連續(xù)梁轉(zhuǎn)體后中跨合龍段支架設(shè)計(jì)與施工

余?？?，劉建明，張 翔，賀 厚

(中交集團(tuán) 第二公路工程局有限公司，西安 430075)

哈大鐵路客運(yùn)專線北起哈爾濱市，南抵遼寧省港口城市大連，途經(jīng)3個(gè)省會(huì)城市、大連和6個(gè)地級(jí)市。線路全長(zhǎng)903.939 km，按照200 km/h速度目標(biāo)建設(shè)，基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)留速度350 km/h。中交第二公路工程局施工段 DK602+407.3～DK650+231.4，全長(zhǎng) 47.824 km。其中劉房子哈大鐵路立交特大橋起訖點(diǎn)樁號(hào)為DK645+946.49～DK649+965.13，全長(zhǎng)4.018 6 km。主孔上部結(jié)構(gòu)為(48+80+48)m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，與既有線斜交角度為25°。設(shè)計(jì)為單箱單室連續(xù)梁，箱梁頂寬12 m，翼緣板長(zhǎng)2.6 m，支點(diǎn)處梁高6.80 m，跨中梁高3.85 m，梁高及底板厚按二次拋物線變化。底板厚度為40～100 cm，腹板厚 48～100 cm，頂板厚度40～65 cm。既有鐵路為深路塹路基，頂面寬7.6 m，底面寬12.7 m，為雙線電氣化鐵路，日通行量為248列。為不給既有鐵路營(yíng)運(yùn)造成更多的負(fù)面影響，將該橋原設(shè)計(jì)48#墩、49#墩位2個(gè)T構(gòu)的掛籃法施工改為平行于既有鐵路線完成橋體后，旋轉(zhuǎn)25°到既有線鐵路上空，用吊架進(jìn)行中跨合龍段施工。合龍段全長(zhǎng)2 m，混凝土方量21.9 m3。吊架的結(jié)構(gòu)不僅要承受施工荷載，還要考慮風(fēng)載等不安全因素。施工對(duì)鐵路交通干擾大，“天窗”時(shí)間與次數(shù)有限，吊架設(shè)計(jì)務(wù)必考慮其承重能力、防水、防墜、防電方案，施工時(shí)要有嚴(yán)密的安全措施。

1 吊架的設(shè)計(jì)與加工

1.1 吊架的結(jié)構(gòu)組成

吊架由承重系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、防護(hù)平臺(tái)、行走牽引系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)6部分組成，各系統(tǒng)中的型鋼全部采取焊接的形式聯(lián)結(jié)。

1)承重系統(tǒng)由前后上橫梁、平聯(lián)、斜撐、立柱、滑動(dòng)槽鋼等組成，2根主承重梁分別采用2［32a焊成。

2)懸吊系統(tǒng)設(shè)前后吊帶各4根，通過(guò)主桁前后橫梁與底籃前后橫梁聯(lián)結(jié)。吊帶均采用長(zhǎng)8 m的φ32精軋螺紋鋼。

3)模板系統(tǒng)采用20 mm厚竹膠板及截面為8 cm×10 cm、間距40 cm的方木組成，方木外采用［10為縱向加勁肋，平均間距80 cm。在合龍段高度范圍內(nèi)，外側(cè)模板間并排均布5道φ16 mm對(duì)拉螺桿，螺桿縱向間距為1 m。

4)防護(hù)平臺(tái)由防水、防墜、防電平臺(tái)組成。主承重梁下翼緣按2.5 m間距焊接［20a的防護(hù)平臺(tái)分配梁，作為防護(hù)平臺(tái)主骨架。平臺(tái)分配梁［16a下部焊接∠75角鋼形成平臺(tái)框架，緊貼∠75角鋼焊接4 mm厚防水、防墜鋼板;4 mm厚鋼板在平臺(tái)底面四周向上卷起60 cm包住防護(hù)平臺(tái)骨架，形成封閉向上開口防墜箱，防墜箱最底緣安裝10 mm厚防電板，并通過(guò)絕緣螺栓固定于∠75角鋼上。

5)行走牽引系統(tǒng):本吊架行走方式分為豎直行走和水平行走。豎直行走是通過(guò)安裝在底籃前后橫梁兩端各1個(gè)100 kN的手拉鏈條葫蘆實(shí)現(xiàn)的，4個(gè)手拉鏈條葫蘆同步提升或下放，吊架就隨之升降;吊架前移時(shí)由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引滑行。

6)錨固系統(tǒng)由精軋螺紋鋼、小分配梁、鎖定螺栓等組成。吊架到達(dá)設(shè)計(jì)位置時(shí)，通過(guò)手動(dòng)鏈條葫蘆將吊架提升到設(shè)計(jì)高度并鎖緊。小分配梁將下橫梁、頂模內(nèi)撐架分別固定在箱梁懸臂的底板、頂板上;利用螺栓將外側(cè)的4根精軋螺紋鋼固定在上橫梁上。

1.2 吊架不平衡彎矩驗(yàn)算

吊架總重112 kN。49#墩既有線側(cè)軌道總重48 kN，軌道安裝后、合龍吊架滑移前在49#邊跨懸臂端加砂袋80 kN，48#邊跨懸臂端加砂袋50 kN。澆筑混凝土前，對(duì)稱地在4個(gè)懸臂端進(jìn)一步加載到250 kN。其中有200 kN荷載在合龍段混凝土澆筑過(guò)程中，與混凝土澆筑同步卸載。吊架產(chǎn)生的不平衡彎矩經(jīng)計(jì)算，小于允許不平衡彎矩，有較大安全儲(chǔ)備;變幅也較小，是方便可行的。

