滬通鐵路單雙線并行大噸位箱梁架設(shè)技術(shù)

薛澤民

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

1 工程概況

滬通鐵路常熟高架站特大橋位于江蘇省常熟市境內(nèi)，因常熟站在橋上而得名，橋梁全長(zhǎng) 1 687.215 m。該橋設(shè)有62孔32 m單線箱梁，布置于正線橋墩13#,44#與兩側(cè)站線3線、4線之間的橋墩之間，具體平面布置如圖1所示，900 t雙線箱梁位于線路中心，兩邊布置有500 t單線箱梁。

圖1 單、雙線箱梁平面布置

2 施工方案

單、雙線大噸位箱梁的架設(shè)按“一運(yùn)一架”配置設(shè)備，同一跨內(nèi)先施工第3,4線單線箱梁，再施工中間跨雙線箱梁。由于需要架設(shè)雙線大噸位箱梁，設(shè)備統(tǒng)一采用現(xiàn)有的900 t提、運(yùn)、架設(shè)備。運(yùn)架設(shè)備通行于已架設(shè)的900 t雙線箱梁上，首先架設(shè)兩側(cè)單線500 t箱梁，將500 t箱梁落到提前安放于3個(gè)橋墩上的橫移裝置上，通過采用墩上橫移梁的方式將500 t箱梁移到相應(yīng)位置，再架設(shè)中間孔跨900 t箱梁，重復(fù)操作直至完成常熟高架站單雙線箱梁架設(shè)。

3 900 t提、運(yùn)、架設(shè)備適應(yīng)性改進(jìn)

900 t提、運(yùn)、架設(shè)備架設(shè)單線500 t箱梁需要在箱梁的吊運(yùn)、輔助移梁裝置吊運(yùn)、運(yùn)梁支撐等方面進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。

3.1 多功能吊具

該吊具包括墊塊、扁擔(dān)、吊桿[1](其中施工900 t箱梁時(shí)，使用原900 t橋機(jī)吊桿即可)。吊點(diǎn)按照900 t箱梁和500 t箱梁的吊點(diǎn)間距設(shè)置，橫向間距分別為 3 660，3 400，2 000 mm，實(shí)現(xiàn) 900 t 提梁機(jī)、架橋機(jī)同時(shí)滿足架設(shè)900 t和500 t箱梁的施工作業(yè)。

建立有限元梁?jiǎn)卧Ｐ筒⑹┘虞d荷(包括自重載荷)，2種最不利作業(yè)工況計(jì)算結(jié)果：①500 t梁片2.00 m吊點(diǎn)位加載，最大應(yīng)力為104.0 MPa；②900 t梁片3.66 m吊點(diǎn)位加載，最大應(yīng)力為205.4 MPa。

吊具的材質(zhì)為低合金結(jié)構(gòu)鋼345，根據(jù)GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，對(duì)于板厚為16 mm(板厚≤35 mm)的Q345鋼的容許應(yīng)力[σ]=230 MPa，因此吊具強(qiáng)度滿足要求。

3.2 輔助移梁裝置吊裝系統(tǒng)

采用工字鋼在現(xiàn)有的900 t架橋機(jī)起重天車車架上焊接橫移軌道，并安裝1臺(tái)20 t電葫蘆。電葫蘆可以沿著橫移軌道移動(dòng)±200 mm，實(shí)現(xiàn)安拆輔助移梁裝置時(shí)橫向微調(diào)對(duì)位[2]。

利用CAD計(jì)算臺(tái)車走行梁慣性矩，然后加載20 t吊勾載荷，經(jīng)計(jì)算走行梁在該載荷下的最大應(yīng)力為25.6 MPa,最大變形量為0.55 mm。

架橋機(jī)結(jié)構(gòu)材質(zhì)為低合金結(jié)構(gòu)鋼345。綜合各種作業(yè)工況可知，主結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力均未超過容許應(yīng)力，并且走行梁變形很小，對(duì)整個(gè)臺(tái)車不會(huì)造成影響。

3.3 固定支撐墊墩

通過在現(xiàn)有900 t運(yùn)梁車的固定支撐墩內(nèi)側(cè)加66 cm×38 cm×30 cm墊墩，活動(dòng)支撐墊墩仍用運(yùn)梁車原配墊墩，實(shí)現(xiàn)900 t運(yùn)梁車同時(shí)滿足運(yùn)輸900 t和500 t箱梁的要求。

由于支撐墊墩的尺寸和原900 t箱梁的墊墩尺寸保持一致，因此一定滿足500 t箱梁的支撐要求。

4 單線箱梁橫移臺(tái)車設(shè)計(jì)

