東莞地鐵R2線高架橋用DP50/30型節(jié)段拼裝架橋機的研制與應用

代 宇 周治國 陳德利

(鄭州新大方重工科技有限公司 河南鄭州 450064)

法國學者E.Freyssinet在1945～1948年首次采用預制節(jié)段施工法進行預應力混凝土橋梁施工，使預應力技術得到更大發(fā)展[1-4]。我國改革開放后，國外先進技術得到國內(nèi)工程技術人員的接受和推崇，文明、環(huán)保、社會效益好的施工理念也受到政府的青睞。預制節(jié)段拼裝施工技術、體外預應力技術和先進架橋設備技術的完善和標準化，使我國預制節(jié)段拼裝施工技術得到創(chuàng)新發(fā)展和廣泛應用，尤其是在國內(nèi)的一些發(fā)達城市被率先應用，如上海瀏河大橋[5]、廣州地鐵4號線[6]高架橋部分。

1 項目概況

東莞市城市快速軌道交通R2線2312標區(qū)間高架段在線路升出地面后，沿S256路中南行，與S256規(guī)劃的白濠立交并行780 m后，在東莞虎門站前斜跨S256和穗莞深城際軌道交通左線隧道，下穿廣深港客運專線鐵路橋后到達虎門站，站后沿S256路側(cè)設站后折返。標準雙線簡支梁設計跨度為25 m和30 m，支座中心距梁端0.55 m，梁體頂寬均為9.2 m，梁高均為1.8 m，腹板為斜腹板，其傾斜度為1∶3.421。標準節(jié)段長度為2.5 m，最大單塊重量60 t?？缍?5 m梁共10段，總重約400 t；跨度30 m梁共12段，總重約500 t。

2 架橋機組成及施工原理

架橋機主梁兩跨式布置[7]，設置支腿4套，分別為1號腿、2號腿、3號腿及4號腿，其中1、2號支腿墩頂站位，3、4號支腿橋面站位，另在兩條箱梁腹內(nèi)布置起重天車一套，主梁上方布置端吊掛2套(前、后兩端)、中吊掛10套(見圖1)。

圖1 架橋機總體組成

2.1 主要技術參數(shù)

跨度：30 m

最大節(jié)段塊重量：50 t

整孔重量：500 t

線路縱坡：2%

最小平曲線半徑：600 m

喂梁方式：橋下、橋面

通過限高高度：5.3 m

返向施工：有(架橋機橋面自行調(diào)整實現(xiàn))

2.2 施工原理

2.2.1 架梁

由2、3號支腿支撐橋機及混凝土梁荷載，2號支腿墩頂站位，3號支腿在橋頭站位，運梁車按施工組織逐塊將節(jié)段塊運至施工跨下，由天車依次提梁，并將荷載轉(zhuǎn)移至中、端吊掛上(吊掛高度位置如圖1所示)，所有節(jié)段塊吊裝完成后進行節(jié)段塊之間的預拼、涂抹環(huán)氧樹脂、臨張、終張等各個工序[8-9]，最后由兩端吊掛將張拉完成的簡支箱梁下落至墩頂完成一孔梁的施工架設。

步驟一：架橋機依次提起各個節(jié)段，調(diào)整各節(jié)段姿態(tài)，涂抹環(huán)氧樹脂、臨時張拉后整孔張拉成橋(見圖2)。

圖2 步驟一

步驟二：利用端吊掛落梁到位，架橋機具備過孔條件，各支腿轉(zhuǎn)換為過孔模式(見圖3)。

圖3 步驟二

2.2.2 過孔

架橋機過孔過程無需橋面鋪設軌道，由2、3號支腿上方與主梁相接觸的托輥機構(gòu)推動主梁縱移過孔，過程中需要由1、4號支腿分別在墩頂及橋面輔助支撐用于2、3號支腿的位置倒換。

步驟一：脫空架橋機4號支腿，2、3號支腿推動架橋機向前縱移，1號支腿到達前方墩頂位置后支撐1、4號支腿，天車縱移至3號支腿上方(見圖4)。

圖4 步驟一

步驟二：4號支腿利用橋面鋼筋布置錨索，脫空3號支腿，天車提起3號支腿向前縱移一跨，到達下一施工位支撐(見圖5)。

圖5 步驟二

步驟三：天車縱移至2號支腿上方并與其可靠連接，脫空2號支腿后，天車攜2號支腿向前縱移穿過1號支腿至前方墩頂支撐站位(見圖6)。

圖6 步驟三

步驟四：拆除4號支腿錨索，脫空1、4號支腿，利用液壓系統(tǒng)橫向打開1號支腿下方橫梁避開2號支腿，架橋機在2、3號支腿的推動下再次整機縱移至下一施工位，安裝2、3號支腿與主梁間的錨固裝置，架橋機準備提梁(見圖7)。