考慮靜摩阻力和動(dòng)摩阻力在吊架前移過(guò)程中的不平衡彎矩，經(jīng)過(guò)有限元分析，合龍吊架移到指定位置前，在墩梁固結(jié)且轉(zhuǎn)鉸封鉸的前提下，不平衡計(jì)算彎矩控制在6 000 kN·m，體系是安全的，變形是允許的。在懸臂端150 kN不平衡靜載作用下，兩懸臂端變形分別為下?lián)?.5 mm、上翹2.4 mm。為確保安全，同時(shí)考慮吊架移動(dòng)等動(dòng)載沖擊影響，取實(shí)際控制不平衡彎矩為4 000 kN·m，基于此應(yīng)施加必要的配重。

2 吊架就位前的準(zhǔn)備工作

2.1 鋪設(shè)軌道、吊架拼裝

將吊架整體運(yùn)至49#墩側(cè)，上安裝防護(hù)腳手架、底模、側(cè)模，掛設(shè)密目防護(hù)網(wǎng)形成封閉區(qū)。在49#墩向中跨箱梁的頂面鋪設(shè)2條軌道，軌道通過(guò)預(yù)埋在箱梁頂部的螺栓固定。在軌道上安裝承重系統(tǒng)，用4個(gè)50 kN手動(dòng)鏈條葫蘆將底籃與承重系統(tǒng)連接，將吊架安裝在49#墩頂梁體靠鐵路一側(cè)懸臂端(見圖1)，然后進(jìn)行縱移、預(yù)壓試驗(yàn)。

2.2 合龍吊架的預(yù)壓及行走試驗(yàn)

2.2.1 目的與意義

通過(guò)預(yù)壓，掌握吊架的彈性變形和非彈性變形的程度及大小。準(zhǔn)確地掌握吊架的剛度等力學(xué)性能指標(biāo)，以便指導(dǎo)吊架立模高程的調(diào)整，為施工監(jiān)控提供可靠的參照數(shù)據(jù)，確保合龍段的施工線型、高程滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。檢驗(yàn)吊架整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)受力，確保系統(tǒng)在施工過(guò)程中絕對(duì)安全。通過(guò)行走，掌握吊架前移時(shí)平衡性，施工人員的協(xié)調(diào)性。便于收集吊架在加載情況下的各個(gè)主要構(gòu)件的變形值，檢驗(yàn)各個(gè)構(gòu)件和連接接頭的安全性。

2.2.2 預(yù)壓、行走

預(yù)壓采用預(yù)制塊法，分級(jí)加載，最大荷載等于1.2倍梁段重量(指吊架所承擔(dān)的荷載)，預(yù)壓時(shí)間不小于48 h。然后通過(guò)布置在48#墩箱梁頂中心線的卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引吊架在軌道上向前滑移。為安全起見，行走成功后，將吊架退回至墩旁的地面上，同步卸下施加的平衡荷載，解除承重系統(tǒng)與底籃之間的約束。轉(zhuǎn)體完成后，待轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)精調(diào)完畢，再重新將吊架安裝在49#墩旁跨中一側(cè)的箱梁上。

3 牽引吊架至跨中

通過(guò)50 kN慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)將吊架自49#墩縱移至中跨合龍段位置。整個(gè)縱移中，吊架距離梁底最小高度50 cm，距離接觸網(wǎng)頂面最小高度170 cm，并根據(jù)要求利用50 kN鏈條葫蘆調(diào)整平臺(tái)高程。安裝懸吊系統(tǒng)，整個(gè)施工過(guò)程控制不平衡彎矩在4 000 kN·m以內(nèi)。

3.1 中跨合龍

利用滑移軌道將吊架牽引至合龍段上方，提升吊架，安裝底板、頂板上的精軋螺紋鋼吊桿并鎖定吊架，再拆除滑移懸吊系統(tǒng)。吊桿固定后安裝翼板外側(cè)的防護(hù)體系(吊架就位示意如圖2)，然后進(jìn)行鋼筋焊接、綁扎。其它工序與掛籃法施工連續(xù)箱梁相同，在此不再贅述。

圖2 中跨合龍段混凝土澆筑吊架使用示意(單位:cm)

3.2 合龍段吊架縱移至49#墩并拆除

合龍段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求張拉后，拆除模板及鋼管腳手架，安裝滑移懸吊鋼繩，解除精軋螺紋鋼吊桿，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)下放平臺(tái)2.2 m左右。利用梁頂滑移系統(tǒng)縱移吊架至離49#墩8 m處，此時(shí)吊架及防護(hù)平臺(tái)已移出既有線?？v移過(guò)程中，吊架距梁底最小高度50 cm，距接觸網(wǎng)頂面最小高度159 cm，并根據(jù)要求利用鏈條葫蘆動(dòng)態(tài)調(diào)整平臺(tái)高程。在既有線范圍外放下吊架至承臺(tái)附近，再完成平臺(tái)及吊架拆除。

4 結(jié)語(yǔ)

1)合龍吊架的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算要留有余地，吊架焊接要牢固，施工時(shí)應(yīng)分工明確。

2)客運(yùn)專線上跨既有繁忙干線鐵路連續(xù)梁水平轉(zhuǎn)體法施工中，利用吊架施工合龍段，安全、經(jīng)濟(jì)、適用，值得推廣。

[1] 中交第二公路工程局有限公司.劉房子哈大鐵路立交特大橋跨既有京哈鐵路轉(zhuǎn)體施工方案［R］.西安:中交第二公路工程局有限公司，2009.

[2] 吳必剛.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的合龍工藝［J］.鐵道建筑，2007(1):12-13.