烏龍江特大橋門式墩鋼蓋梁上跨既有線拼裝施工研究

宋賓磊

(中鐵十八局第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

隨著國內(nèi)交通事業(yè)的不斷發(fā)展完善，橋梁工程施工技術(shù)也在不斷提高?，F(xiàn)代交通線路縱橫交錯，在實際施工中難免會遇到跨越既有線路的情況，這時如何在不影響既有線路正常運行的情況下安全高效地完成橋梁拼裝施工是重中之重[1]。本文結(jié)合烏龍江特大橋上跨既有線鋼蓋梁拼裝施工對此問題展開詳細論述。

1 工程概況

烏龍江特大橋是福平鐵路FPZQ-1標段的重點控制性工程，其長度為739.9 m，主跨為432.0 m，該橋是我國首座高低塔不對稱鐵路斜拉橋。且烏龍江特大橋為門式墩鋼蓋梁設(shè)計，采用插入式連接，門式墩鋼梁跨徑(墩柱中心距)為29.3 m，鋼梁采用箱型截面，梁高2.8 m，寬度3.0 m。鋼柱截面同為箱型，尺寸3.8 m×3.0 m。門式墩鋼梁頂板全長33.1 m，底板全長33.2 m。單個鋼蓋梁總重3#門式墩267.8 t，4#門式墩276.1 t，單個鋼立柱重51.9 t，需單獨吊裝的鋼蓋梁重185 t。門式墩與既有線呈90°夾角，且3#、4#門式墩吊裝施工在相對于杭深線福州南至福清區(qū)間影響K885+710-K885+810上下行，門式墩與既有鐵路線關(guān)系如圖1所示。

圖1 門式墩與既有鐵路線關(guān)系圖

2 施工的重點及難點

工程上跨既有鐵路線(杭深線)，該線路的行車速度快且密度比較大，天窗作業(yè)時間有限，再加上門式墩與既有鐵路線距離比較近，施工空間小，鋼蓋梁重達185 t，跨徑達29.3 m，自重大，跨徑長，吊裝施工風險高，安全控制工作難度大。

鋼立柱和門式墩上的預(yù)埋法蘭為焊接及螺栓連接，對吊裝就位的精度要求高，無形中也增大了吊裝難度[2]。

3 拼裝施工過程

3.1 鋼蓋梁制作

烏龍江特大橋3#門式墩及4#門式墩的鋼蓋梁均采用分段預(yù)制，即將鋼蓋梁分為3個階段進行預(yù)制生產(chǎn)，橫向分為2個塊體、立柱預(yù)埋段分為2個階段，具體見圖2、圖3。該項目的鋼蓋梁主要組成內(nèi)容包括頂板、底板、腹板、縱肋、加勁板及支座墊板等。為了確保鋼蓋梁的制造質(zhì)量及幾何精度，采取了分單元制造，并用機械對主要零件的焊接邊緣進行加工處理[3]。并對各零件外露的邊緣做了精密切割，控制主要零件的表面粗糙度≤25 μm，且不能有崩坑；次要零件的表面粗糙度≤50 μm，允許1 000 mm長度范圍內(nèi)出現(xiàn)1處1 mm的崩坑；塌角圓角半徑≤1 mm；切割面垂直度≤0.05倍板厚，且不能超過2 mm。

