高空滑移安裝橋梁檢修車新技術(shù)

馬瓊鋒，李送根

(中交第二航務(wù)工程局有限公司 第六工程分公司，湖北 武漢 430014)

1 工程概述

廈漳同城大道三標(biāo)西溪主橋位于福建省龍海市，跨九龍江西溪，為獨(dú)斜塔扭背索斜拉橋，墩、塔、梁固結(jié)，跨徑組成為(88+200) m，如圖1所示。邊跨為混凝土結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)梁寬51 m，梁高4 m；主跨為單箱七室鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁寬47 m，梁高4 m，標(biāo)準(zhǔn)安裝節(jié)段長度12 m，吊重326.8 t。

圖1 西溪主橋橋型布置圖(單位：cm)

梁底檢修車從鋼箱梁中心線位置分左右幅設(shè)計(jì)，單臺檢修車長度為24.36 m，重量為9 t。單臺檢修車配兩條行走軌道，軌道間距13.9 m(圖2)。

2 方案比選

檢修車的常規(guī)安裝方法主要有兩種：整體提升法、葫蘆安裝法。

整體提升法是采用橋面吊機(jī)在橋面上整體起吊鋼箱梁節(jié)段和檢修車的施工方法。在寬闊的水面，通航等級滿足要求時，鋼箱梁節(jié)段和檢修車整體組裝好，通過大型船舶運(yùn)輸至施工橋位處，同時，由于鋼箱梁在上、檢修車在下，往往還需要在船舶甲板上設(shè)置擱置支架。到達(dá)橋位后，船舶在起吊正下方拋錨定位，橋面吊機(jī)整體提升鋼箱梁節(jié)段和檢修車，節(jié)段焊接好后，檢修車即安裝完成。該工程檢修車受航道等級低和上下游橋梁凈空的限制，無法將鋼箱梁節(jié)段和檢修車整體組裝運(yùn)輸進(jìn)場，該方法不適合。

圖2 鋼箱梁及檢修車結(jié)構(gòu)示意圖(單位：cm)

葫蘆安裝法是將鋼箱梁全部安裝完成后、再采用多個葫蘆組單獨(dú)安裝檢修車的施工方法。由于鋼箱梁節(jié)段已經(jīng)安裝到位，檢修車因體量、重量小而采用汽車分節(jié)陸運(yùn)至現(xiàn)場，利用駁船拼裝成整體，多個葫蘆組反拉起吊安裝(在鋼箱梁底設(shè)置反拉點(diǎn)耳板)。由于葫蘆的特點(diǎn)及其行程有限，采用該法的橋梁高度通常不是太高。該工程不但受潮汐影響，而且橋梁高度還較高，所以該方法也不適合。

結(jié)合橋位處的外部環(huán)境特點(diǎn)，研究采用檢修車高空滑移安裝法。其總體思路為：主跨鋼箱梁按照拼裝節(jié)段在廠內(nèi)加工完成后走水運(yùn)運(yùn)輸至橋下，檢修車分段汽車運(yùn)輸至橋位處橋面上。在橋面上將檢修車拼裝成整體后，利用兩臺200 t變幅式橋面吊機(jī)將其吊放下至已經(jīng)就位于橋下的鋼箱梁節(jié)段頂面。采取必要的措施固定好檢修車后，同樣利用橋面吊機(jī)整體提升檢修車和鋼箱梁節(jié)段，至檢修車高度到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，采取葫蘆反拉的方法將檢修車滑移至上一個已安裝梁段(檢修車頂部設(shè)置臨時軌道)，然后再繼續(xù)提升待安裝鋼箱梁段，最后完成安裝。檢修車安裝后，可作為后續(xù)節(jié)段的焊接操作平臺，方便施工。

幾種檢修車常規(guī)安裝方法從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、操作性、安全性等方面比選結(jié)果如表1所示。

表1 方案比選對比

3 理論分析計(jì)算

檢修車高空滑移安裝法的關(guān)鍵技術(shù)為滑移的實(shí)現(xiàn)。檢修車滑移前，鋼箱梁段與檢修車需要完全脫離，檢修車重量全部由高強(qiáng)螺栓和臨時固定型鋼承擔(dān)。

利用Midas建模分析計(jì)算，模擬滑移前的工況和計(jì)算滑移過程需要克服的摩阻力，選取合適的材料和葫蘆級別。通過計(jì)算，該項(xiàng)目使用4個1 t葫蘆，采用4組普通螺栓(單組4個)、4根20工字鋼45°角臨時焊接固定可滿足要求。不同的施工項(xiàng)目，施工前需針對各項(xiàng)目檢修車重量不同而進(jìn)行同樣的計(jì)算分析。

3.1 載荷及工況

3.1.1 載荷分析

(1) 支架自重(恒載)

支架本身重力荷載由有限元軟件自行處理，Midas程序運(yùn)行。

(2) 檢修車自重(活載)

