申超， 王飛

(1.中鐵二局新運工程有限公司， 四川 成都 610036； 2.寧波工程學(xué)院)

1 前言

在城市既有道路上建造高架橋，不可避免地會對既有道路交通和沿線居民造成影響。為減小各種不利影響、加快建設(shè)，大規(guī)模的城市高架橋建設(shè)通常采用預(yù)制構(gòu)件裝配化設(shè)計施工。目前，中國國內(nèi)整孔預(yù)制箱梁梁上運梁、架橋機整孔架設(shè)技術(shù)在公路橋梁建設(shè)工程中的應(yīng)用還相對較少。預(yù)制化裝配技術(shù)主要應(yīng)用在200 t級以下的公路橋梁，1 000 t級以上的整孔預(yù)制箱梁架設(shè)安裝主要應(yīng)用在海域上的橋梁，除采用大型船吊安裝外，還采用了4臺運梁車共同馱運預(yù)制箱梁對稱沿左右幅作用在至少4片箱梁上走行，在運梁車輔助作業(yè)下，架橋機整孔架設(shè)的方法。鐵路工程900 t級箱梁(32 m)運架普遍采用的是單運梁車在單幅整孔箱梁兩側(cè)腹板范圍走行運梁，步履式架橋機或下導(dǎo)梁式架橋機單幅縱向架梁。杭州灣跨海大橋杭甬高速連接線公路工程(余夫公路至小曹娥互通段)(以下簡稱“杭甬高速連接線工程”)為既有陸地大交通流公路干道上利用中央分離帶全線建造高架橋梁，除主要路口采用現(xiàn)澆箱梁外，其余均采用非對稱分幅箱梁整孔預(yù)制、架設(shè)、再結(jié)構(gòu)連續(xù)。預(yù)制箱梁單幅重800 t，工程規(guī)模大，工期短，因此研究合理的陸地公路梁上運梁及整孔架設(shè)方法及配套設(shè)備至關(guān)重要。

2 工程概況

2.1 項目概述

杭甬高速公路連接線工程路線全長17.9 km，全線采用主干道上高架橋梁(圖1)，橋面寬度25.5 m，雙幅六車道。為保證橋下已有道路的正常通行，橋梁下部墩柱在干道中分帶采用花瓶墩設(shè)計，橋梁上部結(jié)構(gòu)除部分交叉路口等特殊區(qū)段采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁外，其余均采用大噸位非對稱分幅預(yù)制、架設(shè)箱梁，共774片，跨度有35、32.5、30和27.5 m共4類；均分左、右幅，邊中梁；單片箱梁設(shè)計理論最重為798 t。箱梁架設(shè)后按3～6跨一聯(lián)進行雙幅整體結(jié)構(gòu)連續(xù)。

圖1 杭州灣跨海大橋杭甬高速連接線公路工程

大噸位分幅預(yù)制箱梁采用懸臂不對稱截面；預(yù)制箱梁采用單臺運梁車跨雙幅箱梁內(nèi)側(cè)腹板梁上運梁，架橋機一跨橫向架設(shè)雙幅兩片箱梁；左、右幅預(yù)制箱梁后期雙幅結(jié)構(gòu)整體連續(xù)等，均為中國首次設(shè)計施工，橋型結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 橋型結(jié)構(gòu)圖(單位：cm)

2.2 運架總體方案

預(yù)制場內(nèi)MDEL900輪胎式搬運機將箱梁搬運至提梁站換裝臺座，兩臺MGTL450輪軌式提梁機提梁上橋，橫移，裝運至橋面YL850運梁車上，一臺運梁車跨雙幅箱梁內(nèi)腹板梁上運梁，JQ850架橋機一跨橫向架設(shè)左、右幅兩片箱梁。

3 運架設(shè)備選型

公路橋梁對大噸位箱梁運架設(shè)備載荷要求較高，在杭州灣跨海大橋杭甬高速公路連接線工程中，采用一臺輪胎式運梁車跨雙幅箱梁內(nèi)側(cè)腹板運梁和架橋機一跨架設(shè)兩片箱梁工藝，因此運架設(shè)備需滿足：① 運梁車重載時作用在橋面上的荷載順橋向不超過22.5 t/m，且需要考慮由于大噸位箱梁的幾何非對稱性對運輛車所造成的非對稱荷載作用；② 由于預(yù)制場內(nèi)空間及道路條件等受限，對于一臺較長的運梁車無法實現(xiàn)馱運架橋機在預(yù)制場內(nèi)調(diào)頭時可采用提升運架設(shè)備上橋的常規(guī)調(diào)頭方式。

