跨運(yùn)營鐵路線橋梁安裝的可調(diào)式移動門架設(shè)計(jì)

劉中良，陳振山，呂 金

(1.山東高速路橋國際工程有限公司,山東 濟(jì)南 250014; 2.中國水利水電第八工程局有限公司,湖南 長沙 410004)

1 研究背景與意義

很多施工環(huán)境比較復(fù)雜,無法在現(xiàn)場進(jìn)行施工,需要門架的輔助,但現(xiàn)有的門架很難滿足需求。比如在運(yùn)營鐵路的密集市區(qū)狹小空間內(nèi)、建筑物距橋位太近的路段、小半徑曲線路段等特殊復(fù)雜施工環(huán)境和路段。不僅要考慮施工的進(jìn)度,還需考慮施工的安全性和協(xié)調(diào)性,施工的過程不能阻斷現(xiàn)有鐵路線的運(yùn)行以及對行車與乘客安全的保障。因此,傳統(tǒng)的門架無法滿足這些特殊的施工環(huán)境,需要一種新型的門架來滿足這些特殊的施工環(huán)境。當(dāng)今世界范圍城市橋梁呈規(guī)?；ㄔO(shè),各類公路、鐵路高架橋種類繁多,線路走向受制于自然地質(zhì)、社會既有建筑、土地權(quán)屬等多方面因素?；诖?在橋梁工程設(shè)計(jì)中需采取“避讓”原則或設(shè)計(jì)為懸臂結(jié)構(gòu),既能滿足橋梁整體設(shè)計(jì)線形要求,又能最大程度規(guī)避潛在沖突[1]。李學(xué)東[2]闡述現(xiàn)澆蓋梁支架施工技術(shù)的應(yīng)用要求,而后分別從測量施工放樣、地基處理、支架、搭設(shè)、底模板安裝鋼筋綁扎等環(huán)節(jié)對該技術(shù)的工藝要點(diǎn)進(jìn)行探討。李娟[3]橋梁現(xiàn)澆蓋梁工程施工過程中,比較常用的施工工藝為抱箍法和穿芯棒法,通過這兩種施工方法的合理應(yīng)用可以有效保證高速公路現(xiàn)澆蓋梁支架的施工質(zhì)量和穩(wěn)定性,但是對于大體積現(xiàn)澆蓋梁而言,上述方法無法保證蓋梁支撐施工的安全性,因此,通常情況下選用搭設(shè)支架的方式進(jìn)行施工,以此保證蓋梁施工質(zhì)量和穩(wěn)定性。楊建春[4]利用定型鋼模板加拉桿作為結(jié)構(gòu)成型體系,采用鋼管護(hù)欄及防護(hù)網(wǎng)作為安全防護(hù)措施,以形成蓋梁無支架施工的完整體系。張小華[5]采用一種新型的墩頂支撐系統(tǒng),進(jìn)行蓋梁中心節(jié)段現(xiàn)澆施工,施工時(shí)無須在橋下現(xiàn)場搭建支架,將支架系統(tǒng)部件在地面上組裝好后,整體吊起放置在橋墩頂部四個(gè)凹槽中。吳新印等[6]為解決橋梁裝配式施工中傳統(tǒng)混凝土蓋梁自重過大、整體吊裝困難的難題,提出全預(yù)制裝配式超高性能混凝土蓋梁的設(shè)計(jì)方案。張艷[7]介紹了廣西貴隆C04標(biāo)項(xiàng)目馬曹大橋跨石油管線、國道G322一號分離橋跨國道門架墩這2處預(yù)應(yīng)力蓋梁支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工。現(xiàn)澆支架采用鋼管貝雷,支架的最大特點(diǎn)是鋼管立柱斜置,支架基礎(chǔ)采用“永臨結(jié)合”方式?；谥Ъ苁┕る[患防治技術(shù),分析總結(jié)斜腿鋼管柱的下料、節(jié)點(diǎn)焊接、支架拼裝、支架預(yù)壓、鋼絞線張拉存在的問題及處理措施,為后期類似的斜腿鋼管支架提供借鑒。目前,根據(jù)這些研究,通過對高速公路跨線橋梁施工中,采用組合式H型鋼門式支架施工技術(shù),從而解決上跨匝道橋及近鄰的營運(yùn)線路橋梁上下空間受限等技術(shù)難題,門式剛架系統(tǒng)可應(yīng)用于工程項(xiàng)目的支撐與防護(hù)系統(tǒng)用于橋梁、地鐵等建設(shè)中。采用簡易門式支架代替滿堂式腳手架施工盾構(gòu)井、軌排井,解決軌行區(qū)各專業(yè)交叉施工的影響,極大節(jié)省了施工成本和工期。同時(shí)在高速公路跨線橋的施工中一般采用貝雷梁,但是貝雷梁的自身高度比較大很可能不滿足凈高的要求,但是門式支架的自升高度較小因此比較容易滿足凈高的要求[8],本論文依托實(shí)際工程對移動門架設(shè)計(jì)方案進(jìn)行相應(yīng)闡述,該方案不僅可以有效提高施工效率,降低安全風(fēng)險(xiǎn),而且具有降低勞動強(qiáng)度和節(jié)約人力資源與物力資源的特點(diǎn)。

