高?？臻g受限下改造架橋機(jī)安裝混凝土箱梁技術(shù)

曹良海

南京交通建設(shè)管理集團(tuán)有限公司 江蘇南京 210037

1 工程概況

秦淮河老橋凈高、凈寬均不滿足升級(jí)后四級(jí)航道要求，需對(duì)老橋進(jìn)行拆除重建。新建后秦淮新河大橋全長(zhǎng)837.2m，主跨為（55+100+55）m 變截面鋼箱梁，引橋?yàn)榛炷列∠淞?，先?jiǎn)支后連續(xù)。第18、19 跨上跨南南河，河道與主線交叉樁號(hào)為K5+180.0，交角為37°，同時(shí)第18、19 跨上方有110kV 高壓線斜向穿過(guò)，主要影響右幅第18和19 跨箱梁架設(shè)施工。

2 施工可行性分析

在保證繞城公路交通不中斷條件下，新建秦淮新河大橋半幅拆除新建，右幅新建同時(shí)左幅仍在通行，右幅第18、19 跨上跨南南河且鄰水，橋下無(wú)吊車站位，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法采用吊車吊裝。第18# ～19# 跨上方110kV 高壓電力線主供南京市雨花臺(tái)區(qū)、江寧區(qū)干線網(wǎng)，若停電或電壓升高嚴(yán)重影響城區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行，電力部門不同意停電且不同意在安全距離不足的情況下僅對(duì)架橋機(jī)防護(hù)就進(jìn)行箱梁安裝作業(yè)。若安排在停電“空窗期”或電壓升高后在施工，則嚴(yán)重影響工期。經(jīng)過(guò)電力公司與項(xiàng)目部共同對(duì)110kV 高壓線進(jìn)行測(cè)量并與橋面設(shè)計(jì)高程進(jìn)行了對(duì)比，在最熱不利氣溫條件下，新建橋面距高壓線垂直凈高度最低點(diǎn)為10m，架橋機(jī)極限安裝總高度7.90m，架橋機(jī)與110kV 高壓線最低凈空高度僅為2.10m，不符合《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范(附條文說(shuō)明)》（JGJ 46—2005）規(guī)定的5m 安全距離要求。高壓線測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。根據(jù)規(guī)定，起重設(shè)備距離高壓線路（110kV）的最小安全距離為沿垂直方向5m，沿水平方向4m。本工程中，起重機(jī)與架空線路邊線的最小安全距離見(jiàn)表2。

表2 起重機(jī)與架空線路邊線的最小安全距離

綜合以上條件，需對(duì)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使其與110kV 高壓線垂直距離達(dá)到規(guī)范要求5m 安全距離的要求，方可進(jìn)行架梁施工。

3 架橋機(jī)結(jié)構(gòu)改造

3.1 架橋機(jī)現(xiàn)場(chǎng)概況

現(xiàn)有架橋機(jī)的起升天車橫梁是水平的，安裝好起升天車和橫梁后，設(shè)備頂部高度較高。JQ140t- 40m 型架橋機(jī)起升天車頂至橋面距離為7.90m，其中起升天車總高度3.60m，中支腿高度1.30m，因高壓線最低點(diǎn)與起升天車的距離達(dá)不到安全距離，電力公司不同意現(xiàn)場(chǎng)使用架橋機(jī)架設(shè)箱梁。

3.2 架橋機(jī)外形幾何尺寸高度降低

3.2.1 起升天車高度改造

利用動(dòng)滑輪組動(dòng)力臂與阻力臂為2∶1 的杠桿原理，對(duì)架橋機(jī)起升天車進(jìn)行改造，把起升天車起重卷?yè)P(yáng)機(jī)以及增高筒去掉，只保留了起升天車行走系統(tǒng)，增加懸掛吊動(dòng)滑輪組，將起重卷?yè)P(yáng)機(jī)固定在混凝土箱梁頂面上，采用定向?qū)蜉唽⒕頁(yè)P(yáng)機(jī)起重鋼絲繩與動(dòng)滑輪組連接，形成了起吊系統(tǒng)，降低了起升天車高度，改造后起升天車高度為1.0m，降低2.60m。

3.2.2 中支腿改造

將架橋機(jī)的中支腿輪箱馬鞍雙連支撐取掉以降低高度，同時(shí)將后支腿降到最低，通過(guò)改造，可將架橋機(jī)高度降低0.50m。經(jīng)過(guò)對(duì)架橋機(jī)高度進(jìn)行優(yōu)化，降低總高度為3.10m，改造后架橋機(jī)高度為4.80m，通過(guò)改造后的架橋機(jī)最高點(diǎn)與高壓線最低點(diǎn)的距離為5.2m，滿足高壓線5m 安全距離要求。

