國內(nèi)最大鐵路移動模架在向莆鐵路東新贛江特大橋的成功應用

李華軍

摘要:近年來,隨著鐵路、公路跨越式大發(fā)展,移動模架在工程施工中的形式更加多樣化,大跨度、自動化是移動模架的發(fā)展趨勢。文章結合向莆鐵路東新贛江特大橋國內(nèi)鐵路項目最大的移動模架施工48m簡支箱梁的施工實例,介紹了MSS1500型移動模架的構造和功能,以及利用該移動模架現(xiàn)澆48m跨預應力砼箱梁的施工工況。

關鍵詞:移動模架;向莆鐵路;MSS1500型;砼箱梁;鐵路施工

中圖分類號:U238文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0018-03

一、工程概況

新建向莆鐵路JX-2A標東新贛江特大橋為向莆鐵路全線最長的橋梁工程,也是全線控制性工程。全長27.3km。在南昌縣東新鄉(xiāng)附近跨越贛江,橋址位于既有生米公路大橋上游1.5km處。東新贛江特大橋41#～61#墩為48m預應力砼雙線簡支箱梁,墩中心距50.3m,按客運專線標準設計、施工?？缃?8m簡支箱梁橫截面為單箱單室結構,頂板寬9.56m,底板寬5.6m,其中兩端支座處底板加寬到6.28m,直腹板,梁高4.3m。單孔箱梁自重約1500t。采用MSS1500型上行式移動模架進行施工。

二、MSS1500型上行式移動模架的特點

該移動模架是鐵路工程目前國內(nèi)使用最大的,較其它上行式移動模架有以下特點:

1.本上行式移動模架采用雙主梁在國內(nèi)屬于首創(chuàng)。

2.移動模架雙主梁結構穩(wěn)定性更好,抗風能力更強。

3.它汲取了國內(nèi)目前先進的上行式、下行式移動模架支腿自行過孔移位的優(yōu)點,機械化程度高,操作簡單,過孔更快捷。

4.受該橋墩身結構限制,移動模架開模打破上行式模架常規(guī)翻轉(zhuǎn)開模方式,通過液壓千斤頂實現(xiàn)外模系統(tǒng)橫向開啟及合攏,可操作性強,施工時不受橋下凈空限制,過孔時不受墩身高度及寬度限制。

5.過孔時通過四條軌道,四臺千斤頂頂推,縱移平穩(wěn)、安全可靠。

6.模架主梁支撐油缸前、中支點采用4臺千斤頂,結構受力更合理,移動模架升降平穩(wěn),安全可靠。

7.模架通過挑梁懸掛在主箱梁底面,通過吊臂與側(cè)模架連接的可調(diào)螺桿設置模架的預拱度,操作方便,節(jié)省了大量時間(常規(guī)上行式模架利用吊桿調(diào)整底模拱度費時費力)。

三、MSS1500型移動模架的功能及構造簡介

MSS1500型移動模架按荷載傳遞路徑可將其結構分為外模板、模架及開模結構、挑梁、吊臂及吊桿、主梁、前中后支腿支撐機構等系統(tǒng)。雙主梁通過前中支腿分別支撐在前方墩頂及已澆箱梁橫隔墻處。

(一)主梁及導梁

1.主梁。本模架采用雙主梁,主梁分5節(jié),采用精制螺栓通過節(jié)點板連接,總長58m。兩主梁間通過15組桁架橫聯(lián)連為一體,鋼箱主梁采用Q345B鋼制造,寬2200mm,高4200mm。單節(jié)最大重量為32.3t,主梁總重328t,制作過程中設置預拱度。鋼箱主梁內(nèi)側(cè)腹板上部設橫聯(lián)上弦連接法蘭孔及加勁,下部設有中吊桿牛腿,牛腿側(cè)面設橫聯(lián)下弦連接法蘭。

2.導梁。移動模架導梁由3×12m的等寬變高度桁架梁組成,為輔助模架過孔的結構。導梁與主梁鋼箱之間均以精制螺栓通過節(jié)點板連接,導梁間采用3組桁架橫聯(lián)以銷軸連為一體。

(二)前、中、后支腿體系

1.前支腿。前支腿支承于施工跨的前墩處,為整個造橋機的前端支點,主要包括:支腿立柱、橫梁及縱梁、托輥輪箱、支承油缸等。移動模架工作時,豎向荷載通過主梁依次傳遞至支承油缸、支腿橫梁、支腿立柱、墩頂。

