1800 t級(jí)預(yù)制節(jié)段梁架橋機(jī)在青連鐵路項(xiàng)目中的應(yīng)用

宋 飛 陳德利 代 宇

(鄭州新大方重工科技有限公司 河南鄭州 450064)

1 項(xiàng)目概述

道路橋梁對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的支撐作用，隨著中國(guó)近海經(jīng)濟(jì)區(qū)及橋梁建設(shè)技術(shù)的快速發(fā)展，必將促進(jìn)大跨度預(yù)制節(jié)段箱梁施工工藝及配套裝備新技術(shù)的發(fā)展[1-3]。對(duì)于跨海、連島橋梁建設(shè)，具有噸位大、跨度大、工程所處地形及地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)[4-7]，采用傳統(tǒng)的滿堂支架施工工法已很難滿足工程要求。因此，越來越多的預(yù)制節(jié)段梁施工技術(shù)在跨海大橋建設(shè)中得以推廣并應(yīng)用[8-10]，這對(duì)架設(shè)施工裝備提出了更高的要求。

青連鐵路跨膠州灣特大橋主要為跨越雙埠立交互通、城市道路、管線及膠州灣而設(shè)，起點(diǎn)處位于膠州灣東岸灘涂?jī)?nèi)，終點(diǎn)處位于膠州灣西岸灘涂?jī)?nèi)?？缒z州灣特大橋處于膠州灣部分生態(tài)敏感區(qū)，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，施工環(huán)保要求較高。如何降低成本、提高安全性，順利將千噸設(shè)備安裝至架梁位置，是首要解決的問題。青連鐵路跨膠州灣特大橋位于淺灘區(qū)，無法滿足橋下喂梁，僅能在橋后喂梁，研究一種高效的施工方法更為關(guān)鍵。在沿海地帶風(fēng)大浪高的不利環(huán)境條件下，精準(zhǔn)調(diào)整節(jié)段梁，對(duì)架橋機(jī)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的濕接縫施工方式是先搭設(shè)臨時(shí)施工平臺(tái)，利用木模板施工濕接縫，這種施工方法效率低，投入的人工成本較多，且沒有安全保障。研制一種自動(dòng)化程度高的濕接縫施工方式[11-13]，是此類型設(shè)備的一大創(chuàng)新點(diǎn)。

2 1 800 t級(jí)預(yù)制節(jié)段梁架橋機(jī)

2.1 架橋機(jī)組成

1 800 t級(jí)預(yù)制節(jié)段梁架橋機(jī)為上承自行式，通用性強(qiáng)，滿足線路首、末跨低墩施工，對(duì)墩身結(jié)構(gòu)無影響，通過升級(jí)改造，可滿足其他項(xiàng)目鐵路節(jié)段箱梁施工。架橋機(jī)主要由主框架、1號(hào)支腿、2號(hào)支腿、3號(hào)支腿、4號(hào)支腿、主天車、輔助天車、吊掛系統(tǒng)、濕接縫模板系統(tǒng)、附屬結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等組成。1 800 t級(jí)預(yù)制節(jié)段梁架橋機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 架橋機(jī)組成(單位：mm)

2.2 技術(shù)參數(shù)

50 m整跨節(jié)段梁重量/節(jié)段數(shù):1 800 t/11；

節(jié)段塊尺寸:4.2 m×4.3 m×11.6 m(長(zhǎng)×高×寬)；

線路最小曲線半徑:2 200 m；

適應(yīng)橋面最大縱坡:±2.5%；

適應(yīng)橋面最大橫坡:±3%；

架梁方式:整孔原位張拉；

喂梁方式:橋后(預(yù)留橋下)；

主天車額定起重量:180 t(不含吊具)；

主天車起升高度:橋面以下20 m；

主天車起升速度:0～1.5 m/min；

主天車行走速度:0～15 m/min；

適應(yīng)風(fēng)速:過孔狀態(tài)≤6級(jí)，架梁狀態(tài)≤8級(jí)，非工作狀態(tài)≤11級(jí)；

整機(jī)縱移過孔速度:0～1 m/min；

整機(jī)總功率:230 kW。

2.3 作業(yè)原理

(1)架梁狀態(tài)

