同时跨越既有铁路和公路线连续梁防护棚设计与研究

1、同时跨越既有铁路和公路线连续梁防护棚设计与研究 （中铁十局集团西北工程有限公司 陕西 西安 710065）摘要：云桂铁路渌驮双线特大桥全长2483.575m，采用68+128+68m连续梁跨越南百高速公路及南昆铁路，施工中必须采取有效的措施进行防护，防止施工堕落物件砸伤列车或过往汽车。所以施工中设计两道防护安全棚进行安全防护，达到安全施工的目的，为类似工程提供借鉴。关键词： 同时跨越 防护棚 设计 1、同时跨越既有铁路与公路防护棚概况在新建云桂铁路30#31#主跨连续梁同时跨越南白高速公路与既有南昆铁路，与南百高速公路右夹角136度，与既有南昆铁路夹角约30°。为保保证施工期间南百高

2、速的正常、安全运营，必须在桥下设置防护棚，防护设置范围在高速公路两侧各加宽3.2m，高速公路左幅设置宽度12m，右幅设置宽度16m。为保证高速公路行车净空要求，防护棚至路面的最小高度5m。同时为保证施工期间南昆铁路正常、安全运营，还必须在南百高速跨南昆铁路的梁两侧向南昆铁路大、小里程各30米搭设防护棚。防护棚采用一跨跨越既有南昆线，与既有线斜交，交角为45°，跨度13.5m。2、跨南白高速防护棚设计及检算2.1 防护基础在靠近中央分隔带的路缘带上设置长25.2m、宽1.0m、高0.8m的C20混凝土条形基础。防护棚基础纵向间距6m布置。两跨基础共15个。除条形基础外其他基础采用0.7

3、*0.7C20混凝土，高150cm。预埋20地脚螺栓，埋入80cm。2.2 防护棚立柱采用直径320mm钢管，立柱高3.7m，间距6m。立柱与A、B、C钢板提前焊接，并上下位置对应，钢板A、B上预留椭圆形孔洞。钢板A与基础预埋螺杆用双螺帽连接固定，两立柱间用75×75×5的角钢做斜撑,与两立柱焊接钢板B用螺栓连接，以便安装及拆卸。2.3 立柱上搭设纵梁，纵梁采用20b双槽钢。提前在立柱顶部焊接钢板，在纵梁上焊接不等边角钢，钢板及槽钢上预留孔，采用螺栓连接。纵梁上布置横梁，横梁采用18b双槽钢，间距按1.2m布置，横梁顶部先铺一层木板，木板上钉一层铁皮。具体布置详见防护棚平、

4、立面示意图。2.4 防护结构检算，防护结构主要承受的荷载有自重、风荷载，受力计算如下。（1）风荷载计算根据铁路桥涵设计基本规范，风荷载计算应按下式进行：其中为体形系数，对钢管立柱取；对双20b纵梁取 为风压高度变化系数，取 为地形、地理条件系数，取 为基本风压值，根据“全国基本风压分布图”，取故根据铁路桥涵设计基本规范，标准设计的风压强度按下面规定取值：有车时，取，无车时，取根据“云桂铁路渌驮特大桥防护设计图”，风荷载作用的受风面积为：钢管立柱：A1=0.32*3.7=1.184m2；双20b纵梁：A2=0.2*24=4.8 m2计算时为进行对比，按铁路桥涵设计基本规范规定的标准设计风压强度和

5、按南宁市基本风压值两种情况分别按有车、无车两种工况进行了讨论。由此得到作用在防护结构上的风荷载集度。按铁路桥涵设计基本规范规定的标准设计风压计算风载集度：无车时立柱横向风载集度=0.8*1*1400*1.184/3.7=358.4 N/m；有车时立柱横向风载集度=0.8*1*800*1.184/3.7=204.8 N/m；无车时立柱纵向风载集度=358.4*0.4=143.4 N/m；有车时立柱纵向风载集度=204.8*0.4=81.9 N/m；无车时纵梁横向风载集度=1.3*1*1400*4.8/24=364N/m；有车时纵梁横向风载集度=1.3*1*800*4.8/24=208 N/m；无