2 移動門架設(shè)計(jì)重點(diǎn)難點(diǎn)

1)主梁旋轉(zhuǎn)彎折:主梁彎折需不小于90°,主梁彎折后固定段主梁與調(diào)節(jié)段主梁的組合寬度應(yīng)能在兩個(gè)墩柱間通過。2)移動門架支腿彎道行走:當(dāng)橋梁設(shè)計(jì)存在曲線段,移動門架走行軌按照既有火車軌道偏移所得。3)主梁就位:橋位在進(jìn)入、離開既有鐵路線,承重主梁與蓋梁存在夾角,移動門架一側(cè)支腿走行至墩柱中心線時(shí),另一側(cè)無法就位,需特殊設(shè)計(jì)。

3 工藝原理

3.1 工作裝置

使用可調(diào)式移動支撐門架系統(tǒng),組裝與維修方便,可以重復(fù)使用,能在狹窄空間移動和升降,適應(yīng)能力強(qiáng),保證橋梁蓋梁施工不間斷作業(yè)和運(yùn)營鐵路線安全。

3.2 工藝原理與操作

可調(diào)式移動支撐門架系統(tǒng)可以在騎跨鐵路線上走行,走行過程中不但可以根據(jù)實(shí)際的施工環(huán)境對門架橫梁進(jìn)行橫向的長度調(diào)整;而且還可以實(shí)現(xiàn)豎直方向的高度調(diào)整。在走行軌道兩側(cè)空間不足的情況下,門架橫梁為伸縮式的;在直線路段,位于兩個(gè)軌道上的臺車同頻走行,實(shí)現(xiàn)門架系統(tǒng)的整體走行,在曲線路段,位于同側(cè)軌道的臺車同頻行走,同時(shí)位于不同軌道的臺車不同頻行走。伸縮梁由設(shè)置于主梁和橫梁框架上的驅(qū)動裝置驅(qū)動實(shí)現(xiàn)伸縮梁的伸出和縮回。走行過程中,通過控制門架支腿的高低來實(shí)現(xiàn)門架橫梁的頂升和下降。門架支腿頂升時(shí),液壓油缸的伸縮桿處于縮回的狀態(tài),使用銷軸通過橫梁銷孔和導(dǎo)柱銷孔將頂升橫梁和導(dǎo)柱進(jìn)行固定,同時(shí),拔出固定銷孔內(nèi)的銷軸,操作液壓油缸的伸縮桿伸出,帶動導(dǎo)柱上升,當(dāng)導(dǎo)柱上升到指定高度后,將橫梁銷孔內(nèi)的銷軸拔出,縮回液壓油缸的伸縮桿,頂升橫梁下移;之后重復(fù)上面的操作;最終通過門架支腿將門架橫梁頂升到合適的位置。走行過程中,如果移動門架系統(tǒng)的走行軌道與待建蓋梁不垂直,導(dǎo)致門架一側(cè)走行就位后,另一側(cè)無法正常就位,加裝轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。從而可適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境施工作業(yè)而不中斷交通,比如在騎行運(yùn)營鐵路的密集市區(qū)狹小走廊帶架設(shè)橋梁、路側(cè)建筑物距橋位太近的路段、小半徑曲線路段等特殊復(fù)雜環(huán)境施工路段,從而保障橋梁施工的安全性和協(xié)調(diào)性?？烧{(diào)式移動支撐門架系統(tǒng)原理圖如圖1—圖3所示。

4 走行支腿設(shè)計(jì)

走行支腿由基礎(chǔ)及軌道、頂升系統(tǒng)、門架支腿、支腿頂部轉(zhuǎn)盤四部分組成,以下將結(jié)合具體項(xiàng)目對走行支腿設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的闡述。

