新建鄭濟(jì)高鐵鐵路箱梁架設(shè)專項(xiàng)施工方案評(píng)價(jià)研究

楊蕾璟

河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院 鄭州 410001

0 引言

新建鄭州至濟(jì)南鐵路、鄭州至濮陽(yáng)段站前ZPZQ-Ⅵ項(xiàng)目，承擔(dān)黃河特大橋北引橋公鐵合建段，預(yù)制架設(shè)186號(hào)～371號(hào)墩344榀(高鐵梁和市域梁各172榀) 40 m鐵路箱梁、市域同期實(shí)施段9榀32 m鐵路箱梁。線路設(shè)計(jì)最小曲線半徑2 200 m，最大坡度為9.3‰。鄭州黃河特大橋北岸引橋?yàn)楣F兩用橋梁，上下兩層設(shè)計(jì)，上層為32.5 m寬雙向六車道城市快速路，下層為四線鐵路[1]。項(xiàng)目鐵路40 m箱梁采用預(yù)制架設(shè)施工方案，需在下層鐵路架梁完成并退回架橋機(jī)后方可施工上層公路墩柱和橋梁架設(shè)工程[2]。

1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)備架梁最小作業(yè)半徑R=2 000 m，最大作業(yè)坡度30‰；線路中心線誤差f10 mm；梁面高程不得高于設(shè)計(jì)高程，不得低于設(shè)計(jì)高程20 mm；箱梁四支點(diǎn)平面高差不大于2 mm；支座砂漿厚度20 ～30 mm。

2 工程難點(diǎn)

1）施工組織難度大 鐵路四線并置需采用橋梁正位提梁上線、左右線路交替架梁同步推進(jìn)方案。新設(shè)備、新梁型運(yùn)輸架設(shè)無現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可取，如何確保作業(yè)人員及設(shè)備安全是工程重點(diǎn)。

2）技術(shù)含量高 鐵路40 m箱梁首次采用架橋機(jī)架設(shè)施工，提運(yùn)架設(shè)備均為新型設(shè)備，施工方案及工藝方法涉及的新技術(shù)多。正位提梁、左右線路交替架梁將加大設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)移次數(shù)，線路拆遷對(duì)橋墩進(jìn)度影響大，如何有序推進(jìn)施工是組織難點(diǎn)。

3）鐵路箱梁架設(shè)施工質(zhì)量要求高 需精準(zhǔn)控制箱梁中線、高程、支座相對(duì)高差，如何確保實(shí)體質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求是質(zhì)量控制難點(diǎn)。

4）安全風(fēng)險(xiǎn)高 首次采用40 m/1 000 t級(jí)運(yùn)架設(shè)備作業(yè)，無成熟的設(shè)備操作經(jīng)驗(yàn)及管理經(jīng)驗(yàn)，需驗(yàn)證大型設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)操作性能，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高。運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)通過連續(xù)梁、鋼桁梁，進(jìn)出連續(xù)梁作業(yè)為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控難點(diǎn)。

3 施工技術(shù)方案及組織管理

3.1 施工組織

結(jié)合高鐵和市域線路四線并置設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和總體施工組織安排要求，設(shè)備及箱梁上橋均采用提梁機(jī)正位提升，提升后縱向走行就位上橋。橋梁架設(shè)采用運(yùn)梁車運(yùn)梁，架橋機(jī)架梁的作業(yè)方式，提梁機(jī)提升箱梁走行至運(yùn)梁車上方完成裝梁后，通過橋上運(yùn)梁至架橋機(jī)尾部，由架橋機(jī)完成箱梁的架設(shè)工作。

箱梁架設(shè)采用左右交替（高鐵市域）整體推進(jìn)施工方案，高鐵和市域梁分別按30榀為一個(gè)架梁?jiǎn)卧?，架設(shè)30榀高鐵梁后架橋機(jī)返回提梁站，利用提梁機(jī)橫移至市域線路架設(shè)30榀市域梁；如此交替循環(huán)進(jìn)行架梁作業(yè)。

