鋼桁梁小間距下穿城市高架 SPMT 工法應(yīng)用研究

丁向兵（中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司，上海 201713）

1 工程背景

上海虹梅南路—金海路通道工程（虹梅南路段）高架工程全長 10.89 km。工程受上下立交凈空影響，275 m主跨鋼桁梁施工，成為虹梅南路全線的重點(diǎn)、難點(diǎn)控制性工程。因 S32 高架及地面輔路已建成通車，根據(jù) S32 設(shè)計(jì)資料，對既有 S32 橋梁結(jié)構(gòu)和地面道路標(biāo)高進(jìn)行測量后發(fā)現(xiàn)，虹梅南路范圍內(nèi) S32 梁底標(biāo)高最低處 15.07 m，地面道路標(biāo)高最高處 5.09 m，凈空高度約 10 m，除去地面道路凈空 5 m 和虹梅南路高架凈空 4.5 m 后，剩余高度僅 0.5 m 左右。由于空間受限，所以只能采用下承式鋼桁梁結(jié)構(gòu)，而且鋼桁梁無上平聯(lián)，為開口式。

根據(jù)施工現(xiàn)場建設(shè)條件，本工程高架橋受現(xiàn)狀空間結(jié)構(gòu)物制約，鋼桁梁無法在原位拼裝，所以預(yù)制場地選擇在路口南北兩個(gè)相鄰跨中墩柱設(shè)計(jì)標(biāo)高較低的一側(cè)，即鋼桁梁第二跨作為進(jìn)行預(yù)制拼裝場地，可以保證鋼桁梁在架設(shè)初期在較低的標(biāo)高上，同時(shí)合理選擇鋼桁梁架設(shè)工程中的臨時(shí)支撐位置，使鋼桁梁在頂升脫離胎架時(shí)，通過支撐體系改變鋼梁結(jié)構(gòu)受力變形，優(yōu)化架設(shè)姿態(tài)，為鋼梁架設(shè)創(chuàng)造有利條件。在架設(shè)前需精確測量地面道路、鋼桁梁、上跨橋梁、下部墩柱等處的標(biāo)高，分析演示各運(yùn)輸工況下的相互間的相對位置，確?？臻g的滿足、不產(chǎn)生交叉干涉。

2 SPMT 快速架設(shè)鋼桁梁工法

2.1 SPMT 解決方案

根據(jù)模擬工況，設(shè)定架梁行走線路，采用 4 輛 SPMT 在設(shè)定的支點(diǎn)位置，將第三跨鋼桁梁頂起至計(jì)算好的高度，再脫離鋼梁胎架。通過前期數(shù)據(jù)采集和工況模擬建立架設(shè)監(jiān)控指揮系統(tǒng)，配備 6 臺自行式登高車實(shí)時(shí)監(jiān)控，指揮 SPMT 通過多工況行走和高精度三維姿態(tài)調(diào)整避讓立體空間結(jié)構(gòu)物，勻速向第三跨位置縱移，順利通過最不利工況（與 S32 高架最小間距 14 cm，與下部墩柱最小間距 8 cm）。到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，將鋼桁梁緩慢落下至立柱頂高阻尼抗震支座上。安裝就位后，SPMT 平板車下降車身脫離鋼桁，退出至原位，恢復(fù)交通。

2.2 SPMT 基礎(chǔ)部件

整個(gè)架設(shè)過程的關(guān)鍵工序是鋼桁梁的運(yùn)輸，運(yùn)輸過程的順利進(jìn)行得益于 SPMT 的運(yùn)用。SPMT 是一種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板拖車，可以根據(jù)裝載貨物的不同需求被配置成各種結(jié)構(gòu)、尺寸和重量。SPMT基礎(chǔ)部件是一個(gè) 4 軸線或 6 軸線的模塊組以及一個(gè)動(dòng)力頭，如圖1 所示。SPMT 實(shí)物圖，如圖2 所示。

圖1 SPMT 4 軸線和 6 軸線模塊組效果圖

圖2 SPMT 實(shí)物圖

2.3 SPMT 性能特點(diǎn)

（1）單位面積的承載能力高。適合于集中載荷較大的貨物運(yùn)輸。平臺車承載能力達(dá) 10 t/m2，軸載能力為 40 t。

（2）平臺寬度窄。W= 2.43 m 適用于集裝箱運(yùn)輸。

（3）模塊化設(shè)計(jì)?？筛鶕?jù)貨物特征（噸位、外型尺寸等）進(jìn)行任意組合并車，設(shè)備利用率高。

（4）電控多模式獨(dú)立轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向模式多，機(jī)動(dòng)靈活，通過性好。

