高速鐵路雙線變單線首孔箱梁架設(shè)施工技術(shù)研究

摘 要：因雙線變單線首孔單線箱梁架設(shè)時(shí)架橋機(jī)后支腿支點(diǎn)支立于雙線箱梁頂板及翼緣的薄弱位置處，出現(xiàn)受力偏載等極罕見(jiàn)的復(fù)雜工況，因此在國(guó)內(nèi)高鐵雙線變單線箱梁架設(shè)施工中，通常需在雙線箱梁架設(shè)完成后，采用現(xiàn)澆工藝制作首孔單線箱梁，作為架橋機(jī)過(guò)渡線，而后再進(jìn)行單線箱梁架設(shè);在必須采用架橋機(jī)架設(shè)時(shí)采用的是在架橋機(jī)后支腿支點(diǎn)下方，即雙線箱梁翼緣板下設(shè)鋼墩支撐，在雙線箱梁腹腔內(nèi)設(shè)內(nèi)支撐方法對(duì)受力偏載雙線箱梁進(jìn)行加固，此方法已有成功案例，但內(nèi)外鋼支撐精度要求高，鋼構(gòu)件安裝費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、工作量大。本文針對(duì)新建梅州至潮汕高速鐵路雙線變單線首孔箱梁架設(shè)施工出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合自有JQ550架橋機(jī)與YL550運(yùn)梁車機(jī)械性能和現(xiàn)場(chǎng)具體施工工況，采取運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)偏離單線梁線路中心站位，并采用鐵路單線架橋機(jī)支撐裝置，成功解決“踩雙架單”技術(shù)難題;并對(duì)雙線變線間距連續(xù)梁在運(yùn)架梁工況下的梁體受力狀況進(jìn)行檢算，驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)施工的安全性、可行性和經(jīng)濟(jì)性，此施工工藝并在京雄客專架梁施工中再次得到驗(yàn)證，為國(guó)內(nèi)同類高速鐵路箱梁架設(shè)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：踩雙架單;架橋機(jī)支撐裝置;單線箱梁

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)高鐵建設(shè)的飛速發(fā)展，全國(guó)高鐵網(wǎng)絡(luò)已初步形成，新建高鐵線路需要并入既有的國(guó)家鐵路干網(wǎng)，從而造成雙線變單線情況不可避免，采用更簡(jiǎn)便、快捷施工工藝解決“踩雙架單”工況下存在的技術(shù)難題尤顯必要。

2 工程概況

梅州至潮汕鐵路位于廣東省東部，自梅州西疏解引出，經(jīng)梅州市所轄梅縣區(qū)、梅江區(qū)和豐順縣，揭陽(yáng)市所轄揭東區(qū)和空港區(qū)，止于潮州市潮安縣，線路全長(zhǎng)約122.412km。 梅汕鐵路4標(biāo)段箱梁運(yùn)架工程共計(jì)194孔，包括賈里雙線特大橋116孔，其中32m箱梁108孔、24m箱梁8孔;程畔村單線特大橋39孔單線箱梁，其中32m箱梁31孔，24m箱梁8孔;跨廈深鐵路單線特大橋39孔單線箱梁，其中32m箱梁30孔，24m箱梁9孔。程畔村特大橋與跨廈深鐵路特大橋小里程與賈里特大橋大里程相連，三座橋呈“Y”字形布置。兩座橋均由賈里特大橋136#墩引出，即賈里特大橋136#墩相當(dāng)于兩座橋的0#臺(tái)。賈里特大橋132#-136#墩孔跨布置為（33+2*32+33）m變寬連續(xù)梁。

3 架梁設(shè)備簡(jiǎn)介

梅汕鐵路4標(biāo)段箱梁運(yùn)架工程采用采用JQ550型架橋機(jī)與YL550型運(yùn)梁機(jī)配合完成箱梁的架設(shè)作業(yè)。JQ550型架橋機(jī)為前后帶懸臂的一跨式雙主梁架橋機(jī)，后支腿輪軌和前支腿托壓輪支撐走行過(guò)孔，起重小車和馱梁臺(tái)車拖拉取梁?？梢约茉O(shè)32m、24m、20m等跨及變跨高速鐵路、客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土單線單箱梁，適應(yīng)架設(shè)最小曲線半徑500m，適應(yīng)架設(shè)最大縱坡30‰，額定起重量550t。能方便架設(shè)首末跨梁、曲線梁;能通過(guò)運(yùn)梁車裝設(shè)托架后，馱運(yùn)過(guò)250km/h單線隧道實(shí)現(xiàn)橋間轉(zhuǎn)移;能在250km/h雙線隧道口大于32.7米以及進(jìn)隧道口大于20米的距離時(shí)實(shí)現(xiàn)隧道口架梁。