2號(hào)支腿和3號(hào)支腿支撐主框架，運(yùn)梁車運(yùn)節(jié)段梁至架橋機(jī)尾部，主天車提梁，依次將節(jié)段梁布置在主框架上，利用主天車調(diào)整各節(jié)段梁三維姿態(tài)，完成精確對(duì)位→調(diào)整濕接縫尺寸→安裝濕接縫模板→澆筑濕接縫混凝土→等強(qiáng)度→預(yù)應(yīng)力鋼筋束張拉→打開濕接縫模板。整孔張拉完成后，2、3號(hào)支腿油缸收縮，整機(jī)卸載，拆除吊掛，架橋機(jī)過孔前利用輔助天車將吊掛提至運(yùn)梁車，轉(zhuǎn)運(yùn)到梁場(chǎng)。

(2)過孔狀態(tài)

主天車及輔助天車運(yùn)行至3號(hào)支腿上方，利用2、3號(hào)支腿的液壓系統(tǒng)推動(dòng)主框架向前縱移18.4 m，1號(hào)支腿到達(dá)前方墩頂墊石支撐位置，調(diào)整1號(hào)支腿支撐油缸，在前方墩頂支撐；3號(hào)支撐和2號(hào)支撐分別過孔至前方橋面及墩頂支撐；脫空1號(hào)支腿，2、3、4號(hào)支腿支撐，啟動(dòng)2、3號(hào)支腿的液壓系統(tǒng)推動(dòng)主框架縱移31.6 m，達(dá)到架梁位置。

2.4 各部件簡(jiǎn)介

(1)主框架。主框架分上下兩層結(jié)構(gòu)，接頭按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。主框架頂面設(shè)置兩條通長(zhǎng)軌道用于主天車和輔助天車走行，底面至橋面的凈空及主框架尾部長(zhǎng)度可滿足架橋機(jī)尾部喂梁。

(2)1號(hào)支腿。1號(hào)支腿主要功能是在架橋機(jī)過孔時(shí)，在墩頂支撐，輔助架橋機(jī)完成過孔，并通過液壓升降系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)1號(hào)支腿的高度調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同梁高、縱向坡度的施工需求。末跨施工時(shí)拆除立柱增高節(jié)在橋面支撐。

(3)2號(hào)支腿。2號(hào)支腿架梁時(shí)在墩頂支撐，過孔狀態(tài)下作為整機(jī)過孔的動(dòng)力來源與3號(hào)支腿配合推動(dòng)架橋機(jī)縱移。2號(hào)支腿支撐立柱為“L型”結(jié)構(gòu)，有效地避開了各張拉孔道，保證預(yù)應(yīng)力施工不受支腿站位影響。末跨施工時(shí)拆除“L型”立柱在橋面支撐。

(4)3號(hào)支腿。3號(hào)支腿架梁時(shí)在橋面支撐，過孔狀態(tài)下作為整機(jī)過孔的動(dòng)力來源與2號(hào)腿配合推動(dòng)架橋機(jī)縱移。移位臺(tái)車可在主橫梁上橫向滑移，以滿足曲線施工的需求。

(5)4號(hào)支腿。過孔時(shí)4號(hào)支腿托輥機(jī)構(gòu)在橋面鋪設(shè)軌道上運(yùn)行，保證整機(jī)有足夠的縱向穩(wěn)定性。運(yùn)梁車從架橋機(jī)尾部喂梁時(shí)，4號(hào)支腿通過齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)橫向打開下橫梁。

(6)主天車。主天車的額定起重量為180 t，滿足節(jié)段塊的吊運(yùn)和調(diào)整，吊具組件配備縱、橫向調(diào)整油缸及360°回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可將節(jié)段塊進(jìn)行多自由度空間姿態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)節(jié)段塊精準(zhǔn)對(duì)位要求。