（5）驅(qū)動(dòng)行走平穩(wěn)可靠。采用變量泵、變量馬達(dá)組成的閉式靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

（6）承載能力強(qiáng)。每軸線額定承載能力為 40 t，組合并車后最大運(yùn)輸載荷可達(dá) 6 萬 t。

SPMT 的牽引力是由液壓馬達(dá)提供的，液壓馬達(dá)的動(dòng)力是由置于設(shè)備末端的動(dòng)力頭提供。這就保證了SPMT 擁有出色的牽引力以及緊湊的布局結(jié)構(gòu)。SPMT 每一軸線都是在主控程序的精確控制下執(zhí)行各種動(dòng)作并實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)（如移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、升降等），不僅具備良好的操控性，同時(shí)還可以完成傳統(tǒng)拖車（如運(yùn)梁車等）無法完成的動(dòng)作，如輕松地原地調(diào)頭、橫向平移、繞中點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。SPMT的載重平臺可以通過懸掛系統(tǒng)進(jìn)行升降以便裝卸貨物并保持平臺的水平姿態(tài)。

SPMT 6 軸線平板車的規(guī)格參數(shù)如下：長×寬×高＝8400 m × 2430 mm×（1200～1800）mm，每軸線荷載為 40 t，每軸線自重為 4 t，每軸線實(shí)際荷載為 36 t，6 軸線實(shí)際荷載為 216 t。

2.4 SPMT 穩(wěn)定性

通常來說，需要平移的貨物的體積與質(zhì)量都非常大。這就意味著為貨物創(chuàng)造出最佳的穩(wěn)定性是非常重要的。要想達(dá)到上述的穩(wěn)定性，則需要采取一些技術(shù)措施。 液壓分組穩(wěn)定性背后的理論依據(jù)是不斷地嘗試去創(chuàng)造出 3 個(gè)支撐點(diǎn)（就好比椅子之所以可以站立不倒就是因?yàn)橛?3 個(gè)支撐點(diǎn)的保證）。3 點(diǎn)支撐原理在 SPMT 設(shè)備上的應(yīng)用可以被理解為是將所有車輪架分為 3 個(gè)小組，每組的所有車輪架都連接在同一個(gè)液壓系統(tǒng)上，而液壓油可以在各個(gè)車輪架之間不停地流動(dòng)；同時(shí)還必須通過縝密的計(jì)算來決定所有車輪架的分組方式。

2.5 懸掛介紹

懸掛由懸掛架、平衡臂、懸掛油缸和車軸組成。車軸又分為驅(qū)動(dòng)軸、制動(dòng)軸和從動(dòng)軸。懸掛架和平衡臂之間采用單作用液壓缸支撐，且油缸的行程達(dá) 600 mm。同時(shí)所有的懸掛油缸可以根據(jù)重心在車板的相對位置進(jìn)行分區(qū)編組，保證了同一區(qū)的懸掛壓力相同，這樣就實(shí)現(xiàn)了載荷的均布。車軸懸掛系統(tǒng)，如圖3 所示。

圖3 車軸懸掛系統(tǒng)

由于采用了模塊化組合的拼接車組的方式，使得車組在滿載的條件下對地壓力仍舊 ＜ 10 t/m2，實(shí)現(xiàn)對集中載荷的擴(kuò)散。

2.6 同步控制

所有車組并車后由一個(gè)遙控器控制，每組單元模塊車的驅(qū)動(dòng)軸均設(shè)有速度傳感器，其整車速度的平均值發(fā)送到并車CAN 總線上，以便于和其他車輛的速度進(jìn)行比較。取每個(gè)車的平均值后，再調(diào)整每個(gè)車的行駛驅(qū)動(dòng)電控變量泵，使各車的行駛速度趨于平均值，從而實(shí)現(xiàn)同步控制。

2.7 水平面調(diào)節(jié)