YL550型運(yùn)梁車適用于高鐵550噸級(jí)單線混凝土箱梁的運(yùn)輸并能與JQ550架橋機(jī)配合完成梁片架設(shè)。能夠方便快捷的把梁片從預(yù)制場(chǎng)地運(yùn)至架梁工位，為架橋機(jī)喂梁配合架橋機(jī)完成相應(yīng)的架梁作業(yè)，運(yùn)梁車的有關(guān)參數(shù)和要求滿足相應(yīng)架橋機(jī)的要求，且能馱運(yùn)架橋機(jī)實(shí)現(xiàn)橋間短途運(yùn)輸。運(yùn)梁車具有雙向作業(yè)功能，即無(wú)需調(diào)頭即可運(yùn)梁和架橋機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)馱運(yùn)。

4 “踩雙架單”首孔單線箱梁架設(shè)難點(diǎn)分析

4.1 難點(diǎn)一：

JQ550架橋機(jī)由YL550運(yùn)梁車馱運(yùn)到位后，需要安裝架橋機(jī)后支腿臨時(shí)支撐，以便運(yùn)梁車退出。按照運(yùn)梁車單線梁中心線馱運(yùn)時(shí)，架橋機(jī)后支腿臨時(shí)支撐站位如圖4-1，架橋機(jī)右側(cè)臨時(shí)支撐偏離變寬連續(xù)梁腹板較遠(yuǎn)，位于翼緣板薄弱處，雙線箱梁偏心受力。

4.2 難點(diǎn)二：

在使用JQ550架橋機(jī)進(jìn)行雙線箱梁變單線箱梁首孔架設(shè)時(shí)，架橋機(jī)后支腿支點(diǎn)支立于雙線變寬連續(xù)梁頂板及翼緣的薄弱位置處。此時(shí)，箱梁受力不能滿足要求。

本次架梁施工使用的JQ550架橋機(jī)用于高速鐵路、客運(yùn)專線單線箱梁的架設(shè)施工，與YL550運(yùn)梁機(jī)配合完成單線箱梁的運(yùn)輸架設(shè)作業(yè)。JQ550架橋機(jī)為雙主梁三支腿結(jié)構(gòu)。

在進(jìn)行雙線箱梁變單線箱梁首孔架設(shè)時(shí)，架橋機(jī)后支腿支點(diǎn)支立于雙線變寬箱梁頂板及翼緣的薄弱位置處，出現(xiàn)受力偏載，見(jiàn)圖4-1。通過(guò)受力分析檢算結(jié)論顯示：架橋機(jī)過(guò)孔時(shí)，箱梁受力滿足要求;架橋機(jī)架梁時(shí)，箱梁受力不能滿足要求。

5 雙線箱梁加固方案介紹

為避免架設(shè)首孔單線異型箱梁時(shí)，架橋機(jī)相對(duì)于雙線箱梁本體的非對(duì)稱受力和明顯的偏壓現(xiàn)象， 目前高速鐵路雙線變單線首孔單線箱梁架橋機(jī)“踩雙架單”架設(shè)，國(guó)內(nèi)首例是兄弟單位在津保鐵路施工中采用的對(duì)雙線箱梁進(jìn)行加固方案，即對(duì)應(yīng)架橋機(jī)翼緣板處后支腿位置，在橋墩上方設(shè)臨時(shí)外支撐，同時(shí)在雙線箱梁內(nèi)側(cè)孔腔內(nèi)搭建內(nèi)支撐，以平衡架橋機(jī)架梁工況下對(duì)雙線梁的不平橫受力狀況，確保架橋機(jī)各種架梁工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，具體如下：

在單、雙線共用橋墩上方搭建臨時(shí)輔助外支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)由600t液壓千斤頂、加厚鋼板、橡膠防滑墊板、無(wú)縫鋼管組成，無(wú)縫鋼管與上、下兩端加厚鋼板通過(guò)加勁板焊接連接，液壓千斤頂與橋墩表面以及下端加厚鋼板的接觸面、上端加厚鋼板與翼緣板下部表面的接觸面均緊密連接，在梁底以及橋墩上方之間放置工字鋼，支撐在雙線梁支座附近，保護(hù)兩側(cè)支座，確保支座不會(huì)脫空，確保臨時(shí)支撐穩(wěn)固、可靠。

在架橋機(jī)后支腿正下方的箱體腔室內(nèi)設(shè)置豎向內(nèi)支撐，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)與外支撐類似。

此方案雖能有效解決架梁工況下雙線梁的不平衡受力，并有成功案例，但內(nèi)外鋼支撐安裝精度要求高，安裝費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、工作量大，特別是臨時(shí)鋼支撐在動(dòng)載作用下受力不穩(wěn)定，易對(duì)支座造成損害。