(7)吊掛系統(tǒng)。吊掛系統(tǒng)包含短吊掛和長(zhǎng)吊掛。短吊掛通過吊桿連接在主框架底部，單個(gè)吊掛整體為四點(diǎn)受力、三點(diǎn)平衡。架橋機(jī)在適應(yīng)橋后喂梁后，利用長(zhǎng)短吊掛的分布優(yōu)勢(shì)，節(jié)段塊無需錯(cuò)層擺放，提高施工效率。

(8)濕接縫模板系統(tǒng)。澆筑濕接縫時(shí)通過全液壓系統(tǒng)合模，預(yù)應(yīng)力鋼筋束張拉完成后，濕接縫達(dá)到一定強(qiáng)度級(jí)別，濕接縫模板旋轉(zhuǎn)打開，操作簡(jiǎn)單方便。

3 施工流程

青連鐵路跨膠州灣特大橋架設(shè)采用原位張拉、整孔落梁的施工方式。

3.1 對(duì)稱布置1#～8#節(jié)段梁(施工步驟一)

(1)架橋機(jī)過孔到位，調(diào)整好支腿高度，對(duì)架橋機(jī)各項(xiàng)性能進(jìn)行檢查，各項(xiàng)指標(biāo)合格后，架橋機(jī)處于待架狀態(tài)。

(2)打開主框架中間聯(lián)系梁，運(yùn)梁車運(yùn)節(jié)段梁至架橋機(jī)尾部，主天車吊具與節(jié)段梁塊上吊具橫梁連接，依次將1?！?＃節(jié)段梁按照大小里程對(duì)稱方式逐個(gè)提掛布置在主框架上。

3.2 依次架設(shè)9#～11#節(jié)段梁(施工步驟二)

(1)主天車提9?！?0＃節(jié)段梁布置在主框架挑梁上。

(2)主天車提最后一節(jié)段梁，旋轉(zhuǎn)到位后懸掛在主框架上，提升9＃～10＃節(jié)段梁至拼裝位置，如圖2所示。

圖2 架橋機(jī)架梁狀態(tài)(單位：mm)

3.3 澆筑濕接縫，整機(jī)卸載(施工步驟三)

(1)利用主天車依次調(diào)整各節(jié)段梁空間姿態(tài)，完成精確對(duì)位→調(diào)整濕接縫尺寸→旋轉(zhuǎn)關(guān)閉濕接縫模板系統(tǒng)→澆筑濕接縫混凝土→等待混凝土強(qiáng)度→預(yù)應(yīng)力鋼筋束張拉→打開濕接縫模板。

(2)整孔張拉完成后，2、3號(hào)支腿油缸收縮，整機(jī)卸載，拆除吊掛。架橋機(jī)過孔時(shí)安裝3號(hào)支腿與梁面的錨固撐桿。

3.4 支腿錨固，準(zhǔn)備過孔(施工步驟四)

(1)架橋機(jī)準(zhǔn)備過孔，所有吊掛向上提升約3.5 m。

(2)利用撐桿將2號(hào)支腿與1號(hào)節(jié)段梁梁面預(yù)埋螺紋鋼進(jìn)行錨固。過孔時(shí)，2號(hào)支腿與橋面、墩頂分別進(jìn)行錨固，3號(hào)支腿與梁面進(jìn)行錨固。

3.5 架橋機(jī)過孔，1號(hào)支腿到位(施工步驟五)

(1)主天車及輔助天車運(yùn)行至3號(hào)支腿上方，利用2、3號(hào)支腿的液壓系統(tǒng)推動(dòng)主框架向前縱移18.4 m，1號(hào)支腿到達(dá)前方墩頂墊石支撐位置。

(2)主框架向前推進(jìn)過程中，主天車及輔助天車同步后移，始終保持與3號(hào)支腿相對(duì)位置不變，調(diào)整1號(hào)支腿支撐油缸，使1號(hào)支腿在前方墩頂支撐，如圖3所示。

圖3 架橋機(jī)過孔狀態(tài)(單位：mm)

3.6 2、3號(hào)支腿自行縱移到位(施工步驟六)

(1)主天車和輔助天車運(yùn)行至2號(hào)支腿上方，3號(hào)支腿處于脫空狀態(tài)，啟動(dòng)3號(hào)支腿液壓系統(tǒng)，3號(hào)支腿自行過孔至前方已架設(shè)橋面位置，支撐3號(hào)支腿，并與梁面進(jìn)行錨固。

