李先業(yè)
摘 要:結(jié)合蘭州市東崗立交橋拆除還建工程,分析了舊橋拆除工程的特點,從安全性、經(jīng)濟性、工期等方面進行了分析,提出了合理的拆除方案,分析了新建跨鐵路線橋梁的特點和周邊環(huán)境,將跨線疊合梁橋優(yōu)化為鋼桁梁頂推技術(shù),優(yōu)質(zhì)高效的完成了建設(shè)任務(wù),取得了良好的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞:城市跨鐵路橋;拆除還建;優(yōu)化方案;經(jīng)濟性分析
0 引言
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市道路與鐵路的立交工程越來越多[1]。目前的立交工程分為三類[2],一是通過下穿隧道的方式通過鐵路,二是建設(shè)跨線立交橋工程跨越鐵道,三是通過平面交叉道口的方式跨越鐵路,從安全和交通工程角度考慮,用的最多的為跨線橋梁和下穿隧道工程,由于鐵路的交通屬性和特點,跨線工程施工不能造成鐵路營業(yè)線的中斷,這對跨越鐵路橋梁工程的施工帶來了很高的要求,造成施工成本大,安全風險要求高,雖然部分技術(shù)人員研究了跨鐵路橋梁建造的方案和成本問題[2-6],也提出了好多的方案,但是工程背景不一樣,設(shè)計和施工方案要因地制宜,切合實際。因此,合理的設(shè)計和施工方案是跨鐵路線建設(shè)的核心問題,既要保證安全和質(zhì)量,又要降低建設(shè)成本。本文結(jié)合蘭州市東崗立交橋拆除還建工程,對方案如何分析選擇進行了簡單介紹,為類似工程提供參考經(jīng)驗。
1 工程概況
蘭州市東崗立交橋位于蘭州東崗東路,西起甸子街,東至南山公路,全長約1 000 m,橋梁地處黃河南岸Ⅱ級階地,跨越既有的隴海鐵路和包蘭鐵路,由于建設(shè)年代久,設(shè)計標準低,在近些年大噸位和大流量車流的運營過程出現(xiàn)橋墩下沉,梁板開裂等質(zhì)量問題,不能滿足運營的要求,也對既有鐵路安全運營造成威脅,需要拆除重建,消除安全隱患的同時,解決蘭州東大門交通擁堵問題。
新建的蘭州市東崗立交橋工程為雙向六車道,全長595 m,橋面寬度35 m,橋跨結(jié)構(gòu)分為6聯(lián),第一、二、三、五聯(lián)跨徑為3×30 m預應力混凝土等截面單箱多室直腹板箱梁,第四聯(lián)為3×35 m預應力混凝土等截面單箱多室直腹板箱梁,梁頂板設(shè)置橫坡,底板水平,梁頂寬25 m,挑臂端部厚度0.25 m,箱頂板厚度0.25 m,底板厚度0.25 m,腹板厚度0.4 m~0.6 m;第六聯(lián)采用23+42+35+30 m連續(xù)鋼箱梁上跨既有隴海鐵路和包蘭鐵路,鋼箱梁梁高1.8 m,外形與連續(xù)箱梁基本保持一致,頂、底板鋼板厚度均為16 mm,腹板厚度為14 mm。全橋基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁,其中跨鐵路橋樁徑為2.5 m,其余部分樁徑為1.5 m;立柱采用矩形截面獨柱墩,截面尺寸2 m×2 m??缭借F路既有線拆除和新建工程是本項目施工的難點,也是本項目成本控制的重點。
2 工程經(jīng)濟性分析
2.1 拆除工程經(jīng)濟性分析
拆除的東崗立交橋為多跨簡支梁結(jié)構(gòu),上跨既有包蘭和隴海鐵路,拆除過程中封閉交通,確保鐵路的安全運營和鐵路軌道及電力電氣化設(shè)施是拆除工程的最大安全風險,在拆橋過程中如何維持橋梁整體和局部穩(wěn)定性,如何利用短暫的鐵路天窗點完成跨線段結(jié)構(gòu)拆除是拆除工程的核心問題。結(jié)合立交橋特點,參照國內(nèi)同類工程的施工方法,征求鐵路運營單位意見,分析切割吊裝法、原位破碎法和爆破法拆除施工的安全性、經(jīng)濟性、工期和對環(huán)境的影響程度,選擇最合理的施工方案,在保證安全的同時取得良好的經(jīng)濟效益。
2.2 新建工程的經(jīng)濟性分析
上跨既有鐵路橋梁施工主要受到鐵路高敏感區(qū)域安全施工影響較大,經(jīng)過排查對比發(fā)現(xiàn),跨既有線梁體存在設(shè)計不合理的情況,設(shè)計院的設(shè)計理念主要考慮城市立交橋設(shè)計方案和施工技術(shù),對跨越既有鐵路線設(shè)計經(jīng)驗不足,采用了疊合梁設(shè)計方案,施工難度倍增。沒有從經(jīng)濟角度、施工風險方面考慮,對鐵路天窗點施工人員、設(shè)備、技術(shù)的成熟度、安全風險、工期考慮欠佳,需要結(jié)合現(xiàn)場情況,進行設(shè)計和施工方案的優(yōu)化,降低安全風險和建造成本。