6、车时横梁纵向风载集度=1.3*1*1400*0.18=327.6N/m；有车时横梁纵向风载集度=1.3*1*800*0.18=187.2 N/m；按南宁市基本风压值计算风载集度：无车时立柱横向风载集度=0.8*1*600*1.184/3.7=153.6N/m；有车时立柱横向风载集度=153.6*0.8=122.9 N/m；无车时纵梁横向风载集度=1.3*1*600*4.8/24=156N/m；有车时纵梁横向风载集度=156*0.8=124.8 N/m；具体统计见“表2.1.1 风载集度表”表2.1.1 风载集度表工况风荷载集度（N/m）立柱纵梁横梁横向纵向横向纵向横向纵向按规范标准设计风压无车

7、时358.4143.4364327.6有车时204.881.9208187.2按南宁市风压无车时153.6156有车时122.9124.8（2）结构受力检算横向稳定性检算倾覆力矩： Mq=358.4*3.7*15*1.85+364*24*3*3.7=133768.32N.m抗倾覆力矩：Mk=230*5*43*1.85+15500*0.04*24*5*1.85=229122.5 N.m横向稳定性系数：n= Mk/ Mq=1.71>1.3故防护横向稳定性满足要求。纵向稳定性检算倾覆力矩：Mq=143.4*3.7*1.85*2+327.6*24*3.7=31054.026 N.m抗倾覆力矩：M

8、k=230*3.7*1.85+15500*0.04*5*3*6=57374.35 N.m纵向稳定性系数：n= Mk/Mq=1.85>1.3故防护纵向稳定性满足要求。支架的强度检算根据“云桂铁路渌驮特大桥防护设计图”，采用有限元分析软件ANSYS建立计算模型。其中立柱、纵梁、横梁、斜撑所用材料见下表所示，有限元模拟时均采用空间梁单元模拟，支架上层的木板采用质量单元模拟。由于立柱根部埋入混凝土基础中，因此立柱下端采用固定支座模拟。 渌驮桥防护棚支架材料表纵梁横梁立柱斜撑材料220b218b75×75×5防护支架自重由程序自动计入，由表1可知，按规范标准设计风压计算荷载较大

9、，故计算时采取该风荷载计算。风荷载按均布荷载施加到相应的构件上。经软件计算分析，由风载与自重工程作用下引起支架构件的最大应力为：max=70.49MPa<=125MPa min=-70.28<=125MPa故支架强度满足要求3、 跨南昆铁路防护棚设计及检算3.1 根据承力索要求高度，防护棚至轨面的高度9.75m，防护棚基础纵向间距6m布置，两侧基础各12个，共24个，基础采用C20砼，高150cm，宽70cm，预埋20地脚螺栓，埋入80cm。3.2 防护棚立柱采用直径320mm钢管，立柱高10.66m，间距6m。立柱与A、B钢板提前焊接，并上下位置对应，钢板A、B上预留椭圆形孔洞。

10、钢板A与基础预埋螺杆用双螺帽连接固定，两立柱间用75×75×5的角钢做斜撑,与两立柱焊接钢板B用螺栓连接，以便安装及拆卸。每根立柱均设置接地，电阻不大于10。在防护棚中间沿纵向每4.8m设一通风孔，孔径30cm，每个孔设置防落钢网及橡胶圈，防止落物及汇水。3.3立柱上搭设纵梁，纵梁采用20b双槽钢。提前在立柱顶部焊接钢板，在纵梁上焊接不等边角钢，钢板及槽钢上预留孔，采用螺栓连接。3.4纵梁上布置横梁，横梁采用18b双槽钢，间距按1.2m布置。横梁底部安装一层竹胶板，在竹胶板上粘贴绝缘板（绝缘等级3.6万伏），横梁顶部先铺一层木板，木板上钉一层铁皮。3.5 因防护棚顶板安装时

11、需要对既有线进行垂停，每天封锁并接触网停电120分钟，安装防护棚横梁及木板等，施工防护棚基础时利用天窗点，要点计划短，为了加快施工速度，将横梁、木板、竹胶板与绝缘板组合成块体，顺线路方向，每三根横梁组成一榀，长2.44m，形成吊装单元。封锁点内，利用吊车将每个吊装单元从中间往两侧吊放。根据安装和拆卸，防护棚安装施工共计划要点25次。在确保此防护支架方案安全、可靠前提下方可进行施工。3.6 防护棚检算1、横向稳定性检算倾覆力矩： Mq=358.4*10.66*12*5.33+364*30*2*10.66=477176.3942N.m 抗倾覆力矩：Mk=230*6*43*5.33+15500*0.

