李華月

(中鐵二局集團(tuán)新運(yùn)工程有限公司，四川成都 610036)

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運(yùn)架一體機(jī)架設(shè)鐵路整孔箱梁施工技術(shù)

李華月

(中鐵二局集團(tuán)新運(yùn)工程有限公司，四川成都 610036)

WE-SC900H型運(yùn)架一體機(jī)主要針對(duì)群隧地段900噸級(jí)整孔箱梁運(yùn)輸和架設(shè)施工技術(shù)，介紹了運(yùn)架一體機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理、施工工藝、架橋機(jī)穩(wěn)定性、橋梁穩(wěn)定性、過(guò)現(xiàn)澆段架梁，確保設(shè)備使用安全。

運(yùn)架一體機(jī)； 工藝； 施工技術(shù)

近年來(lái)，國(guó)家高速鐵路發(fā)展逐漸向山區(qū)轉(zhuǎn)移，由于受隧道的影響，原有的運(yùn)架分離式設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足穿越隧道運(yùn)架梁施工需要，本文通過(guò)對(duì)運(yùn)架一體機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理、施工工藝、架橋機(jī)穩(wěn)定性、施工中橋梁穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化，確保設(shè)備使用安全。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

WE-SC900H型運(yùn)架一體機(jī)由運(yùn)架梁機(jī)(簡(jiǎn)稱主機(jī))和導(dǎo)梁機(jī)兩獨(dú)立機(jī)體組成，主機(jī)可分為主結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓平衡系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)；導(dǎo)梁機(jī)可分為導(dǎo)梁、輪組走行平臺(tái)、架梁小車、滾輪支腿等部分。運(yùn)架一體機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

1-主梁 2-動(dòng)力室 3-絞車 4-走行機(jī)構(gòu) 5-吊梁裝置 6-導(dǎo)梁 7-架梁小車 8-前鼻梁 9-滾輪支腿圖1 運(yùn)架一體機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意

WE-SC900H型運(yùn)架一體機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 WE-SC900H型運(yùn)架一體機(jī)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 主要工作原理

2.1 架梁工作原理

運(yùn)架一體機(jī)將運(yùn)梁設(shè)備和架梁設(shè)備整合為一體，實(shí)現(xiàn)了取梁、運(yùn)梁和架梁作業(yè)。運(yùn)架作業(yè)一機(jī)完成，且主機(jī)高度滿足穿越隧道地域橋梁架設(shè)。架梁工作原理是將導(dǎo)梁機(jī)作為被架橋墩之間的橋梁，支撐主機(jī)攜梁運(yùn)行到待架橋位，抽出導(dǎo)梁后把混凝土箱梁落放在待架橋墩頂上。

2.2 提梁機(jī)工作原理

為使梁吊運(yùn)過(guò)程中不受扭，主機(jī)前端的兩臺(tái)絞車用一根通繩使前端兩吊具作用力一致，主機(jī)后端兩絞車分別用一根鋼絲繩通過(guò)定、動(dòng)滑輪作用，主機(jī)前端、后端形成“三點(diǎn)”確定平面。每個(gè)絞車都在閉環(huán)控制下工作，當(dāng)絞車同步運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)不斷校正每臺(tái)絞車轉(zhuǎn)速使其與其它絞車同步，保持梁體平衡。

3 箱梁架設(shè)工藝流程

運(yùn)架一體機(jī)箱梁架設(shè)施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 運(yùn)架一體機(jī)箱梁架設(shè)施工工藝流程

4 架橋機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算

架橋機(jī)出廠時(shí)，雖然生產(chǎn)廠家對(duì)幾種通用梁型的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，但針對(duì)具體的梁型，因梁重、跨度、橋的坡度等因素不同，在使用中應(yīng)進(jìn)行選擇性的計(jì)算，架梁過(guò)程中進(jìn)一步了解架梁過(guò)程中架橋機(jī)的穩(wěn)定性，減少不利施工荷載。

5 橋梁強(qiáng)度計(jì)算

5.1 運(yùn)梁通過(guò)時(shí)對(duì)梁的作用

5.1.1 攜梁走行時(shí)梁體受力分析

(1)運(yùn)架一體機(jī)攜梁(350 km/h無(wú)砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])走行時(shí)對(duì)輪胎對(duì)應(yīng)的梁面的作用位置及荷載示意見(jiàn)圖3。

圖3 攜梁走行時(shí)輪胎對(duì)應(yīng)的梁面的作用位置及荷載(單位:mm)

(2)計(jì)算中考慮運(yùn)架一體機(jī)走行過(guò)程中±200 mm的走偏量，運(yùn)架一體機(jī)走行及架設(shè)過(guò)程中的動(dòng)力系數(shù)取1.05。

5.1.2 攜梁走行時(shí)對(duì)梁計(jì)算結(jié)論

運(yùn)架一體機(jī)攜梁(350 km/h無(wú)砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])走行時(shí)，主梁檢算的各項(xiàng)指標(biāo)及局部應(yīng)力均滿足TB 10002.3-2005《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3，驗(yàn)算通過(guò)。