3.2 架梁施工順序

1）如圖1所示，首先架設(shè)標(biāo)段大里程方向231號(hào)～371號(hào)墩280榀40 m箱梁（高鐵和市域各140榀），其中231號(hào)～234號(hào)墩采用提梁機(jī)架設(shè)；

2）架設(shè)完畢后架橋機(jī)回梁場(chǎng)調(diào)頭向小里程方向228號(hào)～186號(hào)墩58榀40 m箱梁（高鐵和市域各29榀）和市域同期實(shí)施段9榀32m箱梁，其中228號(hào)～225號(hào)墩采用提梁機(jī)架設(shè)；

3）小里程方向架設(shè)完畢后架橋機(jī)退回梁場(chǎng)，最后利用提梁機(jī)架設(shè)228號(hào)～231號(hào)6榀40m箱梁（高鐵市域各3榀）。

4 施工方法及工藝

4.1 箱梁運(yùn)輸、支座安裝

1）將待架箱梁的梁型、泄水管安裝、四電接口、對(duì)應(yīng)橋梁孔跨進(jìn)行檢查，并對(duì)支座的外形尺寸、外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，確認(rèn)合格。每孔箱梁采用固定支座（GD）、縱向支座（ZX）、橫向支座（HX）、多向支座（DX），固定支座均安裝在靠近橋梁中墩側(cè)，四支座相對(duì)布置方式如圖2所示（具體布置按橋梁表實(shí)施）。

圖2 支座布置圖

2）在換裝臺(tái)座進(jìn)行支座安裝，按設(shè)計(jì)要求確認(rèn)支座的型號(hào)（承載力、坡度、地震動(dòng)峰值），四支座布置位置，坡度方向，擰緊支座上板與預(yù)埋板連接螺栓并檢查支座密貼性和四角高差。

4.2 提梁站布置

提梁站設(shè)置在225號(hào)～234號(hào)墩，提梁機(jī)走行線覆蓋范圍420 m，走行線單側(cè)采用雙軌結(jié)構(gòu)，軌道中心距1.5 m，跨度36 m。設(shè)備及橋梁提升位置在228號(hào)～231號(hào)墩，229號(hào)和230號(hào)墩身在全線架梁完成架橋機(jī)下橋后進(jìn)行施工。制梁場(chǎng)預(yù)設(shè)提梁臺(tái)座，便于提梁機(jī)操作提梁。設(shè)備及橋梁提升場(chǎng)地布置圖如圖3所示。

圖3 設(shè)備及橋梁提升場(chǎng)地布置圖

4.3 門式起重機(jī)提梁

門式起重機(jī)（MG500型，主要有提梁機(jī)主要由主梁、剛性支腿、柔性支腿、大車走行機(jī)構(gòu)、起重小車、電氣系統(tǒng)、走臺(tái)欄桿等組成）將箱梁吊裝至運(yùn)梁車上，裝車完成后運(yùn)梁車馱運(yùn)箱梁至架橋機(jī)尾部。運(yùn)輸過程中應(yīng)嚴(yán)格控制運(yùn)梁車走形線路，其中線與線路橋梁中心線偏移不得超過20 cm，運(yùn)行速度不超過3 km/h。門式起重機(jī)提梁橫截面示意圖如圖4所示。

圖4 提梁機(jī)提梁橫截面示意圖

4.4 箱梁轉(zhuǎn)運(yùn)

在梁場(chǎng)內(nèi)梁場(chǎng)預(yù)制好的箱梁，采用1 000 t輪胎式搬運(yùn)機(jī)將確認(rèn)合格的待架箱梁移至換裝臺(tái)座。搬運(yùn)機(jī)提運(yùn)箱梁現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

圖5 搬運(yùn)機(jī)提運(yùn)箱梁

4.5 輪胎式運(yùn)梁車運(yùn)梁

采用YLS1000型輪胎式運(yùn)梁車（低位）實(shí)現(xiàn)高鐵梁和市域梁橋面運(yùn)輸作業(yè)。運(yùn)梁車主要由主要由司機(jī)室、車體及液壓支腿、走行輪組、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、馱梁臺(tái)車、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等組成。運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)示意圖