SPMT 在軸線內(nèi)部裝配了嵌入式的液壓油缸。這些油缸都可以被連接到各個(gè)液壓分組中，操作手只需使用一個(gè)遙控器就可以輕松完成對整個(gè)系統(tǒng)的升降（任意組合方式、任意數(shù)量）；因?yàn)橐簤焊资桥c液壓分組相連接的，油壓缸與液壓分組的壓力是相同的，因此即便要對某一軸進(jìn)行升降，其液壓力仍然將與液壓分組中的壓力相同。這就使 SPMT 能夠輕松地在起伏路面上行駛而不會(huì)出現(xiàn)局部失壓或故障的現(xiàn)象，如遇路面不平，某些軸系將失壓或增壓。此時(shí)軸線內(nèi)部裝配液壓油缸通過升高或降低的自調(diào)整，使貨物的下平面保持水平。

因此只要保持路面平整，并高差保持在 600 mm 以內(nèi)，SPMT 便可以通過自有的懸掛行程來調(diào)整，使車板始終保持水平狀態(tài)。

3 SMPT 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

為了更直觀地展示 SMPT 施工的具體步驟，構(gòu)建了SMPT 的施工工藝流程圖，如圖4 所示。

圖4 施工工藝流程圖

3.2 施工操作要點(diǎn)

（1） 支撐點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)措施。鋼桁梁主體由 3 片桁架主梁和主梁之間的橋面板組成，3 片桁架主梁作為主受力結(jié)構(gòu)，但實(shí)際支撐點(diǎn)只能設(shè)置在 2 片桁架之間的橋面板下部，才能保證平板車運(yùn)輸行進(jìn)路線暢通。為此，需在支撐點(diǎn)處增加補(bǔ)強(qiáng)措施，將支點(diǎn)受力傳遞至桁架主梁上，才能保證運(yùn)輸過程安全可靠。支點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)措施如下：將平板車支點(diǎn)位置的橫梁底板加寬，橫梁底板與橋面板之間設(shè)置 20 mm 厚的加勁肋，左右各 2 道。同時(shí)設(shè)置加強(qiáng)縱梁，結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)小縱梁相同，腹板板厚 16 mm，底板板厚 20 mm。

（2） 防變形措施。整跨鋼桁梁在運(yùn)輸過程中，因?yàn)槭芰χc(diǎn)的改變，可能會(huì)導(dǎo)致桁架變形，為防止桁架變形，在上弦位置設(shè)置工字鋼支撐桿，支撐桿布置在轉(zhuǎn)運(yùn)車支墩位置，共布置 4 道；在橋面上設(shè)置下部補(bǔ)強(qiáng)。

（3）運(yùn)輸過程高度控制。為了確保平移過程中不與S32 高架橋和 ZX301、ZX302 墩柱發(fā)生干涉，采取后裝ZX301墩支座的措施，待運(yùn)輸?shù)轿缓罄^續(xù)往 ZX302墩柱方向前行一段距離，直到鋼桁梁后端駛過 ZX301 墩，再安裝ZX301 墩的支座，安裝完成后，運(yùn)輸車再倒退行駛至準(zhǔn)確位置就位。

3.3 施工準(zhǔn)備

（1）排查第三跨鋼桁梁運(yùn)輸路線的路面情況，對路基不實(shí)的部位，換填夯實(shí)，并用混凝土填筑，對坑洼較大的地方，用鋼板鋪墊，保證平板車運(yùn)輸過程中不會(huì)產(chǎn)生顛簸。

（2）采用全站儀和水準(zhǔn)儀復(fù)測拱角中心坐標(biāo)、標(biāo)高、軸線偏移值等，確保無誤。

（3）組裝好 SMPT 平板車后，需試運(yùn)行一段距離。

（4）安裝好支撐架模塊，與平板車固定牢固。

（5）登高車和汽車吊就位。

（6）準(zhǔn)備好圍擋和水馬，開始架設(shè)時(shí)，快速疏導(dǎo)交通。

（7）準(zhǔn)備好支座和支座灌漿料，架設(shè)過程中能迅速安裝。

3.4 架設(shè)步驟

（1）在第二跨鋼桁梁位置吊裝拼接第三跨鋼桁梁，待復(fù)核驗(yàn)收后，準(zhǔn)備運(yùn)輸架設(shè)。

（2）SMPT 行駛通道 3 m，地面壓實(shí)整平，地耐力 10 t/m2，根據(jù)配車方案擺放運(yùn)輸支撐結(jié)構(gòu)在 SMPT 上后，從行車通道進(jìn)車。