圖2 3#門式墩節(jié)段劃分圖

圖3 4#門式墩節(jié)段劃分圖

3.2 鋼立柱安裝定位施工

鋼立柱和承臺采用預(yù)埋螺栓方式進行連接，螺栓直徑為60 mm，預(yù)埋螺栓布置情況如圖4所示。因為預(yù)埋式地腳螺栓需在鋼蓋梁吊裝施工中動態(tài)進行，鋼梁標高及軸線控制難度大，所以在預(yù)埋螺栓的同時，也用鋼板鉆孔以對螺栓進行定位及控制，定位鋼板的鉆孔直徑為64 mm，并配有相應(yīng)尺寸的墊片，以便調(diào)整定位鋼板滿足施工要求[4]。接著在預(yù)埋螺栓定位鋼板底部用砂漿找平，并在每塊定位鋼板上設(shè)有4個角點，以便在安裝定位鋼板過程中用水準儀及水平尺進行標高控制。此外，在墩頂預(yù)埋環(huán)形鋼板外緣設(shè)置8處限位卡板，卡板內(nèi)緣形成杯口形式，另設(shè)8根2.5 m長的20型鋼埋于墩柱內(nèi)，鋼梁立柱就位時通過此裝置結(jié)合鏈條葫蘆、千斤頂、撬棍等進行精調(diào)、定位。待鋼構(gòu)件就位后將兩鋼板對齊，采用預(yù)埋螺栓擰緊與焊接固定形式，鋼柱腔內(nèi)利用小型鋼、鋼板與鋼柱焊接，起到臨時固結(jié)的作用[5]。

圖4 預(yù)埋螺栓布置示意圖

3.3 吊裝施工

3.3.1 吊裝準備

1)因為此次吊裝作業(yè)噸位比較大，達755 t(即吊裝工況自重(含配重等)557 t+鋼蓋梁)，對地基承載力要求高，不小于190 kPa。所以，提前用挖掘機將施工范圍內(nèi)表層雜土及部分溝渠填實，并采用振動壓路機振動碾壓，又用C20混凝土對地面做了硬化處理，厚度為20 cm，以確保450 t履帶吊吊裝作業(yè)要求。同時，為了減小吊裝時的對地壓強，在現(xiàn)場放置6塊厚3.0 m、長6.0 m、寬1.5 m的路基箱。

2)在杭深線下行側(cè)搭設(shè)長40 m、寬15 m的鋼蓋梁拼裝平臺，將預(yù)制好的鋼蓋梁及鋼立柱運至現(xiàn)場，并用200 t汽車吊卸到指定位置。

3)檢查鋼立柱、鋼蓋梁、吊耳、支座等構(gòu)件的質(zhì)量，確保尺寸合適、預(yù)埋孔位置準確[6]。

4)吊裝設(shè)備就位，即將450 t履帶吊安裝就位，并檢查吊機性能及各類吊具質(zhì)量，確保其均符合吊裝工作要求。

5)因為此上跨既有鐵路線吊裝施工可用的天窗時間有限，所以對各工序用時做了嚴格的計劃安排。具體如下：停電封鎖施工命令下達(2 min)→防護、掛設(shè)地線同步完成鋼立柱底座的掛索等待起吊(10 min)→鋼立柱底座起吊旋轉(zhuǎn)(30 min)→鋼立柱底座螺栓孔對位調(diào)整(55 min)→安裝鋼立柱底座螺栓螺帽進行立柱固定(20 min)→鋼蓋梁(鋼立柱)焊接固定檢查(20 min)→拆除卸扣(30 min)→吊機大臂旋出(20 min)→撤銷接地線、線路檢查、防護人員撤離、銷記(13 min)，共計180 min。

3.3.2 現(xiàn)場吊裝施工

該項目中，門式墩為整體制造結(jié)構(gòu)，鋼立柱為單獨制作，待對門式墩、鋼立柱做質(zhì)量檢測及防腐處理達到設(shè)計要求后，運到現(xiàn)場，用200 t汽車吊進行前期組裝，用450 t履帶吊進行3#、4#門式墩鋼立柱及鋼蓋梁的各節(jié)段拼裝，且是從線路左側(cè)進行吊裝。鋼蓋梁在工廠分段預(yù)制，現(xiàn)場拼裝后利用鐵路封鎖點時間分別進行立柱及主橫梁吊裝就位[7]。右側(cè)立柱3#墩、4#墩從左側(cè)上跨既有線路吊裝4 鉤，占用4 個天窗點，3#、4#主橫梁各吊裝1 勾共占用2 個天窗點，吊裝完成共需6 個天窗點。具體吊裝施工工藝如圖5所示。