(2)解除2號(hào)支腿與梁面錨固，使2號(hào)支腿處于脫空狀態(tài)，啟動(dòng)2號(hào)支腿液壓系統(tǒng)，2號(hào)支腿自行過孔至前方墩頂，2號(hào)支腿在前方墊石上支撐并錨固。

3.7 再次過孔到位，準(zhǔn)備架梁(施工步驟七)

(1)主天車和輔助天車運(yùn)行至前方導(dǎo)梁位置，1號(hào)支腿脫空，啟動(dòng)2、3號(hào)支腿的液壓系統(tǒng)推動(dòng)主框架縱移。

(2)啟動(dòng)2、3號(hào)支腿的液壓系統(tǒng)推動(dòng)主框架縱移19.6 m，達(dá)到架梁位置，架橋機(jī)過孔到位，調(diào)整吊掛吊桿，4號(hào)支腿下橫梁橫向打開。

(3)調(diào)整吊掛吊桿，準(zhǔn)備架梁。

1 800 t級(jí)架橋機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)見圖4。

圖4 架橋機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)

4 關(guān)鍵技術(shù)

(1)分步安裝再過孔到位

因拼裝場(chǎng)地條件受限，架橋機(jī)采用分步安裝。首先對(duì)橋墩位置的地面作硬化處理，利用小型吊車把主支腿提至墩頂及現(xiàn)澆梁橋面，通過在現(xiàn)澆梁面上后退過孔，依次空中對(duì)接主框架的各節(jié)主梁和導(dǎo)梁，再安裝其他各部件，整機(jī)安裝完成后架橋機(jī)過孔至待架設(shè)位置。整個(gè)拼裝過程安全可靠，利用小型吊車在固定位置可把千噸設(shè)備安裝到位，經(jīng)濟(jì)合理。

(2)節(jié)段塊無需錯(cuò)層

架橋機(jī)在適應(yīng)橋后喂梁后，通過對(duì)主框架及長(zhǎng)、短吊掛的特殊布置，保證最后1節(jié)段塊有足夠的旋轉(zhuǎn)空間，且節(jié)段塊無需錯(cuò)層擺放，施工效率提高。

(3)整孔張拉及卸載

在墩頂支撐的主支腿設(shè)計(jì)為“L型”結(jié)構(gòu)，在保證安全、承載能力及墩頂站位需求的前提下，主支腿的結(jié)構(gòu)型式有效地避開了各張拉孔道，保證端部預(yù)應(yīng)力施工不受支腿站位影響。主支腿配置大噸位卸載機(jī)構(gòu)，整孔張拉完成后便于整機(jī)卸載，安全性高。

(4)多功能專用吊具

主天車專用吊具設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，吊具配置縱、橫向調(diào)整油缸及360°回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可將節(jié)段塊進(jìn)行多自由度空間姿態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)節(jié)段塊精準(zhǔn)對(duì)位要求。

(5)濕接縫模板系統(tǒng)

架橋機(jī)配備10套濕接縫模板以及對(duì)應(yīng)的施工平臺(tái)。預(yù)應(yīng)力鋼筋束張拉完成后，澆筑濕接縫時(shí)通過全液壓系統(tǒng)合模，預(yù)應(yīng)力鋼筋束張拉完成，濕接縫混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，濕接縫模板旋轉(zhuǎn)打開，方便高效、安全可靠。

5 結(jié)束語

隨著我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的不斷發(fā)展，預(yù)制節(jié)段梁施工技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步得以推廣和應(yīng)用[14-15]。近年來國(guó)內(nèi)大跨度大噸位的跨海、連島橋梁項(xiàng)目逐漸增多，對(duì)架設(shè)施工裝備也提出了更高的要求。1 800 t級(jí)預(yù)制節(jié)段梁架橋機(jī)在青連鐵路跨膠州灣特大橋工程建設(shè)中成功應(yīng)用，對(duì)其他預(yù)制節(jié)段梁架設(shè)施工具有借鑒意義。