黃岡公鐵兩用長江大橋北引橋特殊孔跨箱梁架設(shè)技術(shù)

■汪永慶 ■中鐵大橋局集團(tuán)第六工程有限公司，湖北 武漢 430100

1 橋特殊孔跨箱梁架設(shè)產(chǎn)生的背景

黃岡公鐵兩用長江大橋主橋5#墩～北引橋N29#墩為公鐵合建段，其中主橋5#墩～北引橋N3#墩為40 +56 +40m 跨大堤連續(xù)梁，上層為雙幅單箱單室的公路連續(xù)箱梁，下層為單箱單室鐵路連續(xù)箱梁;北引橋N3#墩～N29#墩，上層為雙幅單箱單室的32.6m 公路連續(xù)箱梁，下層為單箱單室32.6m 鐵路簡支箱梁。由于公路框架墩存在，為便于架橋機(jī)正常架設(shè)和通行，必須先架設(shè)完成下層鐵路簡支箱梁待架橋機(jī)退出后，才能施工公路框架墩及公路連續(xù)箱梁。而主橋5#墩～北引橋N3#墩40 +56 +40m 跨大堤連續(xù)梁經(jīng)過方案比選，采用先上后下的方案比傳統(tǒng)先下后上方案，能夠節(jié)約臨時(shí)墩樁基1/2，節(jié)約鋼管立柱及連接系鋼結(jié)構(gòu)約1/3，還縮短施工工序轉(zhuǎn)換時(shí)間節(jié)約了施工工期。故產(chǎn)生一個(gè)矛盾，一方面為滿足N4#墩～N3#墩鐵路箱梁架橋機(jī)架設(shè)過孔需要，希望先完成N2#墩～N3#墩40m 跨鐵路連續(xù)箱梁施工，并且N3#墩公路框架墩在鐵路箱梁架設(shè)完成后施工;另一方面為滿足N2#墩～N3#墩公路連續(xù)箱梁施工需要，希望先完成N4#墩～N3#墩鐵路箱梁架設(shè)，便于進(jìn)行N3#墩公路框架墩的施工。解決此矛盾方案一將黃岡公鐵兩用長江大橋北引橋N4#墩～N3#墩鐵路32.6m 簡支箱梁改為現(xiàn)澆施工;方案二40 +56 +40m 跨大堤連續(xù)梁現(xiàn)澆支架結(jié)合架橋機(jī)架設(shè)N4#墩～N3#墩考慮，先進(jìn)行N4#墩～N3#墩鐵路32.6m 簡支箱梁架設(shè)，再施工N3#墩公路框架墩及N2#墩～N3#墩公路連續(xù)箱梁，經(jīng)施工組織綜合比選選擇方案二。

2 技術(shù)準(zhǔn)備

2.1 制定方案

由于N3#墩～N2#墩之間跨度為40m，其鐵路連續(xù)箱梁未施工，采用JQ900 型架橋機(jī)架設(shè)北引橋末孔(N4#墩～N3#墩)鐵路32.6m 簡支箱梁時(shí)存在下導(dǎo)梁無法過孔的難題，通過研究下導(dǎo)梁式架橋機(jī)的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和黃岡公鐵兩用長江大橋北引橋40 +56 +40m 跨大堤連續(xù)梁現(xiàn)澆支架，將兩者有機(jī)結(jié)合可解決此問題。

具體研究如下:

對(duì)連續(xù)梁支架體系與JQ900 型架橋機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸以及N3#墩公路框架結(jié)構(gòu)尺寸綜合比較，具體相關(guān)數(shù)據(jù)為:JQ900 型下導(dǎo)梁高、寬、長分別為16.68m、12m、53m，下導(dǎo)梁長、寬分別為56m、5.95m。公路連續(xù)梁框架式橋墩凈空為高×寬=14.5m×13.2m。中間兩根鋼管柱橫向距離為7.50m，N3#墩鐵路墩身以上鋼管柱高度為13m。得知:其一:架橋機(jī)無法在N3#墩公路框架墩施工完成后進(jìn)行架設(shè)N4#墩～N3#墩箱梁架設(shè);其二:JQ900 型下導(dǎo)梁式架橋機(jī)只限于架設(shè)20m、24m 和32m 箱梁，而N3#墩～N2#墩之間跨度為40m，N4#墩～N3#墩間為31.5m 預(yù)制箱梁。因此在下導(dǎo)梁過跨時(shí)，距N3#墩墩中心向小里程方向24m、32m 處均無現(xiàn)有臨時(shí)支撐平臺(tái)(特別說明:下導(dǎo)梁總長為56m，重心距尾端為24m，而過跨后下導(dǎo)梁支撐點(diǎn)必須距下導(dǎo)梁尾端24m～32.6m 之間)。