圖5 吊裝施工工藝流程

1)試吊

為了確保吊裝施工的質(zhì)量及安全，正式吊裝作業(yè)前，用主鉤按最不利工況對鋼立柱及鋼梁進行試吊，以檢驗吊裝作業(yè)指揮系統(tǒng)、地基承載力、吊機性能、索具等是否滿足實際吊裝施工要求[8]。實際試吊時，在鋼梁四角設(shè)置纜風繩，并安排專人進行牽引，再由吊裝指揮人員指揮吊車緩慢起吊，并在離開胎架0.5 m 時暫停，由安全負責人對履帶吊各工況儀表、吊鉤、鋼絲繩進行檢查，技術(shù)負責人對鋼梁吊點處變化情況進行檢查。均無異常情況后，450 t履帶吊往吊裝站位方向移動不少于2 m，將履帶吊大臂旋轉(zhuǎn)至吊裝工況角度停吊，檢查各工況是否正常，確認無誤后由指揮人員下達下落指令，試吊完成，落梁采用方木支墊牢固。

2)鋼蓋梁吊裝

第一步：布置吊機。根據(jù)各墩與既有設(shè)備接觸網(wǎng)立柱和回流線的位置關(guān)系，進行吊機布置，保證吊機滿足最小的作業(yè)半徑和臂長，履帶吊位于3#、4#門式墩承臺間的處理后的地基面上，履帶吊機中心離門式墩中心距離為15.5 m，履帶吊機中心離門式墩柱邊距離為12.0 m，距門式墩承臺6.3 m，吊機臂長54.0 m。鋼蓋梁采用兩吊索的夾角為60°。吊點最大高度：43.1 m(其中13.7 m為地基面至鋼箱梁上平面距離；16.4 m為鋼箱梁上平面至吊鉤距離；13.0 m為吊鉤至吊臂頂點安全距離)。吊裝4#門式墩右側(cè)接柱及3#、4#門式墩鋼蓋梁時履帶吊需要在外側(cè)站位利用超起工況將鋼梁吊起，然后利用起重臂在吊車側(cè)位緩慢行走(速度控制在0.20 km/h以下)至安裝站位，行走距離10 m。

第二步：杭深線上行側(cè)鋼立柱吊裝?？紤]到吊裝施工中易受到沿線接觸網(wǎng)電桿及門式墩立柱影響，實測接觸網(wǎng)桿高度為11.5 m，為確保施工安全，則需將吊物在旋轉(zhuǎn)至就位處正上方前吊至離接觸網(wǎng)頂13 m處，因此，設(shè)定450 t履帶吊吊裝半徑為30 m，主臂長54 m、額定起重量 74 t。下達線路停電封鎖命令后，先是用450 t履帶吊對4#墩杭深線上行側(cè)鋼立柱底座進行第一吊吊裝，即用450 t履帶吊將4#墩杭深線上行側(cè)鋼立柱底座緩慢吊離地面，待鋼立柱底座到達指定位置后，并順時針緩慢緩慢下放就位，擰緊固定螺栓將鋼立柱底座安裝牢固(見圖6)。按照同樣的方法將4#墩杭深線上行側(cè)鋼柱、3#墩杭深線上行側(cè)鋼柱吊裝到位，并安裝牢固。

圖6 4#墩鋼立柱第一吊吊裝示意圖

第三步：杭深線下行側(cè)鋼立柱吊裝。這一步吊裝施工為鄰近既有線施工，不需要上跨既有線吊裝。3#墩、4#墩左側(cè)(下行線)鋼立柱每個墩1吊，下行線鋼立柱完成吊裝共需要2吊。因此設(shè)定450 t履帶吊按照吊裝半徑為12 m、主臂長54 m、額定起重量185 t進行吊裝作業(yè)。先是將3#墩杭深線下行側(cè)鋼立柱吊至承臺上，并順時針緩慢下放就位(見圖7)。然后按同樣方法將4#墩杭深線下行側(cè)鋼立柱吊裝就位。