（3）SMPT 就位后通過車身的液壓頂升功能將鋼桁梁整體從臨時(shí)支架轉(zhuǎn)移至 SMPT 上。

（4）SMPT 裝載著鋼桁梁向安裝點(diǎn)平移。

（5）受墩柱及放鶴路高架橋的標(biāo)高限制，ZX301 的支座后裝，平移時(shí)超出 ZX302 立柱 4 m 后安裝支座，安裝ZX301 支座完畢后，鋼桁梁整體往回平移 3.627 m 后，通過SMPT 多功能轉(zhuǎn)向模式調(diào)整鋼桁梁的安裝位置并下落就位。

4 質(zhì)量保證措施

（1）吊裝拼接過程質(zhì)量控制措施：① 按照規(guī)范和設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制各構(gòu)件板塊之間的平整度、焊縫寬度；② 測量上控制平面軸線、縱面高程；③ 嚴(yán)格控制焊縫的質(zhì)量，焊縫探傷檢驗(yàn)取樣為 100%；④ 防變形措施按照方案施工，工字鋼與鋼桁梁之間焊接牢固。

（2）運(yùn)輸過程質(zhì)量控制措施：① 平板車上的支撐架與平板車之間要固定牢固；② 支撐架與鋼桁梁之間采用鏈條葫蘆拉緊；③ 運(yùn)輸車行駛路線路面壓實(shí)整平；④ 下穿 S32時(shí)，觀察員全程監(jiān)控鋼桁梁梁頂與 S32 梁底的間隙，防止發(fā)生碰撞。

（3）鋼桁梁就位質(zhì)量控制措施：① 技術(shù)人員控制安裝支座的精度；② 在支座與梁底楔形塊上畫好對中線，鋼桁梁就位時(shí)按照中線對位；③ 就位后，測量員及時(shí)觀測鋼桁梁跨中處的下?lián)隙仁欠穹显O(shè)計(jì)值。

5 效益分析

SPMT 快速架設(shè)鋼桁梁工法采用封閉交通 5 h 完成高架橋主跨鋼桁梁架設(shè)安裝，鋼桁梁的臨時(shí)支撐是模塊化組件，設(shè)置在 SMPT 上，省去了安裝、拆除工作程序，較常規(guī)分節(jié)段吊裝、拼接工法，節(jié)省 80 %安裝時(shí)間，而且對交通影響降至最低，保證了社會(huì)效益的最大化。SPMT 快速架設(shè)鋼桁梁工法采用在相鄰跨完成整體拼裝，節(jié)省在通行路口上分階段吊裝投入的臨時(shí)交通設(shè)施及安全措施費(fèi)用 30 萬元。采用SPMT 快速架設(shè)鋼桁梁工法，減少了路口的道路翻交、分段施工次數(shù)，提高了鋼桁梁的吊裝、焊接功效，并節(jié)約工期 2個(gè)月。

6 結(jié) 語

SPMT 快速架設(shè)鋼桁梁工法適用于下穿既有線路橋梁施工空間受限、下部地面道路與待架設(shè)梁體交叉、城市主干道交通組織困難、無法中斷既有道路通行現(xiàn)狀、對架設(shè)時(shí)間有限制的鋼桁梁施工項(xiàng)目。采用本工法進(jìn)行城市高架橋大跨徑鋼桁梁的安裝，鋼桁梁加工單元和成品段落在工廠內(nèi)加工完成后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行裝配，減少占用社會(huì)道路資源。通過調(diào)整鋼桁梁的常規(guī)吊裝、焊接、落架工藝順序，極大地提高了鋼桁梁的整體加工質(zhì)量和安裝精度。采用 SPMT 通過多工況行走及頂推姿態(tài)調(diào)整，避讓既有結(jié)構(gòu)物，在短時(shí)間內(nèi)迅速完成鋼桁梁架設(shè)，保證了下穿道路的交通不受影響，有效解決了城市交通繁忙地區(qū)及下穿既有結(jié)構(gòu)橋梁工程快速化施工的難題。施工實(shí)踐證明，SPMT 快速架設(shè)鋼桁梁工法對于鋼桁梁小間距下穿城市高架施工具有很大的功效，并且產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。這對其他梁體的架設(shè)和拆除施工也有參考和借鑒意義。