根據(jù)現(xiàn)場條件及運架非對稱箱梁的特點，運架設(shè)備還須具備以下功能：① 輪胎式運梁車雙向行駛，雙向喂梁；② 架橋機在橋面上能直接調(diào)頭；③ 大噸位非對稱預(yù)制箱梁運輸及架設(shè)時支點及吊點受力均勻，確保運梁過程中左右幅箱梁受力均勻，架設(shè)過程中箱梁頂板吊點周邊不出現(xiàn)過大應(yīng)力以及確保架橋機吊裝安全。

3.1 YL850運梁車

YL850型運梁車自重300 t，外形尺寸為53.82 m×7.365 m×2.8 m，縱橫向完全對稱。

YL850型運梁車主要結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)：

(1) 車體總長53.82 m，自重130 t。運梁車縱橫向完全對稱，動力室放在車體中部，實現(xiàn)雙向運梁、喂梁。車體頂部位于腹板上方設(shè)有中心距為3.1 m的馱梁臺車走行軌道。車架結(jié)構(gòu)采取液壓懸掛系統(tǒng)，實現(xiàn)箱梁運輸過程的“三支點”體系和同步馱梁架梁過程的“四支點”體系，保證箱梁運輸過程中受力正常以及同步馱梁架梁過程中運梁車的穩(wěn)定性。

(2) 走行輪組共有24個輪軸，軸距2.1 m，輪距5.5 m，轉(zhuǎn)向角±30°。其中7個驅(qū)動軸， 9個制動軸，8個從動軸，采用雙胎并置的結(jié)構(gòu)形式；重載下順橋向運梁荷載為21.8 t/m。

(3) 運梁車設(shè)有兩臺馱梁臺車，沿運梁車主梁上的軌道走行，與架橋機吊梁小車同步拖梁走行，完成喂梁作業(yè)；在支承面上裝有防滑彈性橡膠，支承面可以橫向調(diào)整，使非對稱箱梁偏心放置，確保下部輪胎受力一致；設(shè)有回轉(zhuǎn)裝置，以適應(yīng)曲線架梁。

3.2 JQ850架橋機

JQ850架橋機外形尺寸為79.5 m×22.8 m×12.5 m，整機重量650 t，額定起重量850 t，起升高度7.5 m。JQ850架橋機為龍門式雙主梁三支腿式結(jié)構(gòu)?？缫豢缀喼Ъ芰?，尾部喂梁，同步馱梁，空中橫移箱梁就位，采用步履式走行過孔，箱梁不受跨中載荷，可架設(shè)最大縱坡25‰，最小曲線半徑2 000 m線路箱梁，如圖3所示。

圖3 架橋機主要結(jié)構(gòu)圖

JQ850架橋機主要結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)：

(1) 主梁總成為雙箱梁等截面結(jié)構(gòu)，總重約250 t，全長78.0 m，高2.7 m；兩主梁中心距16 m。整個主梁框架結(jié)構(gòu)以中支腿為中心對稱。機臂上蓋板設(shè)有起重小車走行軌道，下蓋板底部設(shè)有供前、中支腿托、掛輪走行的軌道；設(shè)有變跨節(jié)點使用的鉸座，提供前支腿和后支腿不同的安裝位置，滿足不同跨度箱梁架設(shè)需要。機臂與前、中支腿鉸銷聯(lián)結(jié)，縱移時可與機臂相對運動；與后支腿雙銷固定連接。

(2) JQ850型架橋機配有兩臺起重小車，總重約105 t。具有獨立的起升機構(gòu)、走行機構(gòu)和橫移機構(gòu)，與運梁車配合同步作業(yè)。前起重小車為雙點起升、后起重小車為單點起升，前、后起重小車共同組成4點起升3點平衡機構(gòu)。同時，根據(jù)非對稱箱梁的特點配置了偏心可調(diào)吊具，通過機構(gòu)移動吊桿實現(xiàn)箱梁重心和起重小車中心重合，卷揚機各點受力基本一致，解決箱梁起吊過程中梁片傾斜、某一個吊點載荷過大等不利問題。