2.中支腿。中支腿與前支腿構造基本相同,為整個造橋機的后端支點,在施工每孔砼梁時用墊塊支撐于已澆筑砼梁面上。

3.后支腿。后支腿位于主梁尾部,用于輔助造橋機過孔。從上至下依次為球型鉸座、支承千斤頂、墊座、分配梁、橫移螺旋千斤頂、走行輪箱及軌道。

4.支承油缸。支承油缸為砼澆筑施工時支承主梁的剛性支承部件。其結構型式有別于普通液壓油缸,配有雙向液壓鎖和機械鎖(抱箍或螺旋頂),以保證主梁澆筑砼狀態(tài)萬無一失。工作時,它支承于主梁底和支腿橫梁之間。支承油缸上法蘭為球面結構,可繞球心轉(zhuǎn)動±5°,以適應施工要求。

(三)挑梁、吊臂及滑梁(模架懸掛系統(tǒng))

挑梁和吊臂是移動模架重要的傳力結構,負責懸掛整機模架、模板等砼成型結構。過孔走行過程中,挑梁和吊臂懸掛所有外模板及模架;砼施工狀態(tài),為吊桿分擔部分模架、模板和砼重量,并傳遞至移動模架主梁。

挑梁位于主梁外,挑梁下弦設有滑梁,以實現(xiàn)模架整體橫移,挑梁桁架左右各12片?；何挥谔袅号c吊臂之間,與挑梁成對加工,并安裝于挑梁下弦,用于模架的開啟與合攏。吊臂為焊接桁架結構,上下分別與挑梁及側(cè)模架通過銷軸連接。

(四)模板系統(tǒng)

1.底模。架的移動模架的力。側(cè)模架上弦桿設有可調(diào)撐桿,用于調(diào)節(jié)翼板模板,移動模架移動模架底模是箱梁砼的直接支承結構。底模與底模架始終保持一體對應分塊制造,左右各12組,左右兩組底模架通過8.8級精制螺栓用螺栓對拉,形成整體?？紤]預拱度調(diào)整,在縱橋向兩相鄰底模板間均留有10mm的縫隙。底模架的上弦桿內(nèi)側(cè)通過φ50的高強度吊桿吊掛在鋼箱梁內(nèi)側(cè)腹板的牛腿上,其上弦最外側(cè)兩個節(jié)點設置有吊掛滾輪,吊掛滾輪與側(cè)模架的下弦連接,實現(xiàn)底模架的橫移開啟。

2.側(cè)模。側(cè)模架與側(cè)模始終保持一體對應分塊制造12組,側(cè)模架設有可調(diào)撐桿,用以固定模板和輔助拆模。側(cè)模架下弦桿設有螺旋支承,以利于調(diào)節(jié)腹板模板的位置及抵抗?jié)沧㈨艜r的側(cè)壓力。側(cè)模架上弦桿設有可調(diào)撐桿,用于調(diào)節(jié)翼板的角度和拱度。

(五)移位系統(tǒng)

移位系統(tǒng)由固定在滑梁上的和固定于底模架吊掛輪處的各12臺橫移油缸及后支腿處4臺縱移油缸組成。橫移時,通過頂推吊臂頂面滑梁和底模吊掛輪處千斤頂,實現(xiàn)外側(cè)模架橫向開啟和合攏。縱移時,由固定在支承臺車上的兩個縱移油缸頂推主梁縱向移動。通過垂直油缸和橫移油缸的豎直與水平作用,以實現(xiàn)造橋機脫模與合模的目的。根據(jù)該造橋機的施工特點,液壓系統(tǒng)按其功能和布局要求分為四個獨立的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可驅(qū)動主梁縱移、橫移和豎直移動,從而實現(xiàn)造橋機的過孔、脫模和合模。

四、MSS1500型移動模架的工作原理

其工作原理是在砼箱梁的上方設置承重鋼主梁來承受模板、梁重和各種施工荷載,主梁在支承千斤頂及托輥的作用下,可實現(xiàn)升降及縱向移動;模架及模板在模架液壓開啟機構的作用下完成模架開啟及閉合的動作。

模架通過挑梁、吊臂及吊桿懸掛在主箱梁底面,利用可調(diào)撐桿及吊桿調(diào)節(jié)模板的預拱度,按設計要求調(diào)整梁底的線形高程。當一跨梁段張拉完畢后,脫模卸架,由模架上配套的液壓系統(tǒng)和傳動裝置,使鋼箱主梁和模板縱移至下一跨。