研究后結(jié)論如下:

一、N3#墩公路框架墩待N4#墩～N3#墩鐵路箱梁架設(shè)完成后進(jìn)行施工;二、制定在黃岡長江大橋北引橋跨大堤40 +56 +40m 公路連續(xù)梁施工的支架體系P9 柱的中間三根立柱焊接臨時(shí)支撐扁擔(dān)橫梁，作為下導(dǎo)梁1#托輥的臨時(shí)支撐點(diǎn)。現(xiàn)場鋼管柱、架橋機(jī)及公路框架墩位置關(guān)系見圖1。

圖1 特殊孔箱梁架設(shè)作業(yè)現(xiàn)場總布置圖(單位:mm)

2.2 P9 柱上支撐扁擔(dān)橫梁設(shè)計(jì)與施工

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)查及架橋機(jī)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用北引橋跨大堤連續(xù)梁施工的鋼管柱支架體系，將中間P9 柱加長，然后在P9 柱中間三根鋼管柱上焊接支撐扁擔(dān)橫梁，輔助架橋機(jī)下導(dǎo)梁過跨。

扁擔(dān)橫梁采用3 根I40b 工字鋼并排拼接而成。

根據(jù)架橋機(jī)受力工況，下導(dǎo)梁過跨時(shí)扁擔(dān)橫梁受力圖示如下圖2所示:

圖2 扁擔(dān)梁受力圖示(單位:mm)

通過計(jì)算得知，下導(dǎo)梁過跨時(shí):中間P9 柱最大正壓力為95T，兩側(cè)P9 柱最大正壓力為33T。

現(xiàn)將扁擔(dān)橫梁安裝于P9 柱中間柱頂，兩端分別焊接于兩側(cè)立柱側(cè)面，并由焊接于兩側(cè)立柱上的牛腿輔助支撐扁擔(dān)橫梁。扁擔(dān)橫梁兩端部焊接區(qū)域和牛腿上下部位分別進(jìn)行加強(qiáng)處理。

橫梁端部焊接區(qū)，先幫焊寬450mm，高450mm，厚16mm 的襯板對(duì)P9 柱管壁進(jìn)行加強(qiáng)處理。焊接扁擔(dān)橫梁端部兩側(cè)工字鋼肋，以將扁擔(dān)橫梁與P9 鋼管柱固定，兩端共計(jì)四道焊縫均滿焊，焊縫高度不小于10mm。然后于肋上下部位分別平焊加強(qiáng)勁板，加勁板延伸至過P9柱直徑斷面，加勁板上下面焊縫長560mm，可花焊，每節(jié)焊縫長度不小于100mm。

牛腿焊接區(qū)也先幫寬450mm，高450mm，厚16mm 的襯板對(duì)P9柱管壁進(jìn)行加強(qiáng)處理，然后再將牛腿上下部為分別平焊加強(qiáng)勁板，加勁板同樣延伸至過P9 柱直徑斷面，加勁板上下面焊縫長560mm，可花焊，每節(jié)焊縫長度不小于100mm。

扁擔(dān)橫梁與牛腿搭接部位，分別于兩端支墊厚10mm，寬100mm，長400mm 的墊板，將墊板與牛腿接觸面均勻涂抹黃油，架梁前完成扁擔(dān)橫梁與P9 柱連接的檢查簽證手續(xù)。

3 橋特殊孔跨箱梁架設(shè)技術(shù)

3.1 架設(shè)技術(shù)概述

結(jié)合架橋機(jī)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和架梁場地實(shí)際狀況，采用以下步驟進(jìn)行箱梁架設(shè):

在架設(shè)N5#墩～N4#墩箱梁時(shí)，架橋機(jī)提梁，下導(dǎo)梁過跨過程中，當(dāng)下導(dǎo)梁前端三角花架伸出N3#墩12m 時(shí)，下導(dǎo)梁暫停前移，使用1 臺(tái)80T 汽車液壓吊機(jī)配合拆除下導(dǎo)梁前端12m 桁架。然后下導(dǎo)梁過跨到位，完成N5#墩～N4#墩箱梁架設(shè)。

