預(yù)制拼裝連續(xù)梁橋大懸臂T構(gòu)架橋機(jī)過孔技術(shù)研究*

曹 虹，孫九春，薛武強(qiáng)

(騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，上海 201204)

0 引言

在連續(xù)梁橋預(yù)制節(jié)段拼裝工藝中，步履式架橋機(jī)已成為施工主導(dǎo)裝備。采用預(yù)制節(jié)段整跨拼裝及懸臂拼裝工藝時(shí)，架橋機(jī)支腿一般支撐于墩頂結(jié)構(gòu)上，節(jié)段拼裝完成后，架橋機(jī)通過支腿倒換進(jìn)行步履式過孔。在不同工程應(yīng)用中，步履式節(jié)段拼裝架橋機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)略有不同，但過孔方式基本一致[1-4]。

在上海市軌道交通10號線二期跨越6號線節(jié)點(diǎn)橋建設(shè)過程中，應(yīng)用了創(chuàng)新的拼裝工藝，即首先采用架橋機(jī)先施工東側(cè)T構(gòu)，然后利用已建成的單T構(gòu)懸臂作為支撐，架橋機(jī)在30m高空過孔至西側(cè)T構(gòu)，最后完成西側(cè)T構(gòu)拼裝。架橋機(jī)須在大懸臂T構(gòu)梁上過孔，由于過孔過程中涉及T構(gòu)力學(xué)狀態(tài)控制問題，相關(guān)文獻(xiàn)較少[5-8]，有必要開展深入研究。

1 工程概況

在上海軌道交通10號線二期跨越6號線(高架橋梁)節(jié)點(diǎn)處設(shè)置1座(40+75+40)m變截面連續(xù)梁橋，主梁斷面為U形箱結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制節(jié)段懸臂拼裝工藝施工。新建橋梁共有40個(gè)塊段，除0號塊與合龍段為現(xiàn)澆外，其余均為預(yù)制節(jié)段。

由于受周邊環(huán)境限制，傳統(tǒng)懸臂拼裝工藝無法適用，為此，創(chuàng)新性地提出單T構(gòu)懸臂拼裝工藝，主橋分為東(19號墩)、西(18號墩)側(cè)T構(gòu)施工，首先懸臂拼裝東側(cè)T構(gòu)，然后架橋機(jī)過孔至西側(cè)T構(gòu)，再以相同方式施工西側(cè)T構(gòu)。

架梁設(shè)備采用最大起重量120t的節(jié)段拼裝架橋機(jī)，結(jié)構(gòu)自重433.470kN，總長84m。主要結(jié)構(gòu)包括主梁、1～3號支腿、天車、輔助支腿、電器系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等，各支腿下均設(shè)置了液壓油缸，可調(diào)節(jié)支腿高度，其中1號支腿下方設(shè)置了壓力傳感器。東側(cè)T構(gòu)施工完畢后的架橋機(jī)狀態(tài)(過孔前)如圖1所示，自19號墩左側(cè)起，節(jié)段編號依次為1～9，自19號墩右側(cè)起，節(jié)段編號依次為1’～10’。

圖1 東側(cè)T構(gòu)施工完畢后的架橋機(jī)狀態(tài)示意

2 架橋機(jī)過孔方案比選

2.1 步履式整體過孔方案

由于場地狹小，東側(cè)T構(gòu)橋施工完成后，架橋機(jī)不具備拆卸條件，僅可采用高空過孔的方式移動(dòng)至西側(cè)T構(gòu)橋。為此，確定以下步履式整體過孔方案工藝流程：①東半幅架設(shè)完畢后，收起2號支腿，沿主桁梁移動(dòng)至1號支腿后部，放下2號支腿并收起1號支腿，此時(shí)2，3號支腿受力(見圖2a)；②將1號支腿與主桁梁鎖定，前推主桁梁懸臂段(見圖2b)；③前推至1號支腿到達(dá)下一跨墩頂(見圖2c)；④將3號支腿轉(zhuǎn)移到17號墩頂，主桁梁頂推至17號墩頂，將2號支腿轉(zhuǎn)移至18號墩頂，完成過孔(見圖2d)。

圖2 步履式整體過孔方案工藝流程

在架橋機(jī)主桁梁前行過程中，1號支腿懸吊于主桁梁前端，2號支腿支于T構(gòu)懸臂端頭，主桁梁前端為懸臂段，則1號支腿到達(dá)對岸墩頂?shù)唇佑|的狀態(tài)為架橋機(jī)主桁梁彎矩和T構(gòu)橋端頭壓力達(dá)最大的工況。按照最不利工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模(見圖3)，并進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如表1所示。