單臺檢修車自重9 t，每臺檢修車由兩根軌道承受，考慮檢修車自身不均衡系數(shù)1.1，故單根軌道承受載荷為4.5×1.1=4.95 t。

3.1.2 工況分析

檢修車位于懸臂最遠(yuǎn)端工況進(jìn)行計(jì)算分析。

3.2 模型

根據(jù)檢修車結(jié)構(gòu)形式及軌道布置形式，經(jīng)過綜合對比分析選取單根軌道臨時支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析，軌道梁與斜拉桿之間連接模擬為鉸接。

3.3 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果[構(gòu)件(Q235B)]表明：

最大組合應(yīng)力：σmax=89.73 MPa<205 MPa。

因此，支架整體計(jì)算主要構(gòu)件強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.4 螺栓組計(jì)算

最不利工況支反力計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 支反力計(jì)算結(jié)果

綜上所述，螺栓組布置可以滿足要求。

4 現(xiàn)場實(shí)施步驟

該項(xiàng)目共16個鋼箱梁節(jié)段，1#、2#節(jié)段為起始段，采用空中軌道對接方法安裝檢修車時利用3#節(jié)段。運(yùn)輸船將3#梁段水運(yùn)就位于橋下停泊后，利用橋面吊機(jī)將檢修車下放至待吊3#梁段上；提升3#梁段，檢修車隨梁段一起提升至已安裝2#梁段下方；橋面吊機(jī)做變幅，使行走輪與軌道靠近，利用手拉葫蘆微調(diào)，進(jìn)行檢修車安裝。該方案不需要額外的大型起重設(shè)備，且可以利用待安裝鋼箱梁作為施工作業(yè)平臺；檢修車下放時需要手拉葫蘆輔助。

檢修車分節(jié)段運(yùn)輸至橋位后在已拼裝的懸臂前端進(jìn)行拼裝，單臺檢修車拼裝完成后，為便于吊裝，將兩臺檢修車先通過臨時連接段連接成整體形成對稱結(jié)構(gòu)再進(jìn)行整體吊裝。

4.1 檢修車下放

因吊裝幅度限制，此時橋面吊機(jī)無法垂直起吊，在橋面吊機(jī)底盤上設(shè)置吊耳，采用兩個5 t導(dǎo)鏈葫蘆及鋼絲繩等作為牽引索，將檢修車向底盤方向拉住，橋面吊機(jī)緩慢起升，待檢修車離地后通過放導(dǎo)鏈葫蘆，將檢修車向梁段外側(cè)釋放，待檢修車處于垂直位置后，松掉牽引用導(dǎo)鏈葫蘆，吊具繼續(xù)下放直至落于待吊裝的3#梁段頂面(靠岸側(cè)端)。

4.2 檢修車安裝

(1) 檢修車下放到待吊裝梁段頂面后，解除橋面吊機(jī)吊具與檢修車連接；將待接長的臨時軌道插入檢修車行走輪卡槽內(nèi)。接長的軌道伸出梁底長度不小于兩個行走輪間距。

(2) 將橋面吊機(jī)吊具與梁段吊耳連接，提升梁段至臨時軌道與永久軌道基本對齊。因梁段重心變化，需利用橋面吊機(jī)縱坡調(diào)節(jié)油缸調(diào)整梁段以盡量減小梁段縱坡，保證梁段平穩(wěn)。

(3) 通過橋面吊機(jī)變幅機(jī)構(gòu)微調(diào)軌道接縫間距，利用手拉葫蘆輔助進(jìn)行軌道精確對接。對位精確后將臨時軌道與梁底軌道連接座用高強(qiáng)螺栓固定。

(4) 在臨時軌道懸臂前端用型鋼與已安裝的2#梁段臨時固定，同時在梁底焊接掛耳，利用橋面吊機(jī)將3#鋼箱梁段稍下放，使其與檢修車脫離開。然后在掛耳和檢修車之間通過手拉葫蘆拖拉，將檢修車從臨時軌道移動到永久軌道。

4.3 解除連接件

檢修車安裝至行走輪全部移動至永久軌道后，在永久軌道端部安裝臨時止擋，然后拆除兩臺檢修車之間的臨時連接段和臨時軌道，完成檢修車安裝。

5 施工技術(shù)要點(diǎn)

(1) 在主梁上就位精準(zhǔn)度要求高

檢修車在主梁上的就位精準(zhǔn)度要求高，其位置是成功對接能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵性因素。在主梁上安裝好檢修車后，需經(jīng)過測量控制與驗(yàn)收程序，符合對接精準(zhǔn)度要求后方可起吊。同時，保證檢修車與主梁之間支墊的穩(wěn)定性。

(2) 橋面吊機(jī)變幅要求

橋面吊機(jī)必須能實(shí)現(xiàn)變幅，且滿足檢修車安裝所需的變幅要求，才能進(jìn)行此類方法的檢修車安裝。

6 結(jié)語

高空滑移安裝橋梁檢修車新技術(shù)，適用于水上受限條件下的檢修車安裝，在沙洲島特大橋西溪主橋主跨懸臂拼裝鋼箱梁檢修車的安裝中得到成功應(yīng)用。該工藝有效利用現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備，在保證施工作業(yè)安全和施工質(zhì)量的前提下，有效簡化了檢修車安裝施工組織，提高了機(jī)械設(shè)備利用率。該施工工藝可為今后類似工程檢修車安裝提供一定借鑒。