表2 運(yùn)架一體機(jī)攜梁走行工況下主梁縱向計(jì)算的各項(xiàng)控制指標(biāo)

5.2 架梁作業(yè)時(shí)橋墩強(qiáng)度計(jì)算

架橋機(jī)進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)對(duì)橋墩的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，但針對(duì)不同的施工線，設(shè)計(jì)橋墩的不同，架橋機(jī)進(jìn)場(chǎng)要以設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，通

表3 運(yùn)架一體機(jī)攜梁走行工況下主梁橫檢算的控制指標(biāo) mm

過(guò)架設(shè)時(shí)的支反力驗(yàn)算橋墩的強(qiáng)度、穩(wěn)定性計(jì)算。以湘貴線橋墩為例進(jìn)行計(jì)算。

5.2.1 計(jì)算模型建立條件

不考慮橋墩的自重影響，根據(jù)架梁工況取支反力最大值，支腿中心距離橋墩中心線距離為0.845 m，壓力荷載為800 t，支腿對(duì)墩的側(cè)向載荷為14 t。

設(shè)橋墩高度為H，當(dāng)800 t×0.845 m≥14 t×H，即H≤48.28 m時(shí)，支腿側(cè)向力不會(huì)對(duì)橋墩造成影響。

5.2.2 有限元模擬計(jì)算

為了能直觀反映支腿站位和預(yù)埋件對(duì)橋墩的影響，使用有限元ANSYS軟件對(duì)橋墩進(jìn)行分析。

(1)支腿對(duì)橋墩的壓力: 200 t(單個(gè)支點(diǎn)，共4個(gè))。

(2)預(yù)埋件的拉力: 40 t(單根拉力)。

(3)支腿對(duì)橋墩的側(cè)向載荷: 14 t。

在不考慮橋墩自重、風(fēng)載荷、地震載荷的影響，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 橋墩綜合應(yīng)力應(yīng)變

計(jì)算中未有發(fā)現(xiàn)模型出現(xiàn)開(kāi)裂、壓碎現(xiàn)象，因此，預(yù)埋件和支腿壓力不會(huì)對(duì)橋墩產(chǎn)生影響(圖4)。

圖4 用有限元ANSYS軟件對(duì)橋墩進(jìn)行分析各種應(yīng)力、應(yīng)變

5.3 采用油頂作臨時(shí)支撐回撤過(guò)孔對(duì)梁底的影響計(jì)算

運(yùn)架一體機(jī)落梁就位臨時(shí)支撐后，并在支座灌漿錨固前回撤過(guò)孔時(shí)，采用油頂作臨時(shí)支撐、由于梁重、主機(jī)的重量對(duì)支撐位梁體反作用力，使梁體受影響，需驗(yàn)算梁體支撐位受力情況，以32 m、24 m整孔箱梁(350 km/h無(wú)砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])為例說(shuō)明。

5.3.1 計(jì)算模型建立條件

運(yùn)架一體機(jī)落梁就位臨時(shí)支撐后，并在支座灌漿錨固前回撤過(guò)孔時(shí)，32 m、24 m整孔箱梁(350 km/h無(wú)砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])的梁體強(qiáng)度、抗裂安全系數(shù)、主應(yīng)力及局部應(yīng)力。

箱梁采用油頂作臨時(shí)支撐，油頂?shù)臋M向距離≥2.9 m，縱向距梁端距離0.75 m，頂梁時(shí)應(yīng)在油頂上加墊600 mm×600 mm×40 mm的鋼板。

5.3.2 荷載建立

運(yùn)架一體機(jī)荷載的建立見(jiàn)圖5、圖6。

5.3.3 有限元模擬計(jì)算

為了能直觀反映油頂對(duì)箱梁的影響，使用有限元ANSYS軟件對(duì)橋墩進(jìn)行分析，計(jì)算對(duì)位輪走行不偏和走行偏100 mm兩種荷載工況；重點(diǎn)分析梁端部底板的橫向應(yīng)力分析，其主要計(jì)算模型和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖7、圖8。

圖5 梁端支點(diǎn)位置(單位:mm)

圖6 運(yùn)架一體機(jī)荷載作用于橋面(單位:mm)

圖7 對(duì)稱荷載作用下梁端支點(diǎn)處橫橋向應(yīng)力云圖

圖8 偏荷載作用下梁端支點(diǎn)處橫橋向應(yīng)力云圖

從計(jì)算結(jié)果可知，梁端底板上緣的最大拉應(yīng)力為2.90 MPa，反算底板彎矩為305.4 kN·m，根據(jù)梁端頂板的實(shí)際配筋考慮，鋼筋最大應(yīng)力為105.2 MPa，裂縫為0.118 mm，滿足規(guī)范要求(Q235，176MPa；HRB335,253 MPa；裂縫為0.2 mm)。