圖3 計(jì)算模型

由表1可知，在最不利工況下，架橋機(jī)及T構(gòu)均不滿足安全控制條件，可見步履式架橋機(jī)整體成孔方案難以滿足安全性要求。

表1 步履式整體過孔計(jì)算結(jié)果

2.2 支腿局部拆解、剩余結(jié)構(gòu)過孔方案

架橋機(jī)主桁架和T構(gòu)在過孔時(shí)均呈懸臂受力狀態(tài)，而作用于架橋機(jī)主桁架懸臂端的支腿和主桁架自重是引起架橋機(jī)與T構(gòu)應(yīng)力超標(biāo)的主要原因。受現(xiàn)場環(huán)境限制，架橋機(jī)主桁架和天車不具備拆解空間，須整體高空過孔，僅支腿具備現(xiàn)場局部拆解條件。為此，通過支腿局部拆解降低作用于架橋機(jī)懸臂端的荷載；通過在西側(cè)T構(gòu)端部增設(shè)輔助支腿，以減少主桁架懸臂跨度，進(jìn)而降低主桁架和T構(gòu)應(yīng)力；在主桁架邊跨側(cè)，過孔時(shí)采用天車和3號支腿懸吊進(jìn)行配重，進(jìn)一步降低作用于T構(gòu)懸臂端的支腿反力，從而減少T構(gòu)傾覆力矩。

過孔時(shí)，1號支腿立于懸臂段端頭，2號支腿立于墩頂，3號支腿立于2號支腿后側(cè)，并在對岸墩頂距跨中最近位置處設(shè)置輔助支腿，主桁架頂推時(shí)2臺天車始終保持在墩頂(見圖4)，此時(shí)為最不利工況。主桁梁逐步向前頂推，至懸臂段長29m時(shí)，將3號支腿懸吊于主桁梁上作為配重。主桁梁端部頂推至對岸并支撐在輔助支腿上后，將3號支腿拆下，通過汽車式起重機(jī)安裝在對岸墩頂上。

圖4 改進(jìn)方案最不利工況示意

根據(jù)改進(jìn)后的方案進(jìn)行計(jì)算，最不利工況下的受力結(jié)果如表2所示。由表2可知，架橋機(jī)與橋梁結(jié)構(gòu)受力均有明顯改善，架橋機(jī)主桁梁最大壓應(yīng)力滿足控制應(yīng)力要求，保證了施工過程中設(shè)備安全；懸臂端下壓力和抗傾覆墩拉應(yīng)力大幅降低，僅略高于限值，橋梁T構(gòu)整體傾覆力矩明顯減小，結(jié)構(gòu)頂緣拉應(yīng)力迅速降低。

表2 改進(jìn)方案過孔計(jì)算結(jié)果

2.3 T構(gòu)力學(xué)狀態(tài)控制

改進(jìn)過孔方案雖通過工藝優(yōu)化最大程度降低了過孔過程中作用于懸臂端的荷載，但最不利工況下仍存在T構(gòu)拉應(yīng)力和抗傾覆墩拉應(yīng)力超出安全限值的風(fēng)險(xiǎn)，因此，須考慮在橋梁結(jié)構(gòu)上設(shè)置力學(xué)輔助控制措施。

為解決T構(gòu)抗傾覆問題，在中墩內(nèi)側(cè)搭設(shè)鋼支架，設(shè)置伺服液壓千斤頂，當(dāng)懸臂端支腿下壓力監(jiān)測值達(dá)2 000kN時(shí)，千斤頂施加相應(yīng)反力；在邊跨側(cè)設(shè)置150t隨動(dòng)配重系統(tǒng)，通過頂、拉結(jié)合，抵消過大的傾覆彎矩，如圖5所示。

為解決T構(gòu)中部應(yīng)力過大的問題，在主梁頂板設(shè)置通長的臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束，防止過孔過程中主梁頂緣出現(xiàn)拉應(yīng)力。在孔道H1，H2處設(shè)置臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束，H1孔道穿5根鋼絞線，H2孔道穿2根鋼絞線(見圖6)。對H1孔道鋼絞線施加2 000kN總張拉力，對H2孔道鋼絞線施加500kN總張拉力，以平衡可能超限的拉應(yīng)力。在8，9號節(jié)段拼縫處，重新設(shè)置節(jié)段臨時(shí)鎖定預(yù)應(yīng)力，以改善架橋機(jī)支腿處橋梁截面局部應(yīng)力水平，如圖7所示。

圖6 孔道位置示意

圖7 8，9號節(jié)段臨時(shí)鎖定預(yù)應(yīng)力

施加上述輔助措施優(yōu)化后，對計(jì)算模型進(jìn)行修改，最不利工況下計(jì)算結(jié)果如表3所示。由表3可知，施加輔助措施后，T構(gòu)受力情況明顯改善，抗傾覆墩拉應(yīng)力明顯降低，頂緣拉應(yīng)力完全消失，全截面受壓。由此可見，改進(jìn)過孔方案與力學(xué)輔助措施相結(jié)合，可將架橋機(jī)和橋梁結(jié)構(gòu)均控制在安全范圍內(nèi)。

表3 施加輔助措施優(yōu)化后過孔計(jì)算結(jié)果

3 架橋機(jī)過孔施工工藝

本工藝關(guān)鍵點(diǎn)在于利用輔助支腿臨時(shí)支撐及天車和支腿的配重作用，安全地將架橋機(jī)移至西半幅墩頂。

東半幅橋架設(shè)完畢后，架橋機(jī)1號支腿位于中跨7號塊上，2號支腿位于19號墩頂處，3號支腿位于邊跨7’號塊上，中跨伺服液壓千斤頂已調(diào)整就位，1號支腿下方壓力傳感器開始監(jiān)測支腿壓力，過孔流程開始，如圖8所示。