五、移動模架施工工況介紹

(一)澆注砼時工況

前、中支腿油缸頂升至工作狀態(tài)并鎖定,底模及吊臂分別橫移合攏并鎖定,安裝吊桿,調(diào)整模板系統(tǒng)至設計標高;前支點通過前支腿將荷載傳遞至墩頂,中支點通過橫梁將力傳遞至已澆筑箱梁橫隔墻上。

(二)脫模工況

1.根據(jù)設計要求一期張拉完成后,拆除墩頂散模及墩頂側(cè)模拉桿,拆除吊桿、解除底模間和底模與側(cè)模縱向連接螺栓。

2.拆除前、中支腿油缸位置的抱箍,前、中支腿油缸回油脫空,模架整體下落。

3.前、后支腿油缸伸出,模架起頂,中支腿油缸吊掛前移50.3m,至梁端隔墻處。

4.中支腿油缸伸出與橋面頂緊鎖定,解除前支腿與墩頂間鎖定,前支腿油缸回油脫空。

5.中、后支腿油缸收回,整機下落。

6.底模架及吊臂分別橫移開啟并鎖定,準備第一次前移過孔。

(三)過孔工況

1.啟動造橋機后支腿主動電機,整機前移18m后停下。

2.中、后支腿起頂,用卷揚機將前支腿拉到前一墩位置與墩頂預埋件鎖定。

3.中、后支腿油缸回油,前中后支腿同時支撐移動模架大梁,準備第二次前移過孔。

4.啟動后支腿主動電機,移動模架前移32.3m后到位。

六、MSS1500型移動模架的拼裝

MSS1500型移動模架結構總重達780t,其中僅主梁重量就達332t,主梁單件最重32.3t,最輕26t,拼裝難度最大的就是主梁,若采用在施工墩位搭設支架進行拼裝,不僅費工、費時,且均為高空作業(yè),安全風險較大。根據(jù)施工工期安排,結合移動模架的特點,主梁在岸邊進行拼裝,利用施工墩跨處優(yōu)良的水深,采用260t浮吊將單組主梁(重166t)整體起吊就位。移動模架前、中支點提前安裝好。小型構件采用30t浮吊以及50t履帶吊站在支棧橋上直接拼裝。

七、MSS1500型移動模架線形控制

為了確保箱梁張拉完成后,其線型與設計相符,預拱度設置必須準確。

移動模架在荷載作用下發(fā)生彈性變形及非彈性變形,通過預壓模擬施工中加載過程,分析觀測結果來計算移動模架的彈性變形和非彈性變形值,根據(jù)箱梁設計的反拱度與彈性變形值組合計算出施工時底模應設置的預拱度,實測移動模架承受施工荷載引起的彈性變形,與理論計算進行比較,驗證計算模式。

八、移動模架使用過程中的問題

由于移動模架自身結構復雜,在使用過程中難免也會也會出現(xiàn)一些問題,本移動模架在施工過程中主要出現(xiàn)了以下兩個方面的問題,其處理方法如下:

1.砼澆筑過程中由于支點處主梁彎曲上翹,各千斤頂反力相差較大。處理方法:按靠近跨中4臺千斤頂先行全部滿負荷受力,每臺千斤頂350t,按總荷載1400t控制,如荷載超過1400t,千斤頂將被破壞。當總荷載(即模架自重780t和砼自重620t)達到1400t時,即砼澆筑到248m3時,進行起頂,起頂時靠跨中的4臺千斤頂原則上不能有起升高度?？客鈧?cè)的4臺千斤頂,參照油壓表可控制其最大油壓。

2.移動模架過孔過程中,在大懸臂狀態(tài)下導梁前端下?lián)现祵崪y為340mm,前支腿自行過孔時,在最不利處產(chǎn)生的下?lián)现禐?00mm,導梁前端總下?lián)狭窟_到540mm。造成導梁無法上到前支腿,無法過孔。

處理措施:將前支腿割除500mm高,改為一個500mm高的墊塊。墊塊先不安裝,待前導梁到達前支腿后,2臺50t千斤頂起頂前支腿,加入墊塊后固結,完成過孔。

九、結語

近幾年來,隨著鐵路、公路跨越式大發(fā)展,移動模架在工程施工中的形式更加多樣化,大跨度、自動化是移動模架的發(fā)展趨勢,本文通過MSS1500型移動模架的成功應用為廣大工程設計、施工人員提供一定參考價值。