連續(xù)梁橋懸臂澆筑菱形掛籃行走裝置改進及應(yīng)用

張瀅 ZHANG Ying

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概況

1.1 工程簡介

新建南玉鐵路，經(jīng)南寧、貴港、玉林三市，項目連接北部灣城市群與桂東南城鎮(zhèn)群，是南深高鐵中的重要組成部分。中鐵二十五局承建新建南玉鐵路站前工程No1 標(biāo)線路全長16.848km，共有34 座橋梁（特大橋4 座）。那舅特大橋起止里程 DGK0 +277.14 ～DGK2 +167.32，橋梁全長1890.18m，全橋共設(shè)7 聯(lián)連續(xù)梁和32 片不等跨簡支梁，連續(xù)梁跨越既有線2 處，最大跨度100m。連續(xù)梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆和支架現(xiàn)澆法兩種施工方法，其中共五聯(lián)連續(xù)梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工（含兩處跨既有線轉(zhuǎn)體），掛籃采用菱形掛籃，需投入8套掛籃同步施工，其中有3 處為鄰近既有線施工，懸臂掛籃距離鐵路軌道最近距離不足10m，掛籃施工安全風(fēng)險控制要求極高，對掛籃平移過程中的穩(wěn)定性和抗傾覆性嚴(yán)格控制，確保推進速度可控，安全性能可靠。（圖1、圖2）

圖1 33# 主墩轉(zhuǎn)體示意圖（本文以此掛籃為例）

圖2 菱形掛籃示意圖

1.2 掛籃行走裝置改進的目的

通過對項目早期完工的32+48+32m 連續(xù)梁掛籃懸臂施工過程進行分析得知，掛籃行走系統(tǒng)由行走小車、行走軌道、軌道扁擔(dān)梁、牽引手拉葫蘆組成。掛籃行走時，先松去后錨精軋螺紋鋼，在前支腿處采用8t 手拉葫蘆施加牽引力牽引掛籃行走。掛籃每行走30cm，需拆除掛籃前進方向的軌道扁擔(dān)梁，小車通過后再恢復(fù)已拆除的軌道扁擔(dān)梁。依次循環(huán)直至掛籃行走到預(yù)定位置。由于軌道向上的擠壓力作用，可能造成掛籃結(jié)構(gòu)整體變形、開裂、傾覆等風(fēng)險，軌道扁擔(dān)梁拆除及安裝操作較為困難，掛籃行走過程速度較慢，拆除安裝扁擔(dān)梁過程中還存在軌道失穩(wěn)的安全風(fēng)險。需改進掛籃行走工藝，簡化掛籃形走過程的繁冗工序。采用現(xiàn)有的菱形掛籃行走系統(tǒng)，掛籃行走過程需反復(fù)安裝和拆除扁擔(dān)梁，掛籃行走需10 人配合進行，其中4 人操作手拉葫蘆，4 人安裝和拆除軌道扁擔(dān)梁，2 人觀察掛籃行走狀態(tài)及滑梁動情況；行走需耗時約10h，配合吊車1 臺。（表1）

表1 32+48+32m 連續(xù)梁掛籃行走過程情況分析表

由表1 中可得，行走掛籃的過程不僅耗時長，每米掛籃行走平均用時39.8÷14.5=2.75h，還消耗大量勞動力和機械設(shè)備臺班，每米費用為44000÷14.5=3034 元。那舅特大橋7 聯(lián)連續(xù)梁共8 套掛籃同時投入使用，此掛籃行走工藝無法滿足業(yè)主對項目施工節(jié)能降耗和施工工期的要求，需對掛籃行走施工工藝進行優(yōu)化改進，在確保安全穩(wěn)定情況下不僅要提高掛籃同步行走效率，而且要節(jié)約人工及機械費用，為項目創(chuàng)效。

2 掛籃行走裝置改進技術(shù)主要內(nèi)容

2.1 主要構(gòu)造形式改進

通過對現(xiàn)場已安裝好的掛籃進行結(jié)構(gòu)、工藝方法的研究和分析，確定同時對“行走小車和扁擔(dān)梁行走體系”進行優(yōu)化創(chuàng)新，改進行走小車結(jié)構(gòu)，將原來的平底型改成“八”字型，小車底部的空間由原來的2cm 增加至20cm，便于軌道扁擔(dān)梁通過；優(yōu)化扁擔(dān)梁結(jié)構(gòu)，取消原設(shè)計軌道扁擔(dān)梁，改用28cm×25cm×3cm 鋼板作反壓走行軌道，降低扁擔(dān)梁占用的空間，便于行走小車通過，反壓梁鋼板上設(shè)墊片+雙精軋螺母，按要求50cm 布置一道。改進后的掛籃行走系統(tǒng)在掛籃行走過程中無需拆除反壓梁鋼板，掛籃可連續(xù)一次連續(xù)行走到預(yù)定位置，縮短了掛籃行走時間，減少了人力以及設(shè)備的投入，并且行走過程安全可靠。（圖3、圖4）

