澳門城市高架輕軌TP35m/60t架橋機(jī)施工技術(shù)研究

李文尚,焦燏烽,王文敬,梁斌

（1.中鐵十五局集團(tuán)有限公司,上海200070；2.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院,河南洛陽471023）

澳門城市高架輕軌TP35m/60t架橋機(jī)施工技術(shù)研究

李文尚1,焦燏烽2,王文敬2,梁斌2

（1.中鐵十五局集團(tuán)有限公司,上海200070；2.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院,河南洛陽471023）

以澳門城市高架輕軌項(xiàng)目為背景,針對(duì)短線匹配預(yù)制拼裝箱梁施工特點(diǎn),進(jìn)行了TP35m/60（t650）節(jié)段拼裝架橋機(jī)的組成、技術(shù)條件、作業(yè)程序和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究.通過對(duì)拼裝式架橋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,分析表明：架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)完全可以滿足施工的要求,且結(jié)合緩和曲線施工的特殊要求,在架橋機(jī)鋼梁間設(shè)計(jì)了3個(gè)平鉸,均可轉(zhuǎn)動(dòng)12°,達(dá)到了走行平順、操縱方便、安全可靠的目的.通過對(duì)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工流程的分析和論述,可為今后同類型架橋機(jī)的設(shè)計(jì)提供借鑒.

高架輕軌；拼裝式架橋機(jī)；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；施工

架橋機(jī)作為一種重要的橋梁施工設(shè)備,已經(jīng)成為路橋建設(shè)不可缺少的作業(yè)裝備[1-4].隨著這些裝備的大型化、高效化,對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求,以滿足施工作業(yè)的效率和質(zhì)量[5-6].針對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁,需要將整孔（聯(lián)）橋沿橫橋向分割成若干節(jié)段塊,每個(gè)相連節(jié)段塊之間設(shè)有剪力鍵,依據(jù)橋梁線形相互匹配,因此要求架橋機(jī)能夠全方位調(diào)整（含微動(dòng)）節(jié)段模塊進(jìn)行膠拼.我國(guó)的橋梁建設(shè)在節(jié)段施工方面的應(yīng)用比較早,但與國(guó)外大規(guī)模地使用節(jié)段安裝施工相比,總體上所占比例仍較小.如2008年建成通車的蘇通長(zhǎng)江大橋的深水區(qū)引橋,采用了75 m跨預(yù)制節(jié)段懸臂拼裝施工,并且采用了體內(nèi)體外混合配束的預(yù)應(yīng)力體系[7-8].廣州地鐵4號(hào)線高架區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)橋式為節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支梁橋,主要跨度為30 m、25 m,采用下行式架橋機(jī)逐跨施工[9-10].預(yù)制節(jié)段拼裝連續(xù)梁橋逐漸在我國(guó)得到了認(rèn)同和應(yīng)用,本文結(jié)合澳門輕軌C370項(xiàng)目采用的短線節(jié)段預(yù)制施工方法,介紹其架橋機(jī)的組成、技術(shù)條件、作業(yè)程序和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).

1 工程背景

澳門輕軌C370一期氹仔口岸段建造工程由高架橋和高架車站組成,共設(shè)3座高架車站,4段高架區(qū)間及2條車廠連接線；采用短線預(yù)制法施工,區(qū)間高架橋節(jié)段梁430片,其中匝道梁181片.區(qū)間段節(jié)段梁長(zhǎng)一般為2.5 m,標(biāo)準(zhǔn)梁高為2.1 m,標(biāo)準(zhǔn)梁寬為9.54 m,質(zhì)量約30 t,非標(biāo)準(zhǔn)段最大塊質(zhì)量約45 t.車廠連接段節(jié)段梁長(zhǎng)一般為2.5 m,標(biāo)準(zhǔn)梁高為2.16 m,標(biāo)準(zhǔn)梁寬為5.61 m,質(zhì)量約20 t.高架區(qū)間節(jié)段梁在預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制,運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后,車廠通道箱梁和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)跨箱梁采用架橋機(jī)整跨拼裝工藝進(jìn)行拼裝,在橋面寬度變化或半徑很少的區(qū)域采用鋼管支架工藝進(jìn)行安裝.施工總體平面圖,如圖1所示.