6 更簡(jiǎn)便“踩雙架單”施工技術(shù)研究

結(jié)合梅州至潮汕鐵路施工工況特點(diǎn)，本次架梁采用1臺(tái)JQ550架橋機(jī)及配套YL550運(yùn)梁車配合施工。梁場(chǎng)選址位于賈里特大橋0號(hào)臺(tái)臺(tái)前（DK114+450線路右側(cè)），采用運(yùn)梁車通過(guò)運(yùn)梁通道上線的方式。

兩次首孔梁架設(shè)施工順序?yàn)橄冗M(jìn)行跨廈深鐵路特大橋架梁，再進(jìn)行程畔村特大橋首孔箱梁架設(shè)。

針對(duì)“踩雙架單”特殊工況下的兩個(gè)施工難點(diǎn)，分別采取措施予以解決。

6.1 運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)偏離單線梁線路中心站位

針對(duì)難點(diǎn)一“運(yùn)梁車按單線梁中心線馱運(yùn)時(shí)，架橋機(jī)右側(cè)臨時(shí)支撐偏離變寬連續(xù)梁腹板較遠(yuǎn)，位于翼緣板薄弱處，雙線箱梁偏心受力”，采取運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)偏離單線梁線路中心站位，使架橋機(jī)后支腿支點(diǎn)位于雙線梁腹板內(nèi)側(cè)，確保此時(shí)雙線梁受力穩(wěn)定。

即當(dāng)運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)到達(dá)橋頭馱運(yùn)到位時(shí)（前支腿立于墊石上方），需要與單線梁中心線偏離一定角度，保證后支腿臨時(shí)支撐站位向中間橫移1010mm，前支腿柱體中心線位于墩臺(tái)中心前方400mm處，運(yùn)梁車站位和架橋機(jī)前、后支腿站位如圖6.1所示。

6.2 采取架橋機(jī)支撐裝置

針對(duì)難點(diǎn)二“在使用JQ550架橋機(jī)進(jìn)行雙線箱梁變單線箱梁首孔架設(shè)時(shí)，架橋機(jī)后支腿支點(diǎn)支立于雙線變寬連續(xù)梁頂板及翼緣的薄弱位置處，箱梁受力不能滿足要求”，為JQ550架橋機(jī)后支腿加裝“架橋機(jī)支撐裝置”即分載梁，通過(guò)該裝置將架橋機(jī)與梁片的荷載傳遞給雙線連續(xù)梁腹板，減小雙線連續(xù)梁翼緣板受力。

分載梁主體采用Q345C鋼材，各部位通過(guò)焊接成型。分載梁長(zhǎng)11.565m，高0.95m，橫截面呈梯形，底面寬0.7m，頂面寬0.59m。架橋機(jī)后支腿間距為3.4m，在架橋機(jī)后支腿站位處內(nèi)部采用添加隔板方式增加強(qiáng)度，在后支腿站位另一側(cè)設(shè)置錨固裝置，增加分載梁的整體穩(wěn)定性。分載梁下方墊箱中心距8.48m，與變寬連續(xù)梁腹板中心距相同，使架橋機(jī)傳遞至分載梁的力全部通過(guò)墊箱傳遞至變寬連續(xù)梁腹板，避免了連續(xù)梁翼緣板受力情況。

架橋機(jī)前支腿安放至0#墩后將分載梁通過(guò)10T電動(dòng)倒鏈拖拉至距離連續(xù)梁梁最前端，并用倒鏈錨固牢靠，防止掉落;待架橋機(jī)二次過(guò)孔完成后，利用運(yùn)梁車前頂升支架配合前支腿升降裝置，將架橋機(jī)尾部頂升1.1m，使架橋機(jī)后支腿處于懸空狀態(tài)，然后將分載梁向后拖拉至距離連續(xù)梁端1.7m位置處，支墊錨固好分載梁后將架橋機(jī)后支腿降落在分載梁上，降落時(shí)分多次卸去運(yùn)梁車前頂升支架的力，最后完成由運(yùn)梁車頂升支架至分載梁的力的轉(zhuǎn)換，如圖6-2所示。

7 架梁施工工藝流程及操作要點(diǎn)

7.1 采用“架橋機(jī)支撐裝置”首孔單線梁架設(shè)工藝流程

7.2 施工控制要點(diǎn)

7.2.1 架橋機(jī)過(guò)孔作業(yè)控制要點(diǎn)

當(dāng)風(fēng)力大于5級(jí)，應(yīng)停止過(guò)孔作業(yè)，當(dāng)風(fēng)力大于6級(jí)，應(yīng)停止架梁作業(yè)，并做好防滑錨固工作。