單線箱梁橫移臺(tái)車由臥枕梁、移梁臺(tái)車、液壓油頂、泵站、平臺(tái)等組成，其中臥枕梁為整個(gè)裝置的承重結(jié)構(gòu)，移梁臺(tái)車用于承載箱梁，液壓起落系統(tǒng)用于單線箱梁的落梁。

4.1 臥枕梁

4.1.1 臥枕梁結(jié)構(gòu)

臥枕梁(見圖2)采用低合金結(jié)構(gòu)鋼Q420制作成箱形結(jié)構(gòu)，考慮了整體高度限制及強(qiáng)度的要求。根據(jù)單雙線橋墩及墊石間距，臥枕梁采用變截面設(shè)計(jì)。整個(gè)臥枕梁支墊在墊石上，并在其上設(shè)置軌道用于移梁臺(tái)車行走。

圖2 臥枕梁示意

4.1.2 臥枕梁強(qiáng)度計(jì)算

建立有限元梁?jiǎn)卧Ｐ筒⑹┘虞d荷(包括自重載荷)，各種作業(yè)工況計(jì)算結(jié)果：①臺(tái)車橫移至900 t墩臺(tái)的中線位置時(shí)，主結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為169.8 MPa；②臺(tái)車橫移至900 t墩臺(tái)與500 t墩臺(tái)間的跨中時(shí)，主結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為238.7 MPa；③臺(tái)車橫移至500 t墩臺(tái)中線位置時(shí)，主結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為195.8 MPa。綜上所述，主結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力均未超過容許應(yīng)力。

4.1.3 臥枕梁剛度計(jì)算

各種作業(yè)工況下?lián)隙扔?jì)算結(jié)果：①臺(tái)車橫移至900 t墩中線位置時(shí),豎向最大撓度f=4.022 mm，豎向容許撓度[f]=700/L=5.714 mm，L為跨度。②臺(tái)車橫移至900 t墩臺(tái)與500 t墩臺(tái)間的跨中時(shí)，豎向最大撓度f=6.747 mm，豎向容許撓度[f]=700/L=8.143 mm。③臺(tái)車橫移至500 t墩臺(tái)的中線位置時(shí)，豎向最大撓度f=2.693 mm，豎向容許撓度[f]=700/L=3.714 mm。綜上所述，臥枕梁剛度滿足要求。

4.2 移梁臺(tái)車

移梁臺(tái)車共由2套200 t級(jí)的移運(yùn)裝置連接組成，置于臥枕梁之上可以在臥枕梁上滑動(dòng)。移梁臺(tái)車上放置承載墊箱及膠墊，確保單線箱梁在支座位置受力，并避免其在橫移臺(tái)車上滑動(dòng)；移運(yùn)臺(tái)車上設(shè)有導(dǎo)向滑輪，保證臺(tái)車在臥枕梁上平穩(wěn)、準(zhǔn)確地移梁。

4.3 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)為移梁裝置提供橫移的動(dòng)力，主要由泵站、橫移油缸、平臺(tái)、橫移連接座等部分組成。橫移采用油缸步進(jìn)的方式，作業(yè)人員在平臺(tái)上通過插銷與臥枕梁連接，通過控制電磁閥實(shí)現(xiàn)油缸伸縮，最終實(shí)現(xiàn)梁片的橫移。左右兩側(cè)梁片通過調(diào)換泵站及平臺(tái)的方向分別實(shí)現(xiàn)兩側(cè)梁片的左右橫移。

4.4 液壓起落系統(tǒng)

移梁裝置通過步進(jìn)方式將梁片移動(dòng)到位，再通過液壓起落系統(tǒng)將梁片頂升，實(shí)現(xiàn)梁片與移梁裝置分離。待左右單線箱梁都移動(dòng)到位并頂升后，將整個(gè)移梁裝置及臥枕梁吊下墩臺(tái)。此時(shí)，再通過液壓起落系統(tǒng)回收，實(shí)現(xiàn)左右單線箱梁的落梁到位。

4.5 橫移機(jī)構(gòu)計(jì)算

1)運(yùn)行阻力的計(jì)算。小車穩(wěn)定運(yùn)行的靜阻力Fj=Fm+Fw=136.25 kN。其中，F(xiàn)m為小車穩(wěn)定運(yùn)行的摩擦阻力，F(xiàn)w為小車穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)阻力。

2)橫移油缸的選擇計(jì)算。油缸型號(hào)為HSGK01-140/80-1400 mm，缸徑D=140 mm，桿徑d=80 mm，工作壓力P=16 MPa。有桿腔最大拉力FL=π(D2-d2)P=165.9 kN。