圖8 過孔前姿態(tài)調(diào)整

在邊跨2’號塊上安裝輔助支腿，并調(diào)節(jié)輔助支腿，使3號支腿卸載。將3號支腿從邊跨7’號塊移至邊跨3’號塊上錨固，并調(diào)節(jié)支撐力，使輔助支腿卸載，即通過輔助支腿臨時(shí)支撐完成3號支腿位置轉(zhuǎn)移。將輔助支腿移至中跨5號塊上，將1號支腿從中跨7號塊移至中跨9號塊上錨固，前端距懸臂端頭1.2m。將輔助支腿轉(zhuǎn)運(yùn)至18號墩0號塊東側(cè)8.5m處，2臺天車行至距2號支腿兩側(cè)不超過4m處，并與主桁梁鎖定，如圖9所示。調(diào)整各支腿高度，在保證1號支腿高度滿足過孔高度要求的前提下，使主桁梁形成2%的縱坡，以消除主桁梁懸臂引起的線形下?lián)献兓?/p>

圖9 天車與主桁梁鎖定

主桁梁開始向跨中頂推時(shí)，每次頂推行程2.5m。頂推時(shí)天車同步向后退，始終保持在墩頂位置，直至主桁梁前端懸臂29m時(shí)停止。3號支腿與主桁梁鎖定，收起液壓油缸，使其懸掛在主桁梁上作為配重，繼續(xù)隨主梁前移，直至主桁梁前端支撐在輔助支腿上。利用汽車式起重機(jī)將3號支腿整體拆除，并將其安裝至18號墩頂中心處錨固(見圖10)。

圖10 3號支腿安裝完成

主桁梁繼續(xù)向前推移，2臺天車同步向后移動(dòng)，并一直保持在2號支腿上方，直至主桁梁前端行至18號墩3號支腿上。通過調(diào)整3號支腿受力，使輔助支腿卸載。利用天車a將輔助支腿吊運(yùn)至中跨2號塊上安裝，但輔助支腿頂部不與桁梁底部接觸，天車a回到3號支腿附近，如圖11所示。

圖11 輔助支腿安裝完成

將2臺天車運(yùn)行至3號支腿附近(18號墩頂處)，主桁梁向前推移，2臺天車同步向后移動(dòng)，始終保持在3號支腿正上方，直至主桁梁后端脫離2號支腿。采用汽車式起重機(jī)將2號支腿拆除，并安裝至17號墩頂錨固(見圖12)。

圖12 2號支腿安裝完成

主桁梁前移至后端在輔助支腿上方時(shí)，將輔助支腿與主桁梁鎖定共同前移。主桁梁繼續(xù)向前推移，直至前端到達(dá)2號支腿上方，輔助支腿此時(shí)已隨主桁梁行至中跨8號塊上方，如圖13所示。調(diào)節(jié)輔助支腿受力，使1號支腿卸載。

中跨9號塊上的1號支腿通過主桁梁行走至18號墩0號塊東側(cè)7m處，調(diào)節(jié)1號支腿受力，使輔助支腿卸載并拆除，主桁梁繼續(xù)前移至預(yù)定位置，如圖14所示。

圖14 主桁梁移至預(yù)定位置

至此，整個(gè)過孔過程全部完成，架橋機(jī)姿態(tài)微調(diào)后，即可開始西半幅橋架設(shè)。架橋機(jī)過孔過程中，各工況下結(jié)構(gòu)受力均符合要求。

4 應(yīng)力監(jiān)測

為確保架橋機(jī)、橋梁結(jié)構(gòu)安全，在U形梁施工過程中(包括過孔階段)，對架橋機(jī)應(yīng)力、支腿反力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，過孔階段監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 過孔階段監(jiān)測數(shù)據(jù)

Q345鋼容許應(yīng)力取為172.5MPa，由表4可知，架橋機(jī)受力滿足結(jié)構(gòu)安全要求，且前支腿反力未超過控制值(2 700kN)，可保證主梁受力滿足要求。

5 結(jié)語

本工程受周邊環(huán)境限制，東側(cè)T構(gòu)拼裝完成后已不具備架橋機(jī)拆解空間，須采用高空過孔的方式移至西側(cè)T構(gòu)。為此，本文提出大懸臂T構(gòu)架橋機(jī)過孔改進(jìn)工藝，通過橋面臨時(shí)預(yù)應(yīng)力加固、支腿局部拆解、設(shè)置輔助支腿、天車及支腿配重、支腿高度調(diào)整、邊跨設(shè)置隨動(dòng)配重系統(tǒng)等多種方式的綜合運(yùn)用，解決了過孔過程中架橋機(jī)和T構(gòu)力學(xué)狀態(tài)控制問題，縮短了工期，提高了經(jīng)濟(jì)性。