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        跨既有京滬鐵路鋼桁梁大跨徑橫拖施工技術(shù)研究

        2020-12-16 07:34:14謝以順
        鐵道建筑技術(shù) 2020年9期
        關(guān)鍵詞:落梁螺紋鋼桁梁

        謝以順

        (中鐵二十四局集團(tuán)江蘇工程有限公司 江蘇南京 210028)

        1 前言

        隨著我們社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,鐵路交通路網(wǎng)建設(shè)日趨密集交錯(cuò),跨越既有鐵路鋼桁架橋建設(shè)十分普遍[1-3],其施工具有施工空間狹小、施工安全壓力大及既有線施工封鎖時(shí)間短等特點(diǎn),其跨越施工多采用頂推施工[4-5]和拖拉施工[6-8]兩種形式。拖拉施工作為跨既有線鐵路鋼桁架架設(shè)施工的主要方法,具有對既有線影響時(shí)間相對較短,且施工防護(hù)難度小等優(yōu)點(diǎn),在跨越繁忙路線工程中其優(yōu)越性更加突顯。以往跨線鋼桁架多采用縱向拖拉施工方法[9-10],橫向拖拉施工運(yùn)用相對較少[11],采用少支架大跨徑橫向拖拉施工更為少見[12]。由于線路與既有線交角較小,施工場地受限等特點(diǎn),夾北線大山一號、二號特大橋改建工程跨越京滬鐵路48 m鋼桁架采用少支架大跨徑橫向拖拉施工方法,提出了先搭設(shè)單跨長達(dá)15.9 m大跨徑橫向拖拉滑道,然后整體橫向拖拉的施工技術(shù),并針對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了施工安全論證。

        2 工程概況

        既有京滬下行線為雙線Ⅰ級電氣化鐵路,夾北線大山一號、二號特大橋改建工程上跨京滬下行線采用1跨48 m有豎桿整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角鋼桁架橋,節(jié)間長度8 m,桁高11.2 m,橫向支座中心間距為7.2 m,全橋重量329 t。鋼桁架橋與京滬下行線夾角為28.2°,橋墩邊緣距京滬下行線線路中心最小距離為5.54 m,B10號墩距柵欄網(wǎng)最小距離約0.51 m,B11號墩距柵欄網(wǎng)最小距離約1.72 m,平面布置圖如圖1所示;鋼桁架橋橋下最小凈空為8.4 m,梁底距離承力索為0.337 m,距離接觸網(wǎng)為1.727 m,橋梁立面布置圖如圖2所示。

        圖1 鋼桁梁與京滬下行線平面示意(單位:m)

        圖2 鋼桁梁與京滬下行線立面示意(單位:m)

        3 橫向拖拉施工技術(shù)

        3.1 整體方案

        鋼桁梁構(gòu)件采用在工廠制造完畢、預(yù)拼裝且涂裝完畢后,根據(jù)計(jì)劃分批進(jìn)場存放。在距離路線中心線左側(cè)搭設(shè)臨時(shí)拼裝支架,拼裝支架避開京滬下行線。利用吊機(jī)進(jìn)行鋼桁梁的安裝施工,并完成高栓施擰、橋面焊接、橋位面漆施工;在經(jīng)得鐵路管理部門的同意下,進(jìn)行要點(diǎn)施工,通過連續(xù)千斤頂將鋼桁梁橫移23.311 m至設(shè)計(jì)位置后,安裝支座,落梁就位。

        3.2 臨時(shí)支架體系設(shè)計(jì)

        受周圍場地條件的限制,B10/B11跨鋼桁梁現(xiàn)場不具備縱向拖拉搭設(shè)支架的條件,故只能采用橫向拖拉施工方案,且因線路與京滬下行線夾角僅為28.2°,使得B10墩位置跨越京滬下行線的兩個(gè)支墩距離長達(dá)15.9 m,這對臨時(shí)支墩及滑道梁的設(shè)計(jì)及施工控制提出了較高的要求。鋼桁架拼裝臨時(shí)支架設(shè)置于B10/B11墩左側(cè),拼裝及拖拉支架基礎(chǔ)均采用φ1 000 mm鉆孔樁,拼裝支架立柱采用φ630×8 mm鋼管,縱梁采用3H900×300 mm型鋼,聯(lián)系撐采用φ426×6 mm鋼管,斜撐為φ273×6 mm鋼管;拖拉支架立柱除墩頂立柱外均采用φ820×10 mm鋼管柱,墩頂立柱采用φ630×8 mm鋼管,跨鐵路滑道梁采用900 mm×900 mm焊接箱形截面,位于墩頂部分滑道梁采用3HN800×300 mm工字鋼,兩段軌道梁在鋼管立柱墩頂處采用角焊縫進(jìn)行連接。具體如圖3、圖4所示。