圖1 施工總體平面圖Fig.1 The overall construction plan

2 TP35m/60t節(jié)段拼裝架橋機(jī)概況

2.1 總體方案

TP35m/60t（650）架橋機(jī)中的“T”是指通聯(lián),“P”是指節(jié)段拼裝,“35m”是指最大跨度,“60t”是指最大節(jié)段塊重量,“650”是指最大跨內(nèi)重量的總和.根據(jù)澳門輕軌C370標(biāo)IS20段工程的施工要求,架橋機(jī)采用上行式方案,主框架采用鋼箱梁加前、后導(dǎo)梁的形式,前后導(dǎo)梁對(duì)稱布置以適應(yīng)逆向走行需要.架橋機(jī)下部支撐結(jié)構(gòu)由前輔助支腿、兩個(gè)中支腿和后輔助支腿組成；架橋機(jī)可在后輔助支腿上面滑行,后輔助支腿亦可在梁面走行；架橋機(jī)上部設(shè)有60 t起重天車一臺(tái),其下配有回轉(zhuǎn)吊具一個(gè),如圖2所示.

圖2 架橋機(jī)總圖Fig.2 The layout ofbridge erection machine

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的架橋機(jī)對(duì)稱,可正反向施工,滿足各種跨度.其起重天車可過大折線,其吊具可±180°旋轉(zhuǎn),雙向調(diào)整度4%.并在主箱梁內(nèi)外側(cè)安裝吊掛縱梁,內(nèi)外側(cè)均可懸掛箱梁.采用長(zhǎng)吊桿設(shè)計(jì),緩解了梁體張拉對(duì)邊吊桿的影響.針對(duì)項(xiàng)目中較多的緩和曲線段,架橋機(jī)鋼梁間設(shè)計(jì)有3個(gè)平鉸,均可轉(zhuǎn)動(dòng)12°,且中支腿及前、后輔助支腿的臺(tái)車均可實(shí)現(xiàn)12°的平轉(zhuǎn)功能,兩榀主框架間無任何橫聯(lián),依次來實(shí)現(xiàn)小曲線的架設(shè).全部操作均可采用遙控完成,實(shí)現(xiàn)就近喂梁,操控性強(qiáng).架橋機(jī)施工狀況,如圖3所示.

圖3 TP35m/60t（650）架橋機(jī)施工狀況Fig.3 The construction ofTP35m/60t（650）bridge erectingmachine

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

（1）橋梁跨度：25 m,28 m,29 m,30 m,31 m,33 m,35 m；

（2）最大跨質(zhì)量：≤650 t；

（3）節(jié)段塊質(zhì)量：≤60 t；

（4）喂梁方式：橋面下及橋面后喂梁兼顧,曲線梁段及雙室梁段只可橋面下喂梁；

（5）運(yùn)梁車高度：≤1 100 mm；

（6）整機(jī)裝機(jī)容量：200 kW；

（7）架橋機(jī)縱向抗傾覆系數(shù)≥1.5；

（8）架橋機(jī)橫向抗傾覆系數(shù)≥1.5；

（9）整機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)；

（10）天車最大橫向調(diào)整距離：±1 200 mm；

（11）天車吊具調(diào)整功能：±180°回轉(zhuǎn),雙向±4%坡度液壓調(diào)整；

2.3 工作原理

先移動(dòng)架橋機(jī)起重天車至靠近第一榀梁段上方,將天車上的主吊具與第一榀梁的懸掛吊具用銷軸連接,提起梁段并松動(dòng)懸掛吊桿.調(diào)整箱梁標(biāo)高、平面位置及縱、橫坡,使之符合線型控制精度要求.使吊具保持縱、橫坡不變,提升梁段到一定高度,人工涂抹環(huán)氧黏結(jié)劑,將梁段與墩頂梁精確拼接,張拉第一梁段與墩頂梁段之間的臨時(shí)預(yù)應(yīng)力.再重新安裝第一榀梁段的懸掛吊桿,將該梁段吊掛于架橋機(jī)主桁架上,解除第一榀梁天車主吊具,重復(fù)以上步驟,直至完成整跨梁段的拼裝.此時(shí)安裝濕接縫定位骨架和模板,并穿入體內(nèi)索預(yù)應(yīng)力筋,安裝濕接縫預(yù)應(yīng)力連接管和模板,澆筑濕接縫混凝土,施加體外永久結(jié)構(gòu)合攏預(yù)應(yīng)力,完成整跨橋跨的施工.整個(gè)施工步驟如圖4所示.

圖4 節(jié)段拼裝架橋機(jī)作業(yè)流程Fig.4 The operation process ofsegmental bridge erectingmachine

3 架橋機(jī)主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

架橋機(jī)所有板材全部采用Q345b,所有型材全部采用Q235b.