12、04*30*6*5.33=911110.2 N.m横向稳定性系数：n= Mk/ Mq=1.91>1.3故防护横向稳定性满足要求。 2、纵向稳定性检算倾覆力矩：Mq=143.4*10.66*5.33*2+327.6*14*10.66=65186.396 N.m抗倾覆力矩：Mk=230*10.66*5.33+15500*0.04*14*3*6=169308.094 N.m纵向稳定性系数：n= Mk/Mq=2.6>1.3故防护纵向稳定性满足要求。 3、无车时支架的强度检算根据“云桂铁路渌驮特大桥防护设计图”，采用有限元分析软件ANSYS建立计算模型。其中立柱、纵梁、横梁、斜撑所用材料见表

13、3.6.1所示，有限元模拟时均采用空间梁单元模拟，支架上层的木板采用质量单元模拟。由于立柱根部埋入混凝土基础中，因此立柱下端采用固定支座模拟。表3.6.1 渌驮桥防护棚支架材料表纵梁横梁立柱斜撑材料220b218b75×75×5防护支架自重由程序自动计入，由表1可知，按规范标准设计风压计算荷载较大，故计算时采取该风荷载计算。风荷载按均布荷载施加到相应的构件上。经计算分析，无车时，由风载与自重工程作用下引起支架构件的最大应力为： 故支架在无车时强度满足要求无车时防护支架最大侧向位移为：故防护支架的刚度满足要求。 4、有车时支架的检算根据高速铁路桥梁设计暂行规定，有车时荷载组合

14、为：风载列车气动力。由驶过列车引起的气动压力和气动吸力，为由一个5m长的移动面荷载+q及一个5m长的移动面荷载-q组成。由此可知当列车刚驶入支架内时，为最不利荷载位置。支架前两排力柱高范围内作用列车气动吸力。经计算，有车时支架构件应力 故强度满足要求。有车时支架最大侧向位移为：故支架在列车气动力与风荷载共同作用下，刚度满足要求。 5、防护顶板检算根据高速铁路桥梁设计暂行规定，列车气动力的垂直气动分力为：=1.5×2作用长度为米。由此得到支架米长度范围内列车气动力产生的竖向力为：而在该长度范围内防护顶板的自重为：显然，故时速为公里小时的列车通过防护支架时，不会将防护顶板刮起。防护顶板安

15、全，可以起到防护的作用。4、防护安全措施4.1要点计划必须按照铁路局的要求填报“月份施工计划申请书”，并按规定时间送交铁路局运输处。经铁路局批准后，按下发的铁路局月份施工计划实施。4.2 封锁点内施工，时间紧迫，所有连接钢板与立柱需提前焊接，焊接质量必须达到规范要求。所有预埋件要求位置准确，预留孔洞采用椭圆形，以便安装。立柱与基础、立柱与两柱间斜撑、立柱与纵梁连接全部采用螺栓连接，纵梁与横梁采用U型螺栓卡连接,以便拆卸，缩短作业时间。4.3 严格施工防护，健全行车防护体系，认真执行安全防护规定。防护人员要熟练掌握防护知识和技能，提前上岗到位，施工的各种行车防护用品及信号标志必须齐全、有效、醒目

16、并安设正确。4.4 封锁施工时，在车站行车室设驻站联络员，施工地点设现场防护员，驻站联络员和现场防护员必须由经过考试合格的人员担当。驻站联络员与现场防护员要保持随时通信状态，掌握施工现场和列车运行的情况，做好邻线通过列车时的安全防护，发现异常情况及时通知车站值班员和施工负责人。4.5 施工安全监控人员、现场防护员以及驻站联络员最晚不迟于施工开始前50分钟到岗，施工作业人员、施工配合单位人员在施工开始前30分钟到达施工现场附近的安全地点集结待命，施工命令下达前不得进入防护栅栏内。4.6 施工前，要做好充分准备，并提前向设备管理和使用单位进行技术交底，特别是影响行车安全的工程和隐蔽工程；施工中，要严格执行技术标准、作业标准、工艺流程和卡控措施，严禁超范围作业，确保施工质量；施工完成后，必须达到线路临时补修标准和放行列车条件并经设备管理单位确认后，方可申请开通线路。4.7 靠近线路堆放的材料、机具及施工中的临时支架等不得侵入建筑限界，线路两侧施