完成N5#～N4#墩箱梁架設(shè)后，至此架橋機(jī)下導(dǎo)梁全長變?yōu)?3.7m。正常進(jìn)行架橋機(jī)過跨，喂梁作業(yè)。

架橋機(jī)提升箱梁到下導(dǎo)梁高位過跨狀態(tài)，架橋機(jī)前后吊點(diǎn)同步提升下導(dǎo)梁至高位過跨狀態(tài)，在架橋機(jī)前支腿內(nèi)側(cè)安裝臨時(shí)支架并在臨時(shí)支架上操墊2#托輥，縱移天車和2#托輥同步驅(qū)動(dòng)，下導(dǎo)梁高位過跨。下導(dǎo)梁向前縱移11.5m，在預(yù)先于P9 柱(中間3 根)臨時(shí)安裝的扁擔(dān)橫梁上操墊1#托輥，1#、2#托輥同步向前驅(qū)動(dòng)，下導(dǎo)梁向前縱移過跨。

拆除臨時(shí)支架，落梁安裝，完成N4#～N3#墩箱梁架設(shè)。

縱移天車提升下導(dǎo)梁尾部，在已完成架設(shè)的N4#～N3#墩箱梁N3#墩頂距離梁端60cm 處操墊2#托輥，與位于P9 柱臨時(shí)扁擔(dān)橫梁上的1#托輥同步向后驅(qū)動(dòng)，下導(dǎo)梁向后縱移21.25m，下導(dǎo)梁脫離扁擔(dān)橫梁，繼續(xù)向后縱移，下導(dǎo)梁完全退回到架橋機(jī)裝車位置。

3.2 箱梁架設(shè)設(shè)備配置

特殊孔跨箱梁架設(shè)除正常箱梁架設(shè)所需的設(shè)備以及架橋機(jī)配套設(shè)備外，另須配備80T 汽車吊1 臺(tái)配合裝吊，1 臺(tái)平板車配合轉(zhuǎn)運(yùn)下導(dǎo)梁拆卸部分及吊具扁擔(dān)等，其設(shè)備清單詳見下表:

3.3 具體操作步驟

(1)架橋機(jī)前端部分拆除:在N5#墩～N4#墩箱梁架設(shè)時(shí)，在下導(dǎo)梁過跨過程中，當(dāng)下導(dǎo)梁前段伸出N3#墩12m 時(shí)，下導(dǎo)梁暫停過跨，拆除下導(dǎo)梁前段12m 桁架。

(2)架橋機(jī)過跨:完成N5#墩～N4#墩箱梁架設(shè)后，利用前后運(yùn)架橋機(jī)臺(tái)車將架橋機(jī)過跨到位。

(3)喂梁:架橋機(jī)前后支腿支撐架橋機(jī)，中支腿展翼。運(yùn)梁臺(tái)車馱運(yùn)待架箱梁進(jìn)入架橋機(jī)倉內(nèi)，調(diào)整對(duì)位，安裝吊桿。

(4)架橋機(jī)提升箱梁至高位，運(yùn)梁臺(tái)車退出?？v移天車和活動(dòng)油缸同步提升下導(dǎo)梁至高位，利用80T 汽車液壓吊機(jī)在前支腿內(nèi)側(cè)吊裝臨時(shí)支架。

(5)下導(dǎo)梁高位過跨:2#托輥驅(qū)動(dòng)，縱移天車提升下導(dǎo)梁同步向前，下導(dǎo)梁向前縱移11.5m。在預(yù)先于P9 柱上安裝的臨時(shí)支撐扁擔(dān)梁上操墊1#托輥，1#、2#托輥同步驅(qū)動(dòng)，縱移天車提升下導(dǎo)梁同步向前，下導(dǎo)梁完成高位過跨工況。

