施工中，而在既有大型双层式公铁两用长江大桥公路桥面系改造当中的安全防护，以上形式均无法有效实施，一种新型骑跨既有线的全断面铁路防护棚架形式应运而生。本文以某大型双层式公铁两用长江大桥公路桥面系改造为例，探讨该新型铁路防护棚架的应用。
2工程概况
某大型双层式公铁两用长江大桥始建于1958年，1967年主体完工，1968年9月铁路桥（全长6772m）通车运营，同年12月公路桥（全长4588m）正式投入使用。公路正桥位于跨江区域，全长1576m，自北向南依次为1孔128m简支钢桁梁和3联3×160m连续钢桁梁。随着国民经济和交通运输的迅速发展，该桥交通运输日益繁忙，公路桥实际通行荷载大于原设计标准荷载等级，且通行交通流量远超设计流量，公路交通呈现超饱和、超荷载、超重载，公路桥面出现不同程度的病害，急需进行改造升级。由于该桥为京沪铁路大干线，运输繁忙，为不影响铁路正常运营，此次公路桥维修改造工程需在不中断铁路运营的情况下进行，因此，在施工前须在公路桥面和铁路桥面之间搭设防护棚架对铁路桥面进行全面隔离和防护，同时作为公路桥维修改造的施工平台。
3防护棚架结构形式比选
防护棚架由主桁外侧棚架和主桁内侧棚架组成，主桁内侧棚架通过分配纵梁布置于铁路主桁横梁下弦杆上方，主桁外侧棚架根据与铁路主桁竖杆连接形式不同，又分为有吊挂式(图1)和抱箍式（图2）。吊挂式主要由上下锚梁、斜吊杆、竖直吊杆、下横梁组成，抱箍式主要由固定在主桁竖杆两侧的内外托架、对拉装置、楔形内衬组成。
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抱箍结构主要依靠对拉装置拉紧，利用内外托架与主桁竖杆之间的摩擦力形成受力支撑，该结构主要问题在于列车经过产生的震动造成整体沉降以及托架整体吊装构件大、盲区吊装作业，导致事故过程复杂、施工风险高。吊挂组合结构受力更为明确，其依附点固定在上弦杆上，不存在震动沉降问题，同时吊挂组合结构较抱箍结构体量更小，无须大型机械设备，可在主桁上弦杆对应的公路桥面上开设较小施工孔，解决吊挂结构运输就位问题。从施工安全及工期等综合考虑，主桁外侧棚架采用吊挂式。
外棚架
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4防护棚架应用环境
4.1空间限制
按照《铁路桥涵工程施工安全技术规程》（TB10303-2009）营业线桥涵施工的要求（13.1.12条），为确保铁路安全运营，铁路防护棚架安装及拆除均在铁路天窗期间进行，由于在接触网上方施工，须满足接触网停电要求，并做接地绝缘处理。防护棚架搭设完成后，公路桥维修改造施工均在防护棚架上方进行，施工人员施工区域距离接触网带电部分的距离均大于2m，满足铁路相关要求1。铁路防护棚架设计空间边界示意图见图3.
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图3 铁路防护棚架设计空间边界示意图
4.2作业时间限制
该桥属于京沪线，上下行V型天窗点的可施工时间均为150 min,垂直天窗点的可施工时间为90 min,包括挂拆地线时间，有效作业时间分别为130 min和70 min左右。铁路天窗点受节假日、双休日、调图、春运、防洪及专列等因素的影响，可申请使用的数量较少,且铁路线自身的日常保养、维修占用部分天窗,故可用于防护棚架施工的天窗更少2，这些时间条件限制对施工组织管理提出了较高的要求。
4.3荷载要求
根据不同的工况，铁路防护棚架需综合考虑以下荷载类型：
（1）恒载。即防护棚架结构自重荷载，计算时以结构自重取值。
（2）施工荷载3。主要包括施工人员、机具及材料等引起的荷载，在设计取值时，充分考虑施工工艺、人员数量、机具质量以及存放材料的情况。
（3）坠物荷载4。坠物荷载计算时按照最不利工况进行，坠物以一个集中力作用在跨中，分配纵梁单节间简化为简支梁。坠物高度按坠物坠落的最大高度至棚架面层的高度差取值。
（4）列车风荷载5-6。列车风荷载可根据列车运行的时速、建筑物距线路中心线的距离、通过资料可查的各工况下列车水平风压和垂直风压取值。
（5）风荷载7。 横桥向风荷载