5.4 架設(shè)現(xiàn)澆梁的前跨，導(dǎo)梁支反力對(duì)現(xiàn)澆梁強(qiáng)度計(jì)算

運(yùn)架一體機(jī)架設(shè)通過(guò)組合現(xiàn)澆梁不同、組合現(xiàn)澆梁前跨的跨度不同，對(duì)應(yīng)導(dǎo)梁支撐點(diǎn)位置也不同，導(dǎo)梁對(duì)現(xiàn)澆梁的反作用力點(diǎn)也就不同；架設(shè)前應(yīng)對(duì)上述的工況進(jìn)行計(jì)算，分析組合現(xiàn)澆梁的受力情況，從而采取對(duì)應(yīng)的措施，確保架梁施工的安全。

5.4.1 架設(shè)現(xiàn)澆梁前跨施工工藝

以成渝線梁灘河雙線特大橋過(guò)現(xiàn)澆梁架梁施工為例，架設(shè)前原施工工藝：距現(xiàn)澆梁梁端依次在7.5～10 m位、32 m位、64 m位擺放輔助滾輪；7.5～10 m位輔助滾輪踏面距離導(dǎo)梁底軌面不少于30 mm；末孔箱梁架設(shè)時(shí)，主機(jī)輪組施工荷載全部作用在現(xiàn)澆梁面上。經(jīng)分析，最不利工況，落梁時(shí)導(dǎo)梁各支點(diǎn)反力見(jiàn)圖9。

圖9 架橋機(jī)支撐點(diǎn)反力(單位:mm)

5.4.2 實(shí)體有限元模型計(jì)算結(jié)果

根據(jù)架橋機(jī)的最不利布置情況，其對(duì)結(jié)構(gòu)頂板的影響最大。通過(guò)空間有限元計(jì)算分析，得出結(jié)構(gòu)上應(yīng)力分布情況，采取對(duì)應(yīng)的措施。混凝土材料采用規(guī)范中C55混凝土材料，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 梁灘河雙線特大橋材料參數(shù)

(1)架橋機(jī)作用位置處主拉應(yīng)力分布見(jiàn)圖10。

圖10 架橋機(jī)作用位置處主拉應(yīng)力分布

(2)架橋機(jī)作用位置處橫橋向正應(yīng)力分布見(jiàn)圖11。

(3)架橋機(jī)作用位置處順橋向正應(yīng)力分布見(jiàn)圖12。

通過(guò)有限元模擬架橋機(jī)架設(shè)狀態(tài)下的受力分析可知：架橋機(jī)作用下，橫向預(yù)應(yīng)力的箱梁頂板上緣產(chǎn)生-28.6 MPa的主壓應(yīng)力，下緣產(chǎn)生4.54 MPa的主拉應(yīng)力。由于混凝土屬于脆性材料，主應(yīng)力超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致下緣開(kāi)裂、上緣壓潰。

5.4.3 采取的措施

導(dǎo)梁支撐點(diǎn)位改進(jìn)：距現(xiàn)澆梁梁端依次在1 m位(新增)、7 m位、32 m位、64 m位擺放輔助滾輪；7 m位輔助滾輪

圖11 架橋機(jī)作用位置處橫橋向正應(yīng)力分布

圖12 架橋機(jī)作用位置處順橋向正應(yīng)力分布

踏面距離導(dǎo)梁底軌面不少于60 mm；使7 m位輔助滾輪支反力為零，這樣將力轉(zhuǎn)移到橋墩、距梁端32 m處，橋墩、梁端受力勻能滿足要求，這樣梁體在7 m處不受力，避開(kāi)梁的中部受力。改進(jìn)后，確保架梁安全。落梁時(shí)，導(dǎo)梁各支點(diǎn)反力見(jiàn)圖13。

圖13 架橋機(jī)支撐點(diǎn)反力(單位:mm)

6 應(yīng)用實(shí)例

運(yùn)架一體機(jī)架設(shè)鐵路整孔箱梁技術(shù)的應(yīng)用成功完成了欽北鐵路、甘青鐵路、大西鐵路、成渝鐵路的箱梁運(yùn)輸、架設(shè)施工，解決了運(yùn)輸箱梁穿越隧道、隧道口箱梁架設(shè)、末三孔梁架設(shè)、運(yùn)架一體機(jī)調(diào)頭的施工難題，工程合格率達(dá)到100 %，優(yōu)良率達(dá)到97 %，實(shí)踐證明，采用該施工技術(shù)作業(yè)安全、可 靠，值得在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行廣泛推廣。

[1] 屈振學(xué)， 姜長(zhǎng)清. 900 t運(yùn)架一體機(jī)架設(shè)雙線整孔箱梁施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2012(5)：29-31.

[2] 劉亞濱，劉利國(guó). 整孔箱梁架橋機(jī)穿越隧道及隧道口架梁技術(shù)方案[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004(12)：37-42.

[3] 劉亞濱. 橋隧相連和兩橋并行區(qū)段的整孔箱梁橋架設(shè)技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(6)：21-28.

[4] 王晉元，李華月. 隧道凈空限制區(qū)域32 m/900 t整孔箱梁運(yùn)架施工工法[R].2015.

[5] 鐵建設(shè)[2006]181號(hào) 鐵路架橋機(jī)架梁暫行規(guī)程[S].

李華月(1969～)，男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，從事鐵路鋪架設(shè)備管理。

U445.468

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[定稿日期]2016-05-20