4.6 架梁

JQS1000架橋機(jī)采用單跨架梁模式，步履式走行過孔。主要由前輔助支腿、前支腿、機(jī)臂、中支腿、起重小車、后支腿、后輔助支腿、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成，如圖7所示。架橋機(jī)作業(yè)流程如圖8所示。

圖7 JQS1000架橋機(jī)

圖8 JQS1000架橋機(jī)作業(yè)流程圖

4.7 門式起重機(jī)架梁及設(shè)備上橋

4.7.1 門式起重機(jī)架梁

提梁站225號(hào)～234號(hào)墩9跨箱梁需采用門式起重機(jī)架梁，首先架設(shè)231號(hào)～234號(hào)墩3跨箱梁，大里程架設(shè)完成后架設(shè)228號(hào)～225號(hào)墩3跨箱梁，為運(yùn)架設(shè)備提供上橋作業(yè)條件。運(yùn)架設(shè)備架梁完下橋后將228號(hào)～231號(hào)墩3跨（6榀）箱梁存放在228號(hào)～225號(hào)已架箱梁上，待橋墩施工完后架設(shè)。根據(jù)門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)及架梁工況分析，門式起重機(jī)架設(shè)228號(hào)～231號(hào)墩和在228號(hào)～225號(hào)墩梁上存梁時(shí)，大車需走行至梁縫中心線位置（提梁機(jī)主梁和梁縫中心線重合），225號(hào)～231號(hào)墩上層公路梁墩柱需在228號(hào)～231號(hào)墩箱梁架設(shè)完成后施工。

門式起重機(jī)架梁作業(yè)流程[12]：

1）搬運(yùn)機(jī)將待架箱梁提運(yùn)至換裝臺(tái)座；

2）根據(jù)支座布置圖進(jìn)行支座安裝；

3）門式起重機(jī)走行至換裝臺(tái)座對(duì)位，安裝吊具檢查合格后提升箱梁。門式起重機(jī)提梁效果圖如圖9所示。

圖9 門式起重機(jī)提梁效果圖

4）大車走行至待架孔跨進(jìn)行縱向?qū)ξ徊⒔档拖淞焊叨?，調(diào)整箱梁縱向、橫向位置。門式起重機(jī)提梁縱向走行效果圖如圖10所示。

圖10 門式起重機(jī)提梁縱向走行效果圖

5）將箱梁落在支撐千斤頂上，按規(guī)范要求確保箱梁支點(diǎn)平面誤差不大于2 mm，支座砂漿厚度在20～30 mm范圍。

4.7.2 運(yùn)架設(shè)備上橋

提梁站三孔箱梁架設(shè)完成后，門式起重機(jī)將架橋機(jī)吊裝走行至橋面，架橋機(jī)過跨完成后，門式起重機(jī)將運(yùn)梁車吊裝至已架梁面。

4.8 40 m跨箱梁過孔工況

1）后支腿下翻，支撐在鋼軌上。前支腿拉桿和梁片吊孔錨固，起重小車運(yùn)行到架橋機(jī)尾部，前輔助支腿后退4.6 m(插靠前位置的一個(gè)銷孔)并離地，中支腿離地，準(zhǔn)備整機(jī)縱移[14]。

2）后支腿走行輪和前支腿托輪驅(qū)動(dòng)整機(jī)走行40.7 m，前輔助支腿和中支腿走行到位。

3）中支腿支撐可靠，再支撐前輔助支腿。

4）前輔助、中、后支腿支撐，前支腿縱移40.7 m站位墩臺(tái)（架32 m跨箱梁時(shí)，前支腿縱移32.7 m）。

5）起重小車運(yùn)行到取梁位置，前輔助支腿行走4.6 m,達(dá)到架梁狀態(tài)，后支腿翻折。

4.9 40 m跨箱梁架設(shè)工況

1）運(yùn)梁車運(yùn)梁；2）前支腿、中支腿支撐、后支腿翻折，運(yùn)梁車運(yùn)梁進(jìn)入架橋機(jī)，兩馱梁臺(tái)車送梁到位；3）架橋機(jī)前起重小車取梁；4）架橋機(jī)前起重小車和運(yùn)梁車后馱梁臺(tái)車同步拖梁到位[15]；5）架橋機(jī)后起重小車取梁，運(yùn)梁車返回梁場(chǎng)；6）前后起重小車吊梁走行到位(吊梁過中支腿后即開始落梁1 m，然后再縱移到位，避免梁片和前支腿碰撞)；7）落梁到位。