圖3 原掛籃行走系統(tǒng)設(shè)計

圖4 小車與扁擔(dān)梁行走體系創(chuàng)新改進

2.2 細(xì)部構(gòu)造形式改進施工工藝

對“行走小車和扁擔(dān)梁行走體系的改進創(chuàng)新”主要構(gòu)造進行了進一步的深入分解細(xì)化，確定“軌道錨固扁擔(dān)梁”、“行走小車”、“牽引設(shè)備”三大細(xì)部進行技術(shù)改進施工工藝。

①“軌道錨固扁擔(dān)梁”改進采用28cm×25cm×3cm 鋼板代替，3cm 鋼板在車床進行切割鉆孔及刷漆防銹，加工成型的鋼板尺寸偏差為±5mm，孔洞加工尺寸偏差為+5mm。現(xiàn)場安裝過程中將鋼板放置于軌道上，通過鋼板中心預(yù)留孔穿過φ32 精軋螺紋連接，加設(shè)雙螺母并擰緊錨固，精軋螺紋鋼預(yù)埋至梁體腹板1.5m 左右，高出雙螺母頂2-3 絲即可。（圖5）

圖5 鋼板現(xiàn)場安裝效果圖

②“行走小車”改進采用將小車底板鋼板抬高，在兩側(cè)吊板出加楔形塊加固，滿足底部空間使用要求，小車底部的空間由原來的2cm 增加至20cm，便于軌道扁擔(dān)梁通過。加工前采用solidworks 對小車結(jié)構(gòu)尺寸及材料規(guī)格型號進行建模和標(biāo)注，說明加工工藝，由原掛籃廠家進行加工，加工完需要檢查焊縫、鋼板完整性、小車滾輪滾動性等。行走小車按掛籃設(shè)計圖和掛籃安裝技術(shù)交底進行安裝，安裝完成后報監(jiān)理單位驗收。行走小車只在掛籃行走過程中受力，行走過程需檢查小車的滾動狀態(tài)。（圖6、圖7）

圖6 行走小車加工效果圖

圖7 行走小車現(xiàn)場安裝圖

行走主桁抗傾覆受力分析，因掛籃整體結(jié)構(gòu)未變化，只需計算行走過程抗傾覆系數(shù)是否滿足規(guī)范要求，根據(jù)《那舅特大橋100 米主跨掛籃計算書》行走工況計算結(jié)果得，主縱梁后軸扣輪錨力P1=-176.3kN，傾覆力P=195.4kN，傾覆力矩：M=P×L 上=195.4×6=1172.4kN·m，4 個反扣輪最大抗力：=696.8kN（其中[τ]為規(guī)范中[32a 鋼材允許剪應(yīng)力。

4 個反扣輪抗傾覆力矩：M1=Q×L下=3052.0kN·m。行走軌道后錨共設(shè)6 根Φ32 精軋螺紋筋，考慮各精軋螺紋粗鋼筋受力不均勻的強度折減系數(shù)取0.9，其抗力達(dá)到：P2=0.9×6×770×804×103=3343kN，行走軌道抗傾覆彎矩：M2=P2×L下=3343×4.38=14642.3kN·m。

③“牽引設(shè)備”改進采用裝在走行軌前端的精軋螺紋鋼固定端鋼板座，鋼板厚2cm 做成三角盒形狀，φ32 精軋螺紋鋼從固定端鋼板座平行穿過前支點后安裝60t 穿心頂，通過頂推力使掛籃兩側(cè)同步縱移向前，每次結(jié)束后，千斤頂回油卸載，前移千斤頂再次固定，循環(huán)操作直到掛籃前移到位，千斤頂行程一般為15cm，公稱張拉力50kN。掛籃行走前在掛籃軌道上標(biāo)記掛籃行走刻度，10cm 一道，并對行走終點作醒目標(biāo)識。為保證掛籃兩側(cè)行走同步，應(yīng)用一臺主油泵控制兩臺千斤頂，兩側(cè)千斤頂相同串聯(lián)，達(dá)到一臺油泵同時控制兩臺千斤頂?shù)男Ч?。改進牽引方式后結(jié)構(gòu)更加簡便可靠便于操作，其作用力相對準(zhǔn)確的作用于行走軌道上，能使掛籃更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定、均衡的前行。（圖8）

圖8 掛籃行走改進牽引系統(tǒng)示意圖

牽引力計算，整套掛籃重55t（含主桁、外側(cè)模、內(nèi)側(cè)模、底模架、吊桿等），前支點鋼與鋼之間動摩擦因數(shù)取0.25，移動過程最大張拉力為69t，采用2 臺60t 穿心頂滿足頂推掛籃前移要求。