(6)箱梁安裝:拆除臨時(shí)支架，落梁安裝，完成N4#～N3#墩箱梁架設(shè)。

(7)下導(dǎo)梁退回:1#托輥反向驅(qū)動(dòng)，縱移天車提升下導(dǎo)梁同步后退1.5m 時(shí)，暫停后退。在已完成架設(shè)的N4#～N3#墩箱梁橋面、靠近N3#墩端距梁端0.6m 處操墊2#托輥。1#、2#托輥同步反向驅(qū)動(dòng)，縱移天車提升箱梁同步后退20m 時(shí)，下導(dǎo)梁脫離1#托輥(支撐于臨時(shí)支撐扁擔(dān)梁上)，繼續(xù)向后縱移，下導(dǎo)梁完全退回到裝車位置，由運(yùn)梁臺(tái)車馱運(yùn)回梁場。

4 橋特殊孔跨箱梁架設(shè)需注意的問題

(1)防止下導(dǎo)梁在過跨時(shí)向前傾覆。通過計(jì)算得出下導(dǎo)梁前端在到達(dá)扁擔(dān)橫梁時(shí)，下導(dǎo)梁重心在2#托輥與下導(dǎo)梁尾部之間，這樣在縱移天車的配合作用下就不會(huì)發(fā)生向前傾覆。另外在作業(yè)現(xiàn)場安排專職人員進(jìn)行觀察，若發(fā)現(xiàn)異常情況立即做應(yīng)急處理。

根據(jù)下導(dǎo)梁構(gòu)造，得知下導(dǎo)梁前端8m 桁架自重為1.0T/m，后端35.7m 箱梁自重為2.87T/m，一臺(tái)運(yùn)架橋機(jī)臺(tái)車自重為5.3T。根據(jù)下導(dǎo)梁過跨時(shí)最不利作業(yè)工況進(jìn)行計(jì)算，下導(dǎo)梁不會(huì)向前傾覆。

(1)拆除下導(dǎo)梁前端12m 桁架。利用80T 汽車液壓吊分兩次(兩片)拆卸，拆卸時(shí)拔銷一定要穩(wěn)，下導(dǎo)梁不能產(chǎn)生過大晃動(dòng)，吊裝時(shí)注意施工安全。

(2)下導(dǎo)梁過跨和退回時(shí)，要安排專職人員對(duì)扁擔(dān)橫梁和P9 鋼管柱進(jìn)行跟蹤觀察，一旦發(fā)現(xiàn)P9 柱中間柱有過大變形，或橫梁有劇烈晃動(dòng)，或操墊松動(dòng)則應(yīng)立即報(bào)告現(xiàn)場指揮，退出下導(dǎo)梁荷載，檢查扁擔(dān)橫梁的固定情況。

(3)由于沿江公路通過N3#～N2#墩之間，因此在架梁時(shí)要對(duì)沿江公路進(jìn)行暫時(shí)封閉，避免安全事故發(fā)生。

(4)上述架梁步驟4 中，臨時(shí)支架安裝時(shí)，要特別注意吊裝安全，汽車液壓吊大臂不能碰擊下導(dǎo)梁的任何部位。

(5)確?，F(xiàn)場指揮人員和作業(yè)人員之間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)，口令簡短明確，能做到即叫即停，指揮統(tǒng)一。

5 結(jié)語

“特殊孔跨箱梁架設(shè)技術(shù)”的成功實(shí)施，將黃岡公鐵兩用長江大橋北引橋末孔箱梁(N3#墩～N4#墩箱梁)施工提前到了2011 年11 月24日完成，相對(duì)于2012 年3 月20 日完成現(xiàn)澆施工的計(jì)劃，提前了近4 個(gè)月。由于改現(xiàn)澆為工廠預(yù)制、架橋機(jī)架設(shè)，省略了塔吊、高墩支架、獨(dú)立的模板、支架靜壓等系列設(shè)備的投入，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，由于提前完成該跨箱梁施工，為主橋及引橋連續(xù)梁施工的整個(gè)工期控制創(chuàng)造了積極有利的條件，所產(chǎn)生的社會(huì)效益非常顯著;有效的解決架橋機(jī)下導(dǎo)梁不能正常過跨就不能架梁的問題，促進(jìn)了JQ900 型架橋機(jī)在特殊施工條件下進(jìn)行箱梁架設(shè)工藝和安全架設(shè)技術(shù)研究的發(fā)展。

采用“特殊孔跨箱梁架設(shè)技術(shù)”施工，既節(jié)約了工期和造價(jià)，又安全的完成了箱梁的架設(shè)，同時(shí)為國內(nèi)特殊孔跨箱梁架設(shè)施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

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