圖7 3#墩杭深線下行側(cè)鋼柱吊裝示意圖

第四步：鋼蓋梁吊裝。由于3#及4#鋼梁重達185 t，吊鉤、鉤繩、吊索具、吊耳共重9.8 t，吊裝作業(yè)難度大，為保障吊裝施工安全，設(shè)定450 t履帶吊按照160 t 尾部配重、40 t 中心壓重、16 m 超起半徑、250 t 超起配重、18 m 作業(yè)半徑、主臂長42 m、額定起重量303 t進行施工。即先是將鋼梁吊離地面0.5 m，并吊至臨時臺座上，待鋼梁穩(wěn)定后，再次起吊至鋼梁底部越過側(cè)墩，再順時針將鋼梁慢慢回轉(zhuǎn)對準位置，并緩慢下放梁體。待鋼梁降落至距支座500 mm處停止下放，等鋼梁穩(wěn)定后再繼續(xù)緩慢下放，并安排專業(yè)技術(shù)人員輔助梁體準確就位。然后檢查鋼梁和支座之間是否密貼，若沒有密貼，可用厚度1 mm或2 mm等鋼片墊實，同時安排技術(shù)人員焊接地鋼筋[9]。鋼蓋梁吊裝示意圖如圖8所示。

圖8 鋼蓋梁吊裝示意圖

3.4 現(xiàn)場焊接固定

待鋼蓋梁吊裝就位后，在鋼柱頂部焊接作業(yè)平臺對鋼橫梁及墩頂上支座鋼板進行高空焊接，并在鋼立柱端口上順縱向方向設(shè)置4塊限位鋼板，以起到臨時固結(jié)的作用[10]。安排4名焊工按單面坡口(坡口45°)進行焊接，焊接方式為富氬混合氣體保護焊，反面設(shè)有鋼襯墊。同時，為防止焊渣掉入既有線內(nèi)，提前在鋼立柱四周用鋼管+竹膠板設(shè)置了圍擋。焊接完工24 h后，且外觀檢驗也合格之后，用超聲波進行了質(zhì)量檢驗，均達到Ⅰ級質(zhì)量標準。

3.5 摘鉤

待鋼蓋梁與門式墩牢固連接后，由現(xiàn)場負責指揮架梁施工的人員下達摘鉤命令，然后450 t吊機緩慢收好繩并轉(zhuǎn)臂。

3.6 清理現(xiàn)場

現(xiàn)場施工人員都完成負責的施工任務(wù)后，對現(xiàn)場進行清理，并離開高空作業(yè)平臺，將吊機等施工移至指定地點。

4 結(jié)論

1)烏龍江特大橋右線3#、4#門式墩鋼蓋梁上跨既有線工程，通過應(yīng)用450 t履帶吊+200 t汽車吊、鋼蓋梁分段預(yù)制、分段吊裝、合理利用天窗時間等措施，有效解決了繁忙、復(fù)雜、擁擠環(huán)境下的大跨度、大質(zhì)量門式墩鋼蓋梁拼裝施工難題，3#、4#門式墩鋼蓋梁吊裝施工均控制在了180 min內(nèi)完成，為整個烏龍江特大橋項目高效優(yōu)質(zhì)建設(shè)完工奠定了堅實基礎(chǔ)。烏龍江特大橋作為我國首座大跨度四線鐵路高低塔混合梁斜拉橋，其建成通車有著里程碑式的意義。

2)當在橋梁工程施工中遇到跨越既有線的情況時，相關(guān)施工人員必須要深入現(xiàn)場調(diào)查和掌握好既有線行車密度、現(xiàn)場環(huán)境等，再結(jié)合橋梁實際情況及工期要求，制定可行的施工技術(shù)方案，合理利用天窗時間，盡可能減小對既有線正常運行的影響，并根據(jù)施工流程規(guī)范施工，嚴格控制施工過程質(zhì)量及安全，促使橋梁工程最終取得預(yù)期的效果及效益。