4.1 基礎(chǔ)及軌道設(shè)計(jì)

4.1.1 基礎(chǔ)與軌道選擇

該項(xiàng)目采用管樁基礎(chǔ),管樁間距3 m,直徑610 mm,壁厚10 mm,長9 m;管樁頂面凹槽內(nèi)為雙拼32b工字鋼軌道走行梁。如圖4所示采用P43鋼軌。軌道、走行梁及管樁,施工時(shí)采用拆后補(bǔ)前的方式。

軌道按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》中表3-8-16選擇P43型鋼軌滿足使用要求(見表1)。

表1 軌道選擇

4.1.2 軌道定位

軌道定位有橋梁設(shè)計(jì)線偏移、鐵路軌道偏移兩種方式,兩種方式分別在軌道平行以及橋梁彎曲時(shí)采用不同的定位方式。

1)橋梁設(shè)計(jì)線偏移:為保證移動門架順利在墩柱間通過,橋梁設(shè)計(jì)線與現(xiàn)有鐵路線基本平行段落以橋梁設(shè)計(jì)線偏移所得,承重主梁與蓋梁平行,主梁能順利就位。

2)鐵路軌道偏移:橋梁進(jìn)入、離開鐵路線以及橋梁平曲線段以鐵路最外側(cè)軌道線為基準(zhǔn)向兩側(cè)偏移得到。承重主梁與蓋梁不平行,主梁與蓋梁之間的最大角度為5.0°,需采取相應(yīng)措施,主梁方能順利就位。

4.2 走行支腿

為提高整體穩(wěn)定性,采用可伸縮式支腿,通過調(diào)節(jié)移動門架支腿高度滿足蓋梁施工。在日常的施工中門式支架主要使用密布支架和鋼管柱等[9]。該項(xiàng)目采用梯形桁架結(jié)構(gòu),均為剛性支腿,支腿高8 m,13 m,縱向輪間距6.9 m;8 m支腿主桁架采用直徑273 mm鋼管,壁厚10 mm;13 m支腿主桁架采用直徑355 mm鋼管,壁厚10 mm;支腿底部聯(lián)系梁采用雙拼32號槽鋼,支腿如圖5所示。

4.2.1 支腿高度選擇

22型硬座車的車頂距軌面高度4 283 mm,空調(diào)機(jī)組距軌面高度4 768 mm;根據(jù)鐵路軌頂至設(shè)計(jì)蓋梁底的凈空,考慮移動門架主梁頂部盤扣支架在走行過程中的穩(wěn)定性及支架高寬比等規(guī)范要求,擬定盤扣支架組合高度不小于5 m。走行門架支腿高度取8 m,13 m兩種。

4.2.2 支腿寬度選擇

現(xiàn)有鐵路線為雙行線,滿外寬6.44 m,施工安全距離距鐵路線最外側(cè)鐵軌不小于2.1 m;主梁調(diào)節(jié)段旋轉(zhuǎn)90°后,支腿中心線距主梁端部長4.4 m;考慮門型墩柱內(nèi)側(cè)與走行支腿之間施工通道設(shè)置,移動門架軌道間距取12.25 m。

4.2.3 支腿動力

為適應(yīng)曲線彎道行駛,走行電機(jī)采用變頻器控制,通過調(diào)整變頻器參數(shù)控制兩側(cè)支腿的走行速度以適應(yīng)彎道行駛。

4.3 支腿頂升系統(tǒng)

移動門架支腿底部聯(lián)系梁為雙拼背對背32號槽鋼,中間設(shè)50 t液壓頂升千斤頂(見圖6),便于支腿頂升,頂升最大高度100 cm,使主梁高于鋼管柱支架頂部牛腿的MEG滑板,調(diào)直并固定主梁;下落千斤頂使主梁落在滑板上。

5 承重主梁

設(shè)置在墩柱前后兩側(cè),共2根,采用箱型結(jié)構(gòu),斷面尺寸110 cm×200 cm。主梁分中間固定段、左側(cè)調(diào)節(jié)段、右側(cè)調(diào)節(jié)段三部分,調(diào)節(jié)段主梁與固定段主梁采用鉸接,伸縮結(jié)構(gòu),采用精軋螺紋連接固定,調(diào)節(jié)段主梁接長采用栓接結(jié)構(gòu)。中間固定段長11.75 m,下設(shè)行走支腿及走行機(jī)構(gòu);兩側(cè)調(diào)節(jié)段長度根據(jù)蓋梁長度增長或縮短。

