大勝關(guān)長江大橋檢修小車拆除方案探討

章家偉 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京橋工段

1 工程概況

南京大勝關(guān)長江大橋主橋上方共有5 臺(tái)檢修小車，包括3 臺(tái)上平弦檢修小車和2 臺(tái)上拱弦檢修小車；檢修小車所在位置：4 號(hào)墩頂停放2 臺(tái)上平弦檢修小車，6 號(hào)、8 號(hào)墩附近邊跨側(cè)分別停放1 臺(tái)上拱弦檢修小車，10#墩上部停放1 臺(tái)上平弦檢修小車。其中4#、6#及8#墩均位于水中，10 號(hào)墩位于岸邊陸地上。

檢修小車為桁架式鋼結(jié)構(gòu)，主桁共分三個(gè)節(jié)段，桿件間采用焊接連接，主桁節(jié)段間及前后支腿與主桁采用栓接連接，走行輪與支腿采用銷接連接。檢修小車隨橋梁同步建設(shè)完成，因橋梁建設(shè)期國內(nèi)缺乏檢修小車的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、功能欠缺，目前無法適應(yīng)橋梁檢修的需求且存在如下病害：

（1）上弦五臺(tái)檢修小車行走系統(tǒng)銹蝕嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)自重較大，支點(diǎn)分散，整體移動(dòng)同步性無法保證。

（2）上弦五臺(tái)檢修小車鋼結(jié)構(gòu)表面均存在不同程度銹蝕，其中4#墩2臺(tái)，10#墩1臺(tái)檢修小車表面銹蝕較為嚴(yán)重。

（3）五臺(tái)檢修小車吊籃系統(tǒng)普遍存在鋼絲繩銹蝕病害。

（4）主桁與支腿連接板部分螺栓銹蝕嚴(yán)重，且8#墩檢修小車個(gè)別螺栓存在缺失現(xiàn)象。

（5）主桁梁拼接處存在螺栓銹蝕。

甚至在各種外力和環(huán)境影響下，可能脫落砸到動(dòng)車，為減少營運(yùn)線的安全隱患，需對5臺(tái)檢修小車進(jìn)行拆除。

2 施工難重點(diǎn)分析

（1）作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。檢修小車跨越既有京滬高速鐵路雙線、滬漢蓉鐵路雙線和南京地鐵雙線，且4#、6#、8#檢修小車均采用浮吊水上吊裝作業(yè)，涉及到鐵路運(yùn)營、航道水運(yùn)安全，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。

（2）有效施工時(shí)間短。拆除過程涉及營業(yè)線施工，可利用的鐵路天窗時(shí)間短，需接觸網(wǎng)停電配合后進(jìn)行，過程不得造成鐵路封鎖延點(diǎn)；且點(diǎn)內(nèi)工序完成后，結(jié)構(gòu)處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)，不得危及鐵路行車安全。

（3）大型起重吊裝作業(yè)困難。采用1 000 t浮吊和500 t履帶式吊機(jī)進(jìn)行檢修小車拆除，吊重最大約40 t，水平吊距最大約46 m，高度約77 m，吊裝施工受鐵路天窗計(jì)劃安排及天氣因素的影響較大。

3 吊裝作業(yè)

3.1 作業(yè)面、浮吊與鐵路設(shè)備的空間位置關(guān)系

（1）作業(yè)面與鐵路設(shè)備的空間位置關(guān)系

檢修小車長38 m，分別分布于10#、8#、6#、4#墩頂區(qū)域，檢修小車橫跨布置在鋼梁上平弦、上拱弦的上表面。平弦區(qū)段橫梁高6 m，墩頂邊桁設(shè)有豎向爬梯。

高鐵線路：爬梯中心線距離高鐵接觸網(wǎng)橫向距離約5 m，橫梁上平弦頂面距離高鐵線路承力索約7.6 m。

地鐵線路：爬梯中心線距離地鐵接觸網(wǎng)橫向距離約3.9 m，橫梁上平弦頂面距離地鐵接觸網(wǎng)約9.8 m，接觸網(wǎng)距離鐵路面約4.8 m。