4.10 40m末孔跨箱梁架設(shè)工況

1）架橋機(jī)前輔助支腿為三級(jí)伸縮結(jié)構(gòu)、前支腿為可翻折伸縮結(jié)構(gòu)，末孔架設(shè)時(shí)只需將前輔助支腿收縮到位，前支腿翻折即可實(shí)現(xiàn)末孔架梁[16]；2）參照架梁流程，完成末跨40 m箱梁的架設(shè)。

4.11 40 m變32 m跨箱梁過孔工況

1）后支腿下翻，支撐在鋼軌上。前支腿拉桿和梁片吊孔錨固，起重小車運(yùn)行到架橋機(jī)尾部（前后起重小車貼近，后起重小車中心距離中支腿中心28 m），前輔助支腿后退4.6 m（插靠前位置的一個(gè)孔）并離地，中支腿離地，準(zhǔn)備整機(jī)縱移。

2）整機(jī)縱移8 m，中支腿液壓缸輔助支撐。前輔助支腿后退8 m并插銷到位。

3）中支腿液壓缸收縮離地，后支腿走行輪和前支腿托輪驅(qū)動(dòng)整機(jī)走行32.7 m，整機(jī)縱移走行到位。

4）中支腿支撐可靠，再支撐前輔助支腿。

5）前輔助、中、后支腿支撐，前支腿縱移32.7 m站位墩臺(tái)。

6）起重小車運(yùn)行到取梁位置，后支腿翻折，前輔助支腿行走4.6 m，達(dá)到架梁狀態(tài)。

需要注意的是：1）后支腿支撐可靠后，前后小車才能退回到機(jī)臂尾端，否則會(huì)造成嚴(yán)重事故；2）整機(jī)過孔時(shí)，前支腿下部拉桿必須和吊孔錨固可靠；3）前輔助支腿變跨作業(yè)時(shí)，要求動(dòng)作平穩(wěn)、緩慢、無沖擊。

5 分析討論

由于鄭濟(jì)高鐵作業(yè)面交叉施工多，施工周期長(zhǎng)，大型設(shè)備多，新設(shè)備、新梁型運(yùn)輸架設(shè)無現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可取，首次采用40 m/1 000 t級(jí)運(yùn)架設(shè)備作業(yè)，無成熟的設(shè)備操作經(jīng)驗(yàn)及管理經(jīng)驗(yàn)，需驗(yàn)證大型設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)操作性能，由于作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高，確保設(shè)備安全和作業(yè)人員是工程重點(diǎn)。通過對(duì)正位提梁、左右線路交替架梁、運(yùn)轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)移次數(shù)、線路拆遷對(duì)橋墩進(jìn)度的影響，鐵路箱梁架設(shè)施工精準(zhǔn)控制箱梁中線、高程、支座相對(duì)高差等質(zhì)量控制難點(diǎn)，運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)通過連續(xù)梁、鋼桁梁，進(jìn)出連續(xù)梁現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控難點(diǎn)等的風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)。

編制了標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)架作業(yè)流程，組織具有豐富鐵路箱梁架設(shè)經(jīng)驗(yàn)的管理及作業(yè)人員，對(duì)架梁工況進(jìn)行安全檢算，確保各工況條件下橋墩受力、設(shè)備受力及抗傾覆、抗滑移系數(shù)滿足理論要求。采用運(yùn)架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、支腿荷載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)對(duì)運(yùn)架過程進(jìn)行全程監(jiān)控，進(jìn)行全員崗前培訓(xùn)和詳細(xì)的技術(shù)交底，使全體作業(yè)人員明白工藝要求，管理要點(diǎn)，對(duì)運(yùn)架工況中的安全關(guān)鍵環(huán)節(jié)、質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核卡控等對(duì)策措施，確保高鐵箱梁架設(shè)的安全性和可靠性。