架橋機(jī)整機(jī)過(guò)孔前，前后起重小車必須退至架橋機(jī)尾部規(guī)定位置。

架橋機(jī)一次過(guò)孔前應(yīng)檢查確認(rèn)：前支腿斜撐桿插銷在正確位置鎖定;前支腿與機(jī)臂豎銷退出鎖定。

架橋機(jī)二次縱移過(guò)孔前應(yīng)檢查確認(rèn)：前支腿在前方墩臺(tái)墊石上平實(shí)支撐;柱體前后方向垂直度傾斜不超過(guò)2.5‰。

7.2.2 運(yùn)梁車作業(yè)控制要點(diǎn)

7.2.2.1 運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)至橋頭時(shí)必須嚴(yán)格按照走行路線行走，以確保架橋機(jī)停放位置準(zhǔn)確。

7.2.2.2 運(yùn)梁車喂梁與架橋機(jī)對(duì)位時(shí)，運(yùn)梁車的速度應(yīng)降到0.3km/h，前端與架橋機(jī)后支腿走行車輪之間的間距為0.35m±0.1m時(shí)停車。

7.2.2.3 運(yùn)梁車行走過(guò)程中，運(yùn)梁車司機(jī)嚴(yán)格控制走行速度，雙線梁地段速度不得超過(guò)5km/h，單線梁、曲線、坡道地段應(yīng)嚴(yán)格控制在3km/h以內(nèi)。

7.2.2.4 運(yùn)梁車行走過(guò)程中，應(yīng)有專人對(duì)運(yùn)梁車進(jìn)行隨行監(jiān)護(hù)。監(jiān)護(hù)人員、司機(jī)應(yīng)高度集中精力，密切注意觀察路面、清除障礙，發(fā)現(xiàn)不正常情況，應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，第一時(shí)間停車，然后采取相應(yīng)措施，保證運(yùn)梁車安全。

8 受力檢算

8.1 架橋機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算

不考慮橫坡條件下，計(jì)算架橋機(jī)空載時(shí)橫向穩(wěn)定性問(wèn)題。

后支腿斷面圖：

整機(jī)重心圖：

計(jì)算參數(shù)：

重量：G_{架橋機(jī)}=276.278t

迎風(fēng)面積：A_風(fēng)=200m²

風(fēng)壓：N_風(fēng)=0.025t/m²（六級(jí)風(fēng)壓）

風(fēng)力系數(shù)：C=2.1

重心距離傾覆線距離：l₁=2.604m?l₂=1.296m

型心高度：h_重=8.5m

??????????????????????????m_穩(wěn)=G×l₁=×276.278×2.604=359.7t·m

??????????????????????????m_傾=G_架×l₂+C×A_風(fēng)×N_風(fēng)×h_重

=×276.278×1.296+2.1×200×0.025×8.5

=268.3t·m

滿足要求。

8.2 連續(xù)梁受力檢算

經(jīng)受力分析，架橋機(jī)踩變寬連續(xù)梁過(guò)孔轉(zhuǎn)架梁工況為雙線梁最不利受力狀態(tài)，此時(shí)架橋機(jī)后支腿踩變寬連續(xù)梁后起重小車取梁，荷載分布如圖8-1所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析可得：結(jié)構(gòu)在自重、預(yù)應(yīng)力和運(yùn)架設(shè)備施工荷載作用下的有效最大應(yīng)力值出現(xiàn)在pjh2作用位置的腹板處為23.6MPa，應(yīng)力最小值為0.364 MPa;僅受運(yùn)架設(shè)備施工荷載作用下的應(yīng)力最大值為3.04MPa ，應(yīng)力最小值為4.6*10-4MPa;抗裂安全系數(shù)最小值kf=4.09>1.1。正截面強(qiáng)度最小值K=4.68>1.8，滿足規(guī)范要求;全橋的支座反力，滿足支座受力要求。

9 結(jié)語(yǔ)

在新建梅州至潮汕高速鐵路雙線變單線首孔箱梁架設(shè)施工中，結(jié)合自有JQ550架橋機(jī)與YL550運(yùn)梁車機(jī)械性能和現(xiàn)場(chǎng)具體施工工況，采用鐵路單線架橋機(jī)支撐裝置順利完成了“踩雙架單”首孔單線箱梁的架設(shè)，“鐵路架橋機(jī)支撐裝置”為國(guó)內(nèi)首次采用，已成功申請(qǐng)國(guó)家實(shí)用新型專利，并在隨后的京雄客專“踩雙架單”施工中再次成功使用，此方法簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，為國(guó)內(nèi)同類高速鐵路箱梁架設(shè)施工提供參考。

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作者簡(jiǎn)介?王軍，男，高級(jí)工程師，2002年6月畢業(yè)于天津大學(xué)。