（2）1 000 t浮吊同既有鋼梁的位置關(guān)系

非施工時(shí)段，浮吊停放在臨時(shí)碼頭或遠(yuǎn)離橋梁凈距30 m外停靠。線路封鎖前，浮吊在距離鋼梁50 m范圍外進(jìn)行吊裝準(zhǔn)備，吊臂沿遠(yuǎn)離橋梁方向起升，線路封鎖后，移動(dòng)至吊裝站位區(qū)域，轉(zhuǎn)動(dòng)吊臂至檢修小車上方。在水上檢修小車吊裝過程中，浮吊轉(zhuǎn)盤中心距離橋梁中線約46 m，吊高77 m，吊臂距離鋼梁橫向凈距約4 m，距離地鐵S3 號(hào)線外側(cè)約6 m，距離S3號(hào)線接觸網(wǎng)距離約5.4 m。

3.2 吊裝吊點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)檢修小車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及吊裝方式，檢修小車拆除通過輔助吊裝扁擔(dān)整體吊裝拆除。吊裝扁擔(dān)采用鋼桁架桁架形式，橫向長度30 m，高1.8 m，寬度1.5 m，上部與起重設(shè)備吊鉤采用鋼絲繩連接，吊裝夾角60°，吊點(diǎn)橫向間距15 m。吊裝扁擔(dān)下通過吊帶連接檢修小車，吊帶從檢修小車主梁底部進(jìn)行纏繞兜吊。吊裝吊點(diǎn)布置見圖1所示。

圖1 吊裝吊點(diǎn)布置方案圖（mm）

3.3 吊裝鋼絲繩選型

由于上拱弦檢修小車自重大于上平弦檢修小車，同時(shí)各檢修小車吊裝吊具布置相同，故已上拱弦檢修小車為標(biāo)準(zhǔn)，選擇吊裝鋼絲繩及吊帶等吊具。

上拱弦檢修小車自重P1=260 kN，考慮小車加固桁架、輔助吊具、鋼絲繩、卡環(huán)等配件重量P2=140 kN，故總吊重取400 kN。通過吊裝扁擔(dān)4 點(diǎn)起吊吊裝檢修小車，吊裝角度60°，故單點(diǎn)吊重P=400 kN/4sin60°=115.5 kN，擬選擇直接φ 43 mm6×37+1 的鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度1 400 MPa，鋼絲破斷力破斷拉力T=799.9 kN,故冗余系數(shù)k=799.9/115.5=6.93＞5，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.4 吊帶選型及驗(yàn)算

單根吊帶最大反力為77.2 kN＜100 kN，擬選用10 t（安全系數(shù)1:6）的扁平型吊帶，吊裝扁擔(dān)擬通過7 根扁平型10 t吊帶連接兜吊檢修小車。由于吊帶連接采用平行吊籃式提升，檢修小車自重26 t,鋼絲繩及吊具自重考慮4 t,考慮1.4 倍的小車構(gòu)件及鋼絲繩等吊具自重荷載，2倍的保障系數(shù)，計(jì)算吊重＝84 t,單點(diǎn)垂直提升荷載＝840 kN/14=60 kN＜100 kN,滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，吊帶均選用安全系數(shù)1:6 的扁平型10 t 吊帶。

3.5 吊裝受力模型驗(yàn)算分析

3.5.1 計(jì)算參數(shù)

（1）荷載

根據(jù)圖紙及設(shè)計(jì)說明可知小車橫向長38 m，高4.9 m，重量約29 t。檢修小車及吊裝扁擔(dān)自重，支腿、欄桿、走行輪箱、吊籃、發(fā)電機(jī)平臺(tái)等荷載作為節(jié)點(diǎn)荷載或均布荷載加在檢修小車桁梁上。吊裝選擇在無風(fēng)或風(fēng)速較小時(shí)段進(jìn)行，故不考慮風(fēng)荷載作用。

（2）材料參數(shù)（見表1）

表1 材料參數(shù)

3.5.2 計(jì)算模型

采用結(jié)構(gòu)有限元軟件建立模型，吊裝扁擔(dān)與檢修車主梁采用7個(gè)吊帶連接，主梁各構(gòu)件采用梁單元模擬，吊帶采用受拉單元模擬，荷載以節(jié)點(diǎn)荷載形式加載在扁擔(dān)梁相應(yīng)的位置上（見圖2）。