3 掛籃行走裝置改進后施工操作說明

主墩兩側(cè)掛籃必須在梁段的縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉壓漿完畢后同時對稱移動，應(yīng)保持主桁處于水平狀態(tài)，并應(yīng)設(shè)專人指揮，掛籃移動速度不宜大于0.1m/min，就位時中線偏差不應(yīng)大于5mm，掛籃移動時后端應(yīng)有牢固可靠的防傾覆、防溜走的保護措施。

①在已完節(jié)段頂面找平并測量好滑道位置，找平、鋪設(shè)滑道，并按照間距不大于0.3m 標(biāo)識位移橫向標(biāo)線，用來觀測和保證掛籃對稱移動，同時對梁體上雜物進行清理干凈，防止在施工過程中雜物掉落。②將承重的各吊桿慢慢松開，滾動吊架受力，同一斷面的吊桿必須同步放松，當(dāng)內(nèi)導(dǎo)梁、底縱梁離開混凝土表面20cm 時停住，同時檢查各處是否與混凝土脫離，清理行進路線上的障礙物。③當(dāng)?shù)啄０?、?cè)模板及內(nèi)模系均與梁體脫離后，將掛籃底梁后錨松開，采用兩臺60t 千斤頂驅(qū)動使掛籃前移，并帶動側(cè)模、底模及內(nèi)導(dǎo)梁整體滑移到位。④掛籃行走時，軌道一定要牢牢固定在箱梁頂面，后節(jié)點用兩臺10t 倒鏈葫蘆作為保險，一端錨固在梁體預(yù)留洞或者未拆除的軌道上，作為保險設(shè)施，一邊移動一邊松倒鏈。箱梁兩端由專人進行操控，專人進行觀察，保證兩端、兩側(cè)4 臺千斤頂牽引前進速度同步。⑤掛籃移動到位后錨固后錨，重新安裝聯(lián)端處各類吊桿，到位后將各雙螺母旋緊。⑥掛籃移動到位后調(diào)整立模標(biāo)高，根據(jù)掛籃彈性變形值及線形監(jiān)控確定的數(shù)據(jù)調(diào)整下一節(jié)段立模標(biāo)高。

4 改進后施工效果

4.1 施工時間效果分析

對改進行走系統(tǒng)的掛籃行走過程進行跟蹤統(tǒng)計，隨機選取5 次行走過程繪制掛籃行走統(tǒng)計分析表，如表2。

通過對表2 數(shù)據(jù)進行分析，采用改制后的掛籃行走系統(tǒng)，每米掛籃行走平均用時：10.7÷18.5=0.578h，較原方案2.75h 每米節(jié)約2.17h，大大提高施工進度。

4.2 經(jīng)濟效益分析

優(yōu)化的掛籃走行系統(tǒng)，需增加反壓梁鋼板材料和加工費用，反壓梁鋼板尺寸為28×25cm，一套掛籃需40 塊小鋼板，尺寸6×2×0.03m 鋼板原材費用約6150 元/塊，現(xiàn)場切割加工成型，一次投入人工+材料費約15000 元。

施工間接費用估算：如采用原方案進行掛籃行走，需投入作業(yè)人員10 人/次，行走時間約10h/次，優(yōu)化后的掛籃行走系統(tǒng)，只需投入6 人用時2 小時即可完成掛籃行走作業(yè)。本橋共五聯(lián)連續(xù)梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工，連同考慮本項目福慶特大橋的2 套掛籃，采用10 套同步進行施工，共計行走93 個節(jié)段共計梁長600m，改進后平均每米人工+機械費用為18500÷18.5=1000 元，較原方案3034 元每米節(jié)約2034 元，合計節(jié)約成本600×2034-15000=1205400 元（節(jié)約掛籃租賃費時間未算）。工人操作簡單快捷，機械設(shè)備功效大大提高，更避免了后期因搶工期發(fā)生的額外費用，經(jīng)濟效益非常明顯。

4.3 其他效果分析

采用本技術(shù)，最大限度地減少了掛籃行走作業(yè)時間，有效解決了拆除掛籃前進方向的軌道扁擔(dān)梁后掛籃傾覆和長時間高空作業(yè)高處墜落的安全事故風(fēng)險，施工安全可靠，無形中產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。

本改進技術(shù)已獲得國家實用新型發(fā)明專利，進一步提升了企業(yè)的科技創(chuàng)新競爭力。

5 結(jié)束語

懸臂澆筑連續(xù)梁采用掛籃施工工藝是很成熟的方法，在實際應(yīng)用中，仍有很多的技術(shù)和經(jīng)驗需要總結(jié)創(chuàng)新，行走裝置改進技術(shù)在該項目的應(yīng)用非常成功，實現(xiàn)了既保證施工進度、節(jié)約施工成本，又能確保掛籃快速前移過程中的平穩(wěn)性、安全性，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益，值得在類似橋梁施工中廣泛應(yīng)用，也可供掛籃加工廠家提供參考。