3.1 前輔助支腿

前輔助支腿主要由下橫梁、伸縮系統(tǒng)、平轉(zhuǎn)系統(tǒng)和鎖定小梁等4大部分組成.其功能是在架橋機(jī)倒運(yùn)支腿工況時(shí),起到臨時(shí)支撐的作用.前支腿安裝在主桁前端,在架橋機(jī)走行時(shí)將前支腿支撐在前方墩頂并起頂主桁,以方便中支腿的滑移和安裝.設(shè)計(jì)采用的平轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括有上旋轉(zhuǎn)架和下旋轉(zhuǎn)架兩部分,上、下旋轉(zhuǎn)架通過中間的定位鉸軸既將兩者聯(lián)成一體,還可以相對(duì)整體平轉(zhuǎn)12°.鎖定小梁的作用一是將前輔助支腿和導(dǎo)梁通過高強(qiáng)度精軋螺紋鋼筋有效的鎖定成為一個(gè)整體,使其受力可靠；作用二是這種聯(lián)接方式可使前輔助支腿無級(jí)變跨.前輔助支腿如圖5所示.

圖5 前輔助支腿截面Fig.5 The sectional drawingoffront supportingleg

3.2 中支腿

中支腿橫梁總長(zhǎng)14 000 mm,中分為兩段,橫梁上部鋪設(shè)有3 mm厚的不銹鋼板作為臺(tái)車的橫移軌道,可供臺(tái)車橫移距離±2 800 mm,以適應(yīng)架橋機(jī)曲線過孔.橫梁下部對(duì)稱安裝有4個(gè)升降油頂,支撐在墩頂塊上,油頂橫向相距4 500 mm/7 500 mm,縱向相距950 mm.橫梁還設(shè)計(jì)有錨固結(jié)構(gòu),以保證中支腿橫向及縱向的穩(wěn)定性.中支腿如圖6所示.

圖6 中支腿截面Fig.6 The sectional drawingofintermediate leg

3.3 后輔助支腿

后支腿橫梁全長(zhǎng)15600mm,上部有供臺(tái)車車輪走行的軌道,可以保證臺(tái)車在橫梁上橫移距離±3800 mm,以適應(yīng)架橋機(jī)曲線縱移過孔.橫梁下部還設(shè)計(jì)有伸縮系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和錨固裝置.其中,伸縮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式和前支腿相同,走行系統(tǒng)僅供自身空載走行,走行軌道為P24,錨固裝置利用節(jié)段塊的吊點(diǎn)孔進(jìn)行錨固.厚輔助支腿如圖7所示.

圖7 后輔助支腿截面Fig.7 The sectional drawingofbehind supportingleg

3.4 配重系統(tǒng)

配重系統(tǒng)的功能是在架橋機(jī)曲線過孔時(shí)平衡主框架橫向穩(wěn)定性.曲線過孔前將配重系統(tǒng)安裝在每榀主框架的外弧側(cè),過孔完畢后,將其拆除.安裝及拆除動(dòng)力均來自于天車的5 t電動(dòng)葫蘆.配重系統(tǒng)包括配重架和配重混凝土塊兩部分.每榀主框架的配重側(cè)共計(jì)6塊配重混凝土塊,每塊由兩個(gè)配重架支撐.總共有12塊配重塊和24個(gè)配重架.

3.5 鋼箱主梁

鋼箱主梁采用箱梁結(jié)構(gòu)型式,制造工藝成熟且再利用率高.材質(zhì)為Q345B,總高2 566 mm,軌道中心寬為1 600 mm,長(zhǎng)度40 000 mm,主梁分為4個(gè)節(jié)段,每個(gè)節(jié)段均為10 000 mm.鋼箱主梁的中間接頭為平轉(zhuǎn)接頭,可以平轉(zhuǎn)12°,其動(dòng)力來自于主梁平轉(zhuǎn)油缸,平轉(zhuǎn)完成后,可以由螺桿銷?。黄渌宇^為栓接接頭,均采用8.8級(jí)承壓型螺栓連接.

3.6 鋼桁導(dǎo)梁

鋼桁導(dǎo)梁分為前導(dǎo)梁和后導(dǎo)梁兩部分,前、后導(dǎo)梁的結(jié)構(gòu)型式完全相同,對(duì)稱布置.采用三角形桁架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)重量輕巧.弦桿為板材（Q345B）拼焊的工字梁,腹桿為槽鋼（Q235B）扣成的箱形桿件.在桁架的上弦平面和下弦平面都安裝有走臺(tái),方便施工.導(dǎo)梁根部接頭為平轉(zhuǎn)接頭,可以平轉(zhuǎn)12°.其結(jié)構(gòu)型式與主梁中間接頭完全相同,導(dǎo)梁的其他接頭為銷接接頭.