3.3 起重結(jié)構(gòu)改造

起升天車橫移輪箱上改造成可行走懸掛定向滑輪系統(tǒng)。增加動(dòng)滑輪組，作為起重動(dòng)力系統(tǒng)。

按30m 箱梁最重邊梁重94t 計(jì)算。提升天車承受重量為94/ 2=47t?，F(xiàn)場(chǎng)采用6t 卷?yè)P(yáng)機(jī)提供動(dòng)力，需要滑輪組股數(shù)為：47/ 6=7.83≈8 股，用4 個(gè)滑輪組即可滿足要求。考慮1.5 倍安全系數(shù)：47×1.5/ 6=11.75≈12，現(xiàn)場(chǎng)采用6 個(gè)動(dòng)滑輪，12 束鋼絲繩進(jìn)行編組。

4 驗(yàn)算

4.1 箱梁吊裝

4.1.1 箱梁吊裝結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目部對(duì)架橋機(jī)進(jìn)行了改造，通過(guò)改造后的動(dòng)滑輪結(jié)構(gòu)滿足梁體吊裝動(dòng)力要求，動(dòng)滑輪采用12 束鋼絲繩進(jìn)行編組，通過(guò)6t 卷?yè)P(yáng)機(jī)提供動(dòng)力。卷?yè)P(yáng)機(jī)重量2t，鋼絲繩反力由人孔位置處的箱梁混凝土提供。為保證受力均衡，經(jīng)計(jì)算，在人孔處采用了I16 工字鋼和圓鋼管作為臨時(shí)加固結(jié)構(gòu)，將卷?yè)P(yáng)機(jī)用鋼絲繩固結(jié)在圓鋼管上[1-2]。

4.1.2 計(jì)算荷載

為準(zhǔn)確模擬提升結(jié)構(gòu)的空間受力狀態(tài)，采用梁結(jié)構(gòu)+板結(jié)構(gòu)的混合模型進(jìn)行計(jì)算。荷載包括局部荷載和預(yù)應(yīng)力荷載以及重力作用，局部計(jì)算荷載為附加卷?yè)P(yáng)機(jī)引起的荷載。卷?yè)P(yáng)機(jī)引起的荷載包括其自身重力和作用在梁體上的集中力。其中梁體重量記為94t，單側(cè)卷?yè)P(yáng)機(jī)荷載為：94/ 24=3.92t，在箱梁人孔上引起向下和水平方向的荷載各為3.92/ 2=1.96t。卷?yè)P(yáng)機(jī)自身重力引起的壓力為：0.24MPa。箱梁腹板預(yù)應(yīng)力荷載效應(yīng)單獨(dú)計(jì)算，然后與局部荷載效應(yīng)疊加。

4.1.3 計(jì)算結(jié)果

所有荷載引起的應(yīng)力互相疊加可知，梁體頂板上下均處于受壓狀態(tài)。通過(guò)計(jì)算，箱梁在改造后的吊裝荷載作用下，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

4.2 改造起升天車

（1）材料信息。架橋機(jī)廠家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求對(duì)起升天車擔(dān)梁經(jīng)過(guò)計(jì)算重新出圖，改裝結(jié)構(gòu)采用Q345 鋼材。

（2）荷載工況。考慮兩個(gè)荷載工況：①縱向運(yùn)梁狀態(tài)和橫向移梁狀態(tài)。縱向運(yùn)梁狀態(tài)時(shí)，梁體位于起升天車中央；②橫向移梁狀態(tài)時(shí)，起升天車位于縱梁邊緣50cm 處。

兩個(gè)工況均考慮結(jié)構(gòu)重力進(jìn)行組合。本工程梁體重量采用94t，提升小車1.5t，考慮1.2 倍地沖擊安全系數(shù)。

（3）計(jì)算結(jié)果。工況1：縱向運(yùn)梁狀態(tài)，此狀態(tài)的最大應(yīng)力為143.4MPa，滿足Q345 鋼材性能要求。工況2：橫向移梁狀態(tài)，此狀態(tài)的最大應(yīng)力為110.0MPa，滿足Q345鋼材性能要求。

綜上所述，改造的起升天車能夠滿足混凝土箱梁的受力安全。提升小車能夠滿足94t 梁體的運(yùn)輸和移動(dòng)狀態(tài)的受力。

5 邊梁就位

改造后的架橋機(jī)不能將邊梁準(zhǔn)確架設(shè)到設(shè)計(jì)中心位置，在兩蓋梁上放置雙拼軌道，軌道下墊模板，使之成為斜面，軌道上放置帶有滾輪的特制鋼箱，滾輪放置在軌道中間的縫隙中，使之能在軌道上自由滑動(dòng)。邊梁縱向與蓋梁中軸線平行且喂到準(zhǔn)確位置后將邊梁落至鋼箱上，不解除箱梁上鋼絲繩[3-4]。將千斤頂置于鋼箱側(cè)面，兩端同時(shí)頂升千斤頂，使鋼箱慢慢滑移，頂至最大行程時(shí)，鋼箱與軌道間用木楔楔緊，循環(huán)此流程，直到將邊梁頂至設(shè)計(jì)位置。在梁端下部放置2 個(gè)千斤頂，將箱梁頂升高于永久支座5～10mm，取走鋼箱和軌道，設(shè)置臨時(shí)支座，2 個(gè)千斤頂同時(shí)卸壓，使箱梁就位于臨時(shí)支座上，完成箱梁架設(shè)。