其中, 为设计基准风压，可根据当地最大风速取值；
为迎风面积，根据棚架结构实际尺寸计算；
为设计风速重现期转换系数；
为风荷载阻力系数；
为地形地理条件系数。
顺桥向风荷载因迎风面积较小，可不予计算。
（6）撞击荷载7。撞击荷载为偶然作用，公式为：
根据具体情况适当取值或不取，其中: 为撞击物质量；为撞击物速度； 为加速度；为撞击时间。
4.4防护棚架其他功能要求
铁路防护棚架平台由纵向分配梁 、面板 、安全护栏及踢脚板组成。
为了达到隔离公路铁路面和提供施工平台的作用，防护棚架及其附属设施还应具备以下功能：
4.4.1防水防火承受荷载的功能
为确保施工期间铁路营业线的安全，铁路防护棚架面层应具备防水、防火、承受荷载三大功能。具体来讲，选用防水防腐性能好的杉木作为底层模板；选用防水膜作为中间层，进一步加强面层结构的防水防腐能力；选用3mm花纹钢板作为顶层，可有效避免平台施工人员、机械及材料等对底层木板的直接损伤，并达到防火的效果。
4.4.2排水泄水的功能
在防护棚架底层杉木板上方设置防水透气膜，避免雨水渗漏，外侧吊挂区域棚架边缘设置集水槽及泄水管，同时横桥向设置双向1%横坡，将雨水引至外侧集水槽中，并通过泄水孔排至江中。
4.4.3附属安全网防坠物的功能
为防止公路桥面改造期间小螺栓等小构件坠落至铁路面，在主桁内侧棚架搭设前，要先挂设一层阻燃锦纶安全网，网眼尺寸15×15mm，整网尺寸为8m×12m，
在阻燃型棉纶安全网挂设前，首先在两侧吊挂结构之间挂设4根φ6钢丝绳，并将钢丝绳收紧固定在吊挂结构内侧分配纵梁预先加工的挂钩上，作为阻燃型安全网挂设的防坠支撑。
5防护棚架的应用
5.1主桁外侧防护棚架安装
由于主桁外侧防护棚架吊挂结构安装过程中无施工作业平台，考虑采用活动吊架辅助安装。首先利用在公路面开设的施工孔，在上弦杆U形槽内设置简易小车，将上锚梁吊装下放至主桁上弦杆内简易小车上并临时固定。然后将下锚梁及下横梁构件整体吊装至活动吊架上并与横移车固定，通过横移车将构件横移至安装部位并精确对位。随后依次安装上下锚梁间的对拉螺杆、斜吊杆。再利用吊机进行吊挂结构外侧纵梁及面层安装。此时初步作业面已形成，在公路桥面将外侧棚架纵梁、纵梁间横联、面层匹配安装为整节段，再利用吊机进行整体吊装。此法可大大提高施工效率。
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图4 主桁外侧活动吊架安装示意图
5.2主桁内侧防护棚架安装
在上、下游吊挂结构区域棚架形成6个节间以上后，即可利用外侧已经形成的施工平台进行主桁内侧棚架的安装。首先将纵梁垫座板根据设计位置安装在主桁横梁下弦杆上，利用吊机将纵梁吊装至外侧棚架平台上，在钢梁上设置钢丝绳作为导链吊点，通过人工+导链的作业方式将分配纵梁斜向插入主桁内，并通过调整角度将其下放至设计位置，再利用螺栓精确匹配安装。依次类推，形成起始5个节间作为操作平台；然后利用单根纵梁接长6个节间48米的纵梁单元，利用拖拉法进行后续节间的纵梁安装，并依次进行纵梁间横联、面层的安装。按照此法，完成整个内侧防护棚架的安装。
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图5主桁内侧棚架起始节间安装示意图
5.3公路桥面的升级改造
在铁路防护棚架安装完成约90%后，即可从桥中心往两侧倒退拆除桥面系，托架、横梁等钢结构的维修加固紧随其后进行，然后从两侧桥头堡往桥中心安装正交异性钢桥面板。
5.4铁路防护棚架的拆除
在钢桥面板安装进行至既定进度时，即从两侧桥头堡往桥中心同步进行防护棚架纵梁及面层的拆除。在钢桥面板全部安装完成后，即开始进行防护棚架剩余吊挂结构的拆除。
6结语
随着我国交通运输事业的快速发展，一批公铁两用桥梁呈现超负荷运营，公路桥面系桥面板破损严重。如何在确保公路桥下方铁路正常运营的情况下，进行公路桥面系的升级改造，已经成为一项新的课题。本文从防护棚架的选择、应用环境以及具体应用提出了一系列思路和方法，可供类似工程借鉴。
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