圖2 吊裝扁擔(dān)梁模型圖

主要檢算吊裝工況：自重+荷載（按1.4倍系數(shù)計(jì)算）。

3.5.3 計(jì)算結(jié)果

3.5.3.1 吊帶受力情況

各吊帶反力分別為：77.2 kN、46.0 kN、53.8 kN、53.2 kN、53.8 kN、46.0 kN、77.2 kN，單根吊帶最大反力為77.2 kN＜100 kN。

3.5.3.2 吊裝扁擔(dān)受力情況

（1）豎向位移

吊裝扁擔(dān)最大豎向位移為9.636 mm，滿足要求。

（2）組合應(yīng)力

吊裝扁擔(dān)最大組合應(yīng)力63.0 MPa＜[σ]=170 MPa，滿足要求。

（3）弦桿

弦桿承受的最大內(nèi)力為：N=216.9 kN，滿足要求。

（4）腹桿

腹桿承受的最大軸力為：N=79.1 kN，滿足要求。

根據(jù)以上荷載和吊點(diǎn)情況，通過模型計(jì)算檢修小車吊裝各構(gòu)件符合受力要求。

4 拆除方案

考慮鐵路運(yùn)營作業(yè)時(shí)間限制，以及減少對鐵路營運(yùn)線的影響，本次檢修小車擬采取整體拆除，選用大型起重船和履帶吊機(jī)，分為水上和岸上兩個(gè)情況進(jìn)行，將檢修小車整體一次性吊離拆除。

4.1 陸上拆除方案

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，10號(hào)墩頂檢修小車位于陸地上，其重量約為18 t，考慮小車加固桁架、輔助吊具、鋼絲繩、卡環(huán)等配件重量約14 t，則總吊重為32 t；根據(jù)檢修小車實(shí)際所處位置及地形條件，工作半徑約28 m、最小吊高約70 m（檢修小車距地面約為53.5 m），此時(shí)鋼桁梁距履帶吊機(jī)吊臂最小距離為3 m。

查500 t 履帶吊機(jī)參數(shù)表知：其在副臂變幅工況下，主臂長度54 m，角度85°，副臂長度42 m，角度62°、工作半徑28 m的工況下，最大額定吊裝負(fù)荷為50.5 t，冗余系數(shù)k=50.5/32=1.58＞1.3，滿足規(guī)范要求；起升高度92 m，滿足檢修小車的吊離要求。

4.2 水上拆除方案

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，檢修小車有4 臺(tái)位于水上，其最大重量約為26 t，考慮小車加固桁架、輔助吊具、鋼絲繩、卡環(huán)等配件重量約14 t，則總吊重為約40 t。

根據(jù)工期進(jìn)度安排，擬在10 號(hào)墩頂檢修小車拆除結(jié)束后，進(jìn)行水上檢修小車拆除施工，采用1 000 t 浮吊進(jìn)行吊裝拆除，吃水深度3.2 m。該階段最低水位為1.88 m，最低水深5.3 m。根據(jù)實(shí)際所處位置及水文條件，吊離檢修小車的水平吊距約50 m、最小吊高約77 m；起重船站位及駁船布置如圖3、圖4所示。

圖3 1 000 t起重船站位立面示意圖（m）

圖4 江面浮吊布置圖(m)

1 000 t 起重船工作環(huán)境要求：風(fēng)力≤蒲氏7 級(jí)，有義波高≤1.0 m，流速≤3 m/s；查1 000 t 起重船參數(shù)表知：副鉤吊高78 m、吊幅為50 m 時(shí)，最大額定吊裝負(fù)荷為300 t，滿足檢修小車的吊離要求，冗余系數(shù)k=300/40=7.5＞1.3,滿足規(guī)范要求。

檢修小車拆除施工依次從南向北依次逐個(gè)拆除，即先拆除10#檢修小車（陸地），后逐漸拆除8#、6#、4#（水上）檢修小車。

5 結(jié)束語

通過此次大勝關(guān)長江大橋檢修小車拆除工程，摸索出了一套高速鐵路橋梁上部大型構(gòu)件整體吊裝拆除新技術(shù)，為應(yīng)對水上、陸上不同環(huán)境的吊裝作業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)為特大橋檢修小車的設(shè)計(jì)、安裝提出了新的要求。