4 計(jì)算分析

4.1 荷載計(jì)算

（1）架橋機(jī)自重：130 t；導(dǎo)梁：45 t；配重：50 t（配重僅在曲線橋施工過孔時(shí)安裝使用）；液壓及其他：15 t；考慮自重振動(dòng)載荷后為（130+45+15）1.05=200 t.故主梁自重取150 t/40 m=3.75 t/m,導(dǎo)梁自重取50 t/42 m=1.2 t/m.

（2）直線橋混凝土梁段自重：主梁懸掛施工時(shí)共懸掛16個(gè)節(jié)段,取最大設(shè)計(jì)懸掛為650 t進(jìn)行計(jì)算,重量為[650 t（最大懸掛重量）+65 t（吊具）+20 t（附屬結(jié)構(gòu)）]=735 t,故載荷重量取735 t/32.5 m=22.6 t/m；曲線橋混凝土梁段自重：主梁懸掛施工時(shí)共懸掛16個(gè)節(jié)段,取最大設(shè)計(jì)懸掛為400 t進(jìn)行計(jì)算,重量為[400 t（最大懸掛重量）+65 t（吊具）+20 t（附屬結(jié)構(gòu)）]=485 t,故載荷重量取485 t/32.5 m=15 t/m.

（3）風(fēng)荷載.架梁狀態(tài)：按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB3811-2008）[11]風(fēng)力系數(shù)C取1.85,擋風(fēng)折減系數(shù)η取0.16；過孔狀態(tài)風(fēng)載：按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB3811-2008）[11]在7級(jí)以內(nèi)才允許過孔時(shí)的計(jì)算風(fēng)壓為150 Pa.

4.2 施工荷載工況

由于澳門輕軌IS20段各聯(lián)各跨的跨度和跨內(nèi)重量各不相同,而且其曲線半徑亦不相同,因此,為了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,以各聯(lián)為基準(zhǔn),架橋機(jī)對(duì)橋的作用力為每聯(lián)各施工工況中最大的作用力.直線橋施工工況和曲線橋施工工況,分別如表1和表2所示.按設(shè)計(jì)圖紙對(duì)TP35m/60t（650）架橋機(jī)設(shè)計(jì)工況進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算方法為容許應(yīng)力法.計(jì)算中首先對(duì)架橋機(jī)施工的幾個(gè)主要受力工況進(jìn)行整體計(jì)算；其次,進(jìn)行主要部件的受力檢算.

表1 直線橋施工工況及荷載組合Tab.1 The construction condition and load combination ofstraight line bridge

表2 曲線橋施工工況及荷載組Tab.2 The construction condition and load combination ofcurve bridge

4.3 計(jì)算結(jié)果

主要桿件計(jì)算結(jié)果如表3所示.通過計(jì)算可知,各構(gòu)件的受力均滿足要求.

表3 桿件計(jì)算結(jié)果Tab.3 The calculation results ofbar

5 小結(jié)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)的TP35m/60t節(jié)段拼裝架橋機(jī)結(jié)構(gòu)合理,可滿足各種跨度的要求.通過對(duì)拼裝式架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析,該架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)完全可以滿足施工的要求,桿件應(yīng)力及梁撓度均滿足規(guī)范要求.在架橋機(jī)鋼梁間設(shè)計(jì)了3個(gè)平鉸,均可轉(zhuǎn)動(dòng)12°,走行平順,操縱方便,安全可靠.

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（責(zé)任編輯：盧奇）

Construction technique research of TP35m/60t bridge-erector for the elevated railway in Macao

LI Wenshang1,JIAO Yufeng2,WANG Wenjing2,LIANG Bin2
（1.China Railway15th Construction Bureau Group Corporation,Shanghai 200070,China；2.Civil EngineeringSchool,Henan UniversityofScience and Technology,Luoyang471023,China）

Taking Macao light railway viaduct as an instance,the composition,technical conditions,operating procedure and the overall structure design of TP35m/60t bridge-erector were surveyed.According to the constructions characteristics of the short-line match precast of box girder segments,the finite element model of the assembling bridge-elector was created.The results indicated that torsion,the structure of the bridge-elector could completely meet the requirements of construction.Three flat hinges were designed with rotating,that can reach the purpose of walks steadily,manipulation convenient,and safety-operation.Through the analysis of the structure design and the discussion of construction process,which can provide reference for the future design of the same kind of settled.

elevated railway；assembling bridge-erecter；structure；design；construction

U445.36

A

1008-7516（2016）03-0072-07

10.3969/j.issn.1008-7516.2016.03.016

2016-03-20

河南省科技廳產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目（2015HNCXY011）

李文尚（1984―）,男,陜西西安人,工程師.主要從事路橋工程施工研究.