圖7 步驟四

3 項目施工難點

由于本項目位于市區(qū)省道路中，施工條件復雜，架橋機設計過程中存在諸多難點，而其中最為突出的幾點如下：

(1)城市軌道交通高架橋梁，橋梁預留鋼筋密集，無法鋪設橋面軌道。

(2)墩頂幾何尺寸小，支腿與墩頂無錨固位置。

(3)根據(jù)施工組織要求，要求架橋機具備反向施工功能，由于施工線路位于S256公路路中，兩側(cè)車流量極大，無法配置輔助吊裝設備輔助橋機調(diào)頭，故要求架橋機能夠完全自助實現(xiàn)施工方向的調(diào)整。

(4)本項目線路下穿廣深港客運專線鐵路橋，既有橋底面與本線路橋面間高度5.3 m，架橋機正常施工高度為8.2 m，為此，要求架橋機能夠自行降低2.9 m通過該限界，并自行恢復正常施工狀態(tài)。

4 關鍵技術

施工橋梁為城市地鐵高架橋，處在省道中間，路面交通繁忙，橋梁自身存在橋面鋼筋密集、墩頂幾何尺寸小支腿站位困難等特點，同時根據(jù)施工組織及道路保通要求，架橋機需要自行調(diào)頭、通過限高。如何克服這些客觀存在的限制條件，同時保證施工效率及人、機安全成為架橋機設計成敗的關鍵。

4.1 支腿橋面站位

橋梁上平面預留有密集的軌道安裝用鋼筋，架橋機3、4號支腿橋面支撐位置主動避開了橋面鋼筋，對橋面影響降至最低；另外，架橋機過孔無法在橋面鋪設軌道，為此橋機在2、3號支腿上方布置托輥[10]，主梁下方布置托輥運行軌道(矩形鋼板)，架橋機利用托輥推動架橋機縱移過孔。

4.2 支腿墩頂站位

橋梁為簡支架設，墩頂幾何尺寸小，無法滿足1、2號支腿同時在墩頂前半部分站位，為此橋機設計1、2號支腿過孔過程中分別在墩頂后、前方站位。1號支腿為矩形結(jié)構(gòu)(見圖8)，凈空滿足2號支腿通過；下方橫梁可橫向打開，可在2號支腿支撐時縱向穿過達到架橋機支腿墩頂站位的需求。2號支腿作為架梁承載及過孔動力來源，其自身的穩(wěn)定性至關重要，由于墩頂位置空間小，無法設置有效錨固裝置，2、3號支腿推動主梁縱移過程中如出現(xiàn)速度偏差，亦會導致2號支腿傾翻，為此將2號支腿設計為三角形結(jié)構(gòu)(見圖9)，保證其架梁工況下的自身穩(wěn)定，同時在其前方斜撐桿的上下兩端布置軸銷式載荷限制器，過孔過程中如2、3號支腿托輥速度不一致，軸銷式載荷限制器承載，荷載在允許范圍內(nèi)時架橋機繼續(xù)過孔，如超過設計范圍則自動報警直至自動停機以保證設備安全。

圖8 1號支腿通過2號支腿

圖9 2號支腿

4.3 架橋機反向施工

根據(jù)施工組織需要，要求架橋機能夠?qū)崿F(xiàn)反向施工，在調(diào)整施工方向時，由于道路保通要求，無法利用輔助吊機配合，為此，架橋機主框架設計為縱橫向全對稱結(jié)構(gòu)[11]，1、4號支腿除1號腿下橫梁外結(jié)構(gòu)型式全部一致，調(diào)整施工方向前架橋機退至已架好的梁面上，1、4號腿支撐，布置錨索，2、3號支腿可在1、4號支腿支撐時，利用天車將其相對位置進行倒換并旋轉(zhuǎn)180°實現(xiàn)架橋機反向施工(見圖10)。

圖10 架橋機反向施工示意

4.4 架橋機通過限高

為滿足架橋機通過限高要求，架橋機起升天車布置在主梁巷內(nèi)，有效壓縮了整機高度，利用天車吊具配合手動穿心頂調(diào)整各節(jié)段姿態(tài)，顯著降低了吊具高度(傳統(tǒng)吊具是利用旋轉(zhuǎn)吊具下布置調(diào)整油缸)，另外在架橋機通過限高前，架橋機橋面站位后，在1、4號支腿布置錨索[12]，利用天車拆除2、3號支腿托輥以下的支撐結(jié)構(gòu)(拆除部分在主梁下妥善布置)，利用1、4號支腿作為升降架降低、升高整機高度，實現(xiàn)架橋機通過限高并在通過限高后恢復架梁高度(見圖11)。

圖11 架橋機通過限高現(xiàn)場照片

5 結(jié)論

本架橋機在東莞地鐵R2線應用后，同類型架橋機又在上海地鐵5#號線[13-14]、廣州地鐵14#號線等項目上應用，充分體現(xiàn)了本機型的安全性、通用性等特點。

隨著節(jié)段拼裝工法從沿海發(fā)達城市到內(nèi)陸的不斷推廣(南昌市政高架、鄭州四環(huán)高架等)，對應工法的節(jié)段拼裝架橋機需求量將不斷加大，而本機型將為后續(xù)節(jié)段拼裝架橋機的設計、制造提供強有力的理論支持及實踐。