(3) 前支腿主要由托掛輪機構(gòu)、上橫聯(lián)、伸縮柱、下支撐梁和墊箱等組成。架梁作業(yè)時與機臂縱向固定成鉸接結(jié)構(gòu)，成為柔性支腿，滿足架梁作業(yè)支撐要求?？v移作業(yè)時前支腿與機臂之間可相對運動，實現(xiàn)架橋機步履縱移。

(4) 中支腿是架橋機架梁和縱移過孔的主要支撐，主要由托掛輪機構(gòu)、橫移裝置、立柱、連接梁、均衡梁和支撐油缸組成。整機依靠中支腿橫移油缸實現(xiàn)機臂的擺頭，適應(yīng)曲線梁的架設(shè)。

(5) 后支腿為門形結(jié)構(gòu)，是架橋機的輔助支撐，由掛輪機構(gòu)、伸縮油缸和伸縮柱裝置組成。后支腿通過伸縮柱調(diào)整機臂后部離地高度來調(diào)節(jié)縱坡。

(6) 架橋機機臂尾部設(shè)置縱移拖拉裝置，控制架橋機前支腿、中支腿、后支腿在機臂耳梁上行走，滿足架橋機過孔、變跨等作業(yè)工況。

4 運架施工工藝關(guān)鍵技術(shù)

4.1 提梁上橋

預(yù)制場MDEL900搬運機將預(yù)制箱梁搬到提梁站換裝臺座上，由兩臺MGTL450龍門吊同步提升箱梁上橋，橫移運梁車裝梁。

4.2 梁上運梁

根據(jù)大噸位非對稱預(yù)制箱梁偏心距，橫向調(diào)整運梁車馱運臺車支撐面，采用非對稱箱梁偏心放置的方法，確保下部輪胎受力一致。運梁車跨雙幅箱梁內(nèi)側(cè)腹板梁上運梁，運梁嚴格按劃線標識的路線行駛，左右偏差不超過10 cm。運梁速度控制為3～5 km/h，在架橋機尾部10 m處停車，再緩慢進入架橋機下方進行喂梁作業(yè)。

已架設(shè)的箱梁結(jié)構(gòu)連續(xù)端在連續(xù)前均為臨時支座，為避免運梁車運梁的長期影響，在一跨箱梁架設(shè)完成后，將左、右幅箱梁翼緣板濕接縫預(yù)留鋼筋按25%先進行連接。沿途通過未結(jié)構(gòu)連續(xù)的濕接頭和伸縮縫預(yù)留槽時，在濕接頭和伸縮縫預(yù)留槽運梁車輪胎走行位置鋪設(shè)2 cm厚鋼墊板，鋼板兩端與梁面搭接不少于10 cm，以保護已架箱梁梁端不受損傷，并保證運梁車平順通過。

4.3 箱梁架設(shè)

YL850輪胎式運梁車運梁至架橋機尾部喂梁，JQ850步履式架橋機前起重小車取梁后與運梁車馱梁臺車同步移梁，到達后起重小車取梁位置后，后起重小車取梁，兩臺起重小車同步吊梁前行，縱移到位后再橫移就位落梁。架橋機通過后支腿、中支腿、前支腿和起重小車配合完成架橋機主機的過孔和變跨，架設(shè)陸地公路大噸位非對稱27.5、30、32.5及35 m多種跨度的預(yù)制箱梁。箱梁架設(shè)的主要步驟如下：① 架橋機前、中支腿和后支腿支撐到位，前、后兩小車走行到架橋機后部取梁位置處，運梁機運梁到位；② 前起重小車取梁；③ 前起重小車與運梁機后臺車同步馱梁到位，后小車準備取梁；④ 后小車取梁，運梁機開回梁場；⑤ 前后起重小車提梁縱移到位；⑥ 前后起重小車橫移到落梁位置，落梁；⑦ 落梁到位，解除吊具，完成一孔梁的架設(shè)。