6 主梁支撐鋼管柱支架

當(dāng)墩柱中心跨徑分別在小于31 m以及大于31 m時(shí)采用兩種不同的工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

墩柱中心跨徑不大于31 m時(shí),設(shè)置2排4根管柱;設(shè)置于左、右墩柱前后兩側(cè)的承臺頂面,直徑610 mm,壁厚12 mm。柱頂設(shè)栓接牛腿梁,牛腿梁頂面設(shè)MEG滑板。兩鋼管柱及柱頂牛腿梁采用精軋螺紋對拉固定于墩柱上(見圖7)。

墩柱中心跨徑大于31 m時(shí),墩柱前后兩側(cè)分別設(shè)置兩根鋼管,并在支腿與墩柱之間空間較大的一側(cè)設(shè)置管柱,管樁采用雙樁+承臺基礎(chǔ),樁徑1 m,樁長15 m。移動門架主梁鋼管柱支撐位置為安裝位置,需提前施工樁基及承臺,并將鋼管柱牢靠固定于承臺上。

主梁頂部的盤扣支架墊梁型鋼兩端設(shè)置防護(hù)欄桿,欄桿底部設(shè)置20 cm高防落踢腳板;盤扣支架外側(cè)設(shè)置鋼板型鋼施工平臺;外側(cè)支架向內(nèi)第一排方格加防落木膠板;主梁之間底部設(shè)置檢修及工作平臺;使主梁底面至頂層施工平臺形成一個(gè)封閉空間,防止人員及散物掉落。管理與墩柱間固定設(shè)計(jì)圖如圖8所示。

7 盤扣支架

主梁上設(shè)置HW255盤扣支架縱向墊梁,墊梁長12 m,間距0.9 m,H鋼上部設(shè)盤扣支架,橫向步距0.9 m×0.9 m,豎向步距1.5 m。豎向組合高度根據(jù)蓋梁底面至主梁頂面的凈距配置盤扣支架及可調(diào)頂托,為保證移動門架走行過程中盤扣架體的穩(wěn)定性,底托焊接于縱向墊梁頂面。

8 結(jié)語

移動門架是一種新型的橋梁施工方式,相對于其他方式而言,在橋梁等的施工中有著非常多的優(yōu)點(diǎn),大大減小了安裝以及拆卸等復(fù)雜的施工量,提高了施工的效率,減少了造價(jià),其在以后的施工方案中是一種非常不錯(cuò)的選擇。同時(shí)在城市地鐵設(shè)計(jì)時(shí)一般采用盾構(gòu)法施工而門式剛架在這種施工方法中也扮演著重要角色。與同規(guī)模碗扣式支架相比,可節(jié)約支架材料20% (材料用量:碗扣式支架25 kg/m3空間,門式支架20 kg/m3空間),降低了工程成本。

1)針對橋梁施工空間,以及騎行運(yùn)營鐵路線施工作業(yè)的安全、質(zhì)量、效率多重保障需求,采用可調(diào)式移動支撐門架系統(tǒng)以及騎行運(yùn)營鐵路線環(huán)境下橋梁蓋梁施工方法,實(shí)現(xiàn)了在狹窄的走廊帶與騎行運(yùn)營鐵路線保障安全的基礎(chǔ)上橋梁施工,工期得以縮短,質(zhì)量提升。

2)與普通碗扣支座基礎(chǔ)和鋼管柱基礎(chǔ)相比,采用高強(qiáng)度門式支座,整體裝配速度快。節(jié)約工期,降低人工成本,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。高強(qiáng)度碗扣式垂直構(gòu)件是軸向承載的,與緊固件類型相比,承載力大大提高。對于安裝支架的空間體積來說,單位高強(qiáng)度活套支架的數(shù)量比普通活套鋼管支架少40%。

3)可以減少橋梁施工中臨時(shí)結(jié)構(gòu)與材料的大量消耗,同時(shí)可以使用可拆卸、多次循環(huán)使用的可調(diào)式移動支撐門架系統(tǒng)拓展橋梁施工的范圍和區(qū)域,對于節(jié)省土地資源等層面均有積極作用,具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益。

4)由于安裝快速簡單,人工成本大大降低。在相同施工條件下,人工成本比普通碗腳手架的安裝成本低50%。與機(jī)器架設(shè)的鋼管柱支撐基礎(chǔ)相比,無需機(jī)械設(shè)備,降低了成本。