由此可見:Fj

5 單雙線箱梁架設(shè)施工工藝

單雙線箱梁架設(shè)采用“一運(yùn)一架”配置設(shè)備，首先架設(shè)兩側(cè)單線500 t箱梁，將500 t箱梁落到提前安放于2個(gè)橋墩上的橫移裝置上，通過采用墩上移梁的方式將500 t箱梁移到相應(yīng)位置，再架設(shè)中間孔跨900 t箱梁。具體施工步驟如下：

1)900 t架橋機(jī)過孔到位，準(zhǔn)備架梁[3]。

2)將移梁臺(tái)車和臥枕梁運(yùn)至橋下并組裝完成。

3)利用吊梁小車上20 t電葫蘆將移梁臺(tái)車和臥枕梁整體吊起，整體移動(dòng)并放置于墩臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)移梁臺(tái)車和臥枕梁的墩上安裝。

4)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)墊石、梁體位置，精確布置移梁裝置及千斤頂。

5)根據(jù)所施工箱梁跨度、長(zhǎng)度、支撐墊石標(biāo)高等測(cè)量數(shù)據(jù)，將移梁臺(tái)車放置于臥枕梁上相應(yīng)位置。

6)架橋機(jī)按照箱梁中心線、梁端線位置將單線箱梁放置到移梁臺(tái)車。

7)移梁臺(tái)車操作人員按照臥枕梁刻度標(biāo)線同步移動(dòng)箱梁，將其橫移到位[4]。

8)利用4個(gè)液壓油頂同時(shí)頂升，將單線箱梁頂升到安全距離后，移除移梁臺(tái)車并在單線箱梁下安放墊塊用于支撐單線箱梁。

9)重復(fù)步驟6)～8),實(shí)現(xiàn)第2片單線箱梁的架設(shè)(見圖3)。

圖3 兩側(cè)單線梁就位

10)利用吊梁小車上的20 t電葫蘆將移梁臺(tái)車和臥枕梁整體吊放到墩臺(tái)附近地面上。

11)去除單線箱梁下方的墊塊，單線箱梁的4個(gè)油頂同時(shí)回縮(也可分別回縮)將單線箱梁落到支撐墊石上，并進(jìn)行支座灌漿錨固[5]。

12)運(yùn)梁車駝運(yùn)雙線箱梁到架梁位置，用架橋機(jī)架設(shè)雙線箱梁[6]。

13)利用汽車吊將移梁臺(tái)車及臥枕梁吊運(yùn)到下一孔跨橋下，準(zhǔn)備下一孔箱梁架設(shè)。

14)架橋機(jī)正常過孔到位，準(zhǔn)備下一孔箱梁架設(shè)。

6 結(jié)論

1)通過對(duì)900 t提運(yùn)架設(shè)備的吊具、支撐墊墩、吊裝系統(tǒng)等方面的適應(yīng)性改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了1套900 t提運(yùn)架

設(shè)備同時(shí)滿足500 t單線箱梁和900 t雙線箱梁的施工要求。

2)通過研制單線箱梁橫移臺(tái)車，實(shí)現(xiàn)500 t單線箱梁的墩頂移梁到位。

隨著現(xiàn)代鐵路的建設(shè)，鐵路橋梁建設(shè)將不可避免地出現(xiàn)多種復(fù)雜工況，原有的施工設(shè)備很可能無法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的需求。如果新購(gòu)設(shè)備，不僅加工周期長(zhǎng)，而且費(fèi)用高。通過對(duì)原有設(shè)備的適應(yīng)性改進(jìn)并配合研制小型機(jī)具，既可滿足現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜工況下的施工需要，又有助于節(jié)約施工成本，提高施工效率，且符合國(guó)家的綠色發(fā)展要求。

[1]北戴河通聯(lián)重工有限公司.TLJ900型架橋機(jī)使用說明書[Z].秦皇島：北戴河通聯(lián)重工有限公司，2015.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2006]181號(hào) 鐵路架橋機(jī)架梁暫行規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[3]喬海紅.京津城際鐵路900 t箱梁運(yùn)架施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2008,48(5):16-18.

[4]范瑞芹.淺談墩頂移梁架設(shè)施工方法及安全控制[J].鐵道建設(shè)，2014(1):27-30.

[5]吳紅強(qiáng).合武客運(yùn)專線大噸位箱梁提運(yùn)架施工方法[J].鐵道建筑,2008,48(8):25-27.

[6]李艾.滬杭高速鐵路箱梁安全高效架設(shè)施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011，55(6):101-107.