3 工程經(jīng)濟性優(yōu)化
3.1 拆除方案優(yōu)化
結(jié)合拆除工程的實際情況,綜合分析[7]切割吊裝法、原位破碎法和爆破法拆除施工的安全性、經(jīng)濟性、工期和對環(huán)境的影響程度,如表1所示。
原位破碎法在經(jīng)濟上優(yōu)于切割吊裝法,主要原因是吊車使用時間短、減少人工切割時間及費用。如:切割吊裝法需兩臺50 t吊車,每臺月租賃價格9萬元左右,兩個月需要36萬元。人工使用神鋸將梁體一片一片切割需要360個工日,需花費10萬元,工期長,安全性低。而原位破碎法將整個梁體與橋墩分割后落地,破碎錘進行原地面破碎,不需將梁體分解吊落,施工工藝相對簡單,安全性較高,主要經(jīng)濟指標見表2所示。
綜合比選中,優(yōu)先考慮安全風險低且對鐵路影響小的方案,兼顧其它指標后,認為原位破碎法的指標比較均衡,鐵路運營部門也同意臨近既有線部分采用原位破碎法施工。
3.2 新建工程的經(jīng)濟性分析
新建東崗立交橋跨越隴海鐵路和包蘭鐵路段設(shè)計為簡支疊合梁,大跨度跨線疊合梁橋的施工難點如下:(1)基礎(chǔ)采用Φ1.5 m鉆孔灌注樁,臨近既有鐵路線,場地受限,大型機械無法開展工作;(2)隴海鐵路和包蘭鐵路行車量較大,天窗點不足,疊合梁橋工期較長,不能滿足天窗點要求;(3)因東崗立交橋為城市道路橋梁,連接城市主干道,同時也是蘭州的東大門,周邊施工場地有限,沒有條件設(shè)置制梁場,建設(shè)成本非常高;(4)疊合梁跨越既有干線鐵路吊裝只能在天窗點施工,鐵路天窗為2小時,不能滿足施工需要,且機械作業(yè)半徑大,會影響鐵路電氣化設(shè)備,安全風險極大;(5)現(xiàn)澆梁板仍然為既有鐵路天窗點施工,施工功效太低。
經(jīng)過分析設(shè)計方案,綜合考慮技術(shù)難度、施工效率、裝備水平及安全風險,采用鋼箱梁頂推施工,可以很大程度上避免疊合梁橋施工的種種弊端。鋼箱梁施工方案特點如下:(1)鋼箱梁采用節(jié)段拼裝,可在既有鐵路影響范圍外施工,安全風險低,質(zhì)量有保障;(2)該方案施工時,僅在天窗點內(nèi)施工導梁,施工工序簡單,安全風險低,成本較低;(3)頂推技術(shù)成熟,使用千斤頂頂推,避免大型機械干擾鐵路電氣化設(shè)備,施工工期較短,相對較為經(jīng)濟;(4)該方案施工避免建設(shè)制梁場,節(jié)省臨時用地,能夠滿足市政工程綠色施工要求。
經(jīng)過兩種方案的對比分析,鋼箱梁施工方案的安全風險更低,可以節(jié)約制梁場臨時用地2畝,節(jié)約工期7個月,減少鐵路天窗點施工180小時,節(jié)約直接建設(shè)成本98萬元,間接成本約240萬元,安全措施費約60萬元,主要經(jīng)濟指標對比如下表3所示。
以上論述不難看出,疊合梁與鋼箱梁建設(shè)成本的優(yōu)劣。疊合梁從樁基、支墩及梁體澆筑所花費直接費成本較鋼箱梁高;疊合梁比鋼箱梁施工工期長,間接費用相對增加;由于疊合梁既有線施工,安全措施成本高于鋼箱梁施工。
4 結(jié)論
通過對工程實際情況,結(jié)合安全、對交通影響程度、既有鐵路影響因素、施工技術(shù)水平、方案的合理性、工期、建設(shè)成本等因素的綜合分析,優(yōu)化了原有的設(shè)計和施工方案,優(yōu)質(zhì)高效的完成蘭州市東崗立交橋拆除還建工程,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益,總結(jié)出了以下結(jié)論:
(1)跨越鐵路等高風險橋梁工程的拆除工程,首先要考慮安全風險因素,采用原位破碎法拆除橋梁的方法更適合鐵路跨線橋拆除施工需要,節(jié)約建設(shè)成本約210萬元。
(2)跨越既有鐵路線橋梁建設(shè)中,要盡量采用鋼箱梁+頂推的方案,能夠保證鐵路安全的同時,降低施工風險,降低建設(shè)成本,本項目采用鋼箱梁頂推方案代替疊合梁方案,節(jié)約綜合成本約400萬,節(jié)約工期約7個月,取得了最大效益。
(3)在激烈的建筑市場環(huán)境中,要重視技術(shù)手段,充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢,綜合分析設(shè)計方案的合理性和經(jīng)濟性,在確保安全的條件下,盡量采用成熟的施工方案,降低建設(shè)成本,使得建設(shè)工程項目效益最大化。
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