6 改造架橋機(jī)安裝混凝土箱梁技術(shù)

6.1 混凝土箱梁出運(yùn)

混凝土箱梁按照順序裝車，使用2 臺(tái)200t 汽車吊將箱梁放在運(yùn)梁車上，運(yùn)抵至施工現(xiàn)場(chǎng)。出運(yùn)道路修建分三層填筑，基底層為土料、地層為塊石料、基層為碎石。

6.2 混凝土箱梁安裝

本工程項(xiàng)目采用型號(hào)為JQ140t- 40m 的雙導(dǎo)梁架橋機(jī)安裝混凝土箱梁，施工流程如下：

（1）喂梁。通過(guò)運(yùn)梁車將待安裝的混凝土箱梁由預(yù)制場(chǎng)運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，改用起吊天車吊起箱梁，此時(shí)運(yùn)梁車與起吊天車以相同的速度運(yùn)行，將混凝土箱梁運(yùn)抵至指定部位后喂梁完成[5]。

（2）吊裝。喂梁完成后，整機(jī)攜帶混凝土箱梁至安裝位置下落，完成混凝土箱梁就位安裝工作，為了保證本工程項(xiàng)目混凝土箱梁安裝的可靠性和安全性，業(yè)主多次召開(kāi)會(huì)議，及時(shí)與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了各施工節(jié)點(diǎn)的受力核算，并邀請(qǐng)了專家為方案的可行性進(jìn)行技術(shù)把關(guān)，要求監(jiān)理工程師對(duì)方案進(jìn)行認(rèn)真審核，確保了工程項(xiàng)目的順利推進(jìn)，經(jīng)研究決定該方案具有較高的可行性。

6.3 方案比對(duì)

經(jīng)調(diào)查研究得出：在通常情況下，河行道拆除重建很長(zhǎng)一段時(shí)間采取的都是起重船安裝方法，為了避免不良因素影響，選擇研究橋梁技術(shù)中的改造后架橋機(jī)安裝混凝土箱梁施工方法，并與起重船安裝方式進(jìn)行對(duì)比，研究改造架橋機(jī)安裝混凝土箱梁施工安全、施工質(zhì)量以及施工進(jìn)度，明確改造后架橋機(jī)在工程項(xiàng)目中的適用性。

（1）工序比對(duì)。起重船方案安裝混凝土箱梁：先使用汽車吊將待安裝的混凝土箱梁放至軌道臺(tái)車上，通過(guò)軌道臺(tái)車將混凝土箱梁移動(dòng)至施工現(xiàn)場(chǎng)；起重船吊起混凝土箱梁裝駁；起重船再吊起混凝土箱梁，以此類推。改造后架橋機(jī)安裝混凝土箱梁：利用汽車吊將混凝土箱梁放置于運(yùn)梁車上，運(yùn)梁車直接將混凝土箱梁運(yùn)抵至施工現(xiàn)場(chǎng)；架橋機(jī)再吊裝混凝土再吊起混凝土箱梁。通過(guò)以上兩種施工流程分析得出：改造后架橋機(jī)工序少、操作簡(jiǎn)單，可以避免惡劣環(huán)境影響，有利于加快施工進(jìn)度，保證質(zhì)量。

（2）安全風(fēng)險(xiǎn)比對(duì)。起重船施工流程繁雜，吊裝混凝土箱梁頻繁，成品保護(hù)困難，作業(yè)受河道風(fēng)浪影響較大，也會(huì)因風(fēng)浪是混凝土箱梁晃動(dòng)，引起箱梁與箱梁，箱梁與墩臺(tái)以及箱梁與船體的碰撞，使混凝土箱梁結(jié)構(gòu)受損，修復(fù)后難以達(dá)到原來(lái)的質(zhì)量，且既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，施工風(fēng)險(xiǎn)大、安全隱患多。改造后架橋機(jī)施工工序少，架橋機(jī)固定與兩個(gè)墩臺(tái)之間，安全性和穩(wěn)定性良好，安裝箱梁所使用的吊索短，有利于控制安裝精度，施工風(fēng)險(xiǎn)小，安全隱患少。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家電網(wǎng)的高速發(fā)展和高速公路的改擴(kuò)建，高速公路與電網(wǎng)形成交叉，從而出現(xiàn)眾多施工難題，下穿高壓線架梁也是諸多施工難題之一。下穿高壓線梁板安裝目前所采取的工藝大多是停電安裝、改遷電力線路或者抬升電力線塔等。秦淮新河大橋在第18、19 跨下穿高壓線、上跨南南河憑此方法架梁施工，僅用了7d 時(shí)間就完成了16片箱梁的架設(shè)，且保證了施工的質(zhì)量和安全，秦淮新河大橋時(shí)南京市繞城高速公路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，能夠順利完成，為繞城公路全線貫通奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此處的箱梁架設(shè)也為后續(xù)類似工程提供了技術(shù)支持及經(jīng)驗(yàn)借鑒。