其中第⑥步，架橋機將箱梁橫移就位時，前、中、后支腿撐地，后小車距中支腿3 350 mm，架梁方向橫移小車中心偏離主梁中心5 913 mm，機構(gòu)承受整個架梁過程的最大偏載，如圖4所示。

圖4 架橋機橫移落梁荷載工況圖(尺寸單位：m)

針對此最不利荷載下架橋機的機構(gòu)整體受力情況進行有限元數(shù)值模擬計算分析。主要計算參數(shù)：

① 各部件重量：機臂：265 t，小車：2×110 t，前支腿：63 t，中支腿：85 t，后支腿：15 t；② 靜載系數(shù)取1.25，動載系數(shù)取1.05；③ 靜態(tài)剛度：剛度取f≤L/500(L為支承跨度，3 750 cm)；④ 額定載荷：850 t；⑤ 架梁作業(yè)最大風(fēng)速：8級；過孔作業(yè)時最大風(fēng)速：6級；⑥ 縱移小車采用Q550D，其余主要鋼結(jié)構(gòu)材料采用Q345C；⑦ 位移約束：考慮整機計算中任意支腿約束位置產(chǎn)生豎直、橫向、縱向移動即認為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，因此位移邊界條件為支腿相應(yīng)支撐點約束UX、UY、UZ共3個自由度。計算后通過相應(yīng)支反力驗算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

利用有限元軟件Ansys，采用Shell63單元建模，機臂段與段之間的連接按照等強度原則建模，機臂與支腿的連接則采用假單元連接。模型結(jié)構(gòu)部分總質(zhì)量636 t。

經(jīng)計算得到架橋機在大噸位非對稱箱梁橫移落梁重載工況下，主梁靜位移最大值為53.62 mm，小于允許位移75 mm；架橋機僅有一處發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，位于前支腿鋼箱梁腹板、底板、橫隔板交界處的局部位置，大部分機構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力處于220 MPa以下，小于設(shè)備使用材料Q345C的允許應(yīng)力240 MPa。因此，在最不利荷載作用下，架橋機的整體受力狀態(tài)良好，剛度滿足要求，主結(jié)構(gòu)構(gòu)造布局和選材合理。

4.4 架橋機過孔

架橋機過孔施工步驟為：① 前支腿斜拉桿與吊裝孔錨固，中支腿錨桿與吊裝孔錨固，后小車與中支腿固結(jié)，前小車開到距離中支腿5.6 m處，后支腿離地，前、中支腿插銷拔出，縱移機臂(后懸臂狀態(tài))；② 驅(qū)動后小車鏈輪順時針轉(zhuǎn)動，機臂向前縱移，同時驅(qū)動前小車鏈輪逆時針轉(zhuǎn)動，前小車以相同速度后退，保證其與中支腿相對位置不變。機臂縱移35 m；③ 后支腿撐地，采用10 t手拉葫蘆與梁體預(yù)埋鋼筋進行固定，中支腿離地，解除后小車與中支腿固結(jié)，縱移機構(gòu)驅(qū)動中支腿行走35 m；④ 中支腿撐地，將中支腿與吊孔進行錨固，前、后小車回退到架橋機尾部(后小車中心距后支腿中心5.35 m，兩小車相距13.55 m)，解除前支腿與吊裝孔固結(jié)，前支腿離地，縱移機構(gòu)驅(qū)動前支腿行走35 m(前懸臂狀態(tài))；⑤ 前、中、后支腿撐地，前、后小車行走到取梁位置(前小車中心距中支腿中心3.3 m，兩小車相距9 m)，準備架梁，過孔完成。

5 結(jié)語

依托杭甬高速公路連接線工程，采用YL850運梁車跨雙幅箱梁行走單幅整孔運梁，以及JQ850架橋機縱提橫移架設(shè)一跨雙幅非對稱箱梁的運架設(shè)備，研究分析了提梁上橋、梁上運梁、箱梁架設(shè)、架橋機過孔等關(guān)鍵施工工藝，視運距長短每天可架設(shè)2～4片大噸位非對稱箱梁，架設(shè)箱梁進度可控、線形平順、安全優(yōu)質(zhì)，目前已完成全部箱梁的運架，可為類似公路交通、市政橋梁工程等大噸位箱梁運架施工提供參考和借鑒。