        圖3 鋼桁架橫拖支架平面布置(單位:mm)

        圖4 鋼桁架橫拖支架立面布置(單位:mm)

        3.3 橫向拖拉施工技術(shù)

        跨鐵路滑道梁采用900 mm×900 mm鋼箱梁結(jié)構(gòu),材質(zhì)Q235b,計(jì)算跨徑15.9 m,在鋼桁架每個(gè)支座位置各設(shè)置一個(gè)200 t重物移運(yùn)器作為滑塊,重物移運(yùn)器組用4套8.8級M36螺栓固定在鋼桁梁的支座板上。鋼桁梁橫移的拉錨采用60 t千斤頂裝置,該裝置與墩頂橫移滑道梁電焊連接,墩頂滑道梁與橋墩上的預(yù)埋件用鋼墊箱抄墊并電焊連接,在橋墩的側(cè)面也設(shè)置了預(yù)埋件,用兩根 45a工字鋼斜撐在滑道梁的外底面上,使滑道梁滿足拉錨的作用力。橫移采用φ32 mm精軋螺紋鋼和60 t千斤頂作為動(dòng)力機(jī)構(gòu),利用千斤頂拉力,使精軋螺紋鋼受力,帶動(dòng)整個(gè)鋼桁梁沿滑道梁橫移,精軋螺紋鋼采用套筒連接,回頂后拆除中間精軋螺紋鋼,依次循環(huán),直至拖拉至設(shè)計(jì)位置。

        3.4 落梁定位

        鋼桁梁拖拉到位后,安裝落梁千斤頂及輔助設(shè)施進(jìn)行落梁施工,落梁采用行程200 mm,額定力250 t液壓頂升器(頂升油缸)進(jìn)行落梁,落梁高度為1 350 mm。落梁時(shí)鋼桁架只允許一端的2個(gè)支點(diǎn)起頂或落梁,不得兩端支點(diǎn)同時(shí)起頂或落梁。首次落梁40 mm,以后每端每次落梁80 mm調(diào)整升降墊片,依次反復(fù)直至調(diào)整至支座上,落梁工作結(jié)束。

        4 橫向拖拉過程受力驗(yàn)算

        4.1 有限元分析模型

        建立有限元分析模型,整體拖拉支架均采用梁單元模擬,支架整體受力時(shí)考慮樁土效應(yīng),支架下部采用鉸接模擬支架與滑道梁的連接,計(jì)算中共考慮如下三種受力狀態(tài):(1)鋼梁橫移出拼裝平臺,后支點(diǎn)位于拼裝平臺立柱處;(2)鋼桁梁橫移至跨中;(3)鋼桁梁前支點(diǎn)到達(dá)B10-B11號墩,模型中考慮了結(jié)構(gòu)自重和風(fēng)荷載。整體支架模型如圖5所示。

        圖5 橫向拖拉支架有限元模型

        4.2 拖拉支架及滑道梁受力驗(yàn)算

        拖拉過程支架的最大應(yīng)力和位移如表1所示。由表1所見,立柱最大壓應(yīng)力為166.2 MPa,滑道梁最大拉應(yīng)力為119.3 MPa,滑道梁最大壓應(yīng)力為118.5 MPa,最大位移21.0 mm<15 900/400=39.8 mm,滿足規(guī)范要求。

        表1 拖拉過程支架的最大應(yīng)力和位移

        4.3 鋼桁梁拖拉動(dòng)力驗(yàn)算

        B10/B11單線48 m鋼桁梁合計(jì)329 t,計(jì)算按330 t考慮,鋼梁與重物移運(yùn)器組之間的滑道摩擦系數(shù)取0.08。

        橫移拖拉過程中滑動(dòng)摩擦力為:

        式中,f為滑動(dòng)摩擦力(t);μ為滑動(dòng)摩擦系數(shù);N為結(jié)構(gòu)自重(t)。

        拖拉采用2臺60 t千斤頂作為橫移動(dòng)力,總牽引力為:

        式中,F(xiàn)為千斤頂總的水平牽引力(t);n為千斤頂個(gè)數(shù)(臺);λ為折減系數(shù);T為單臺千斤頂最大牽引力(t/臺)。

        由公式(1)和(2)可知,F(xiàn)>f,千斤頂總水平牽引力滿足施工要求。

        φ32 mm精軋螺紋鋼采用PSB1080型號,其抗拉強(qiáng)度為1 080 N/mm2,允許抗拉力為:

        式中,P為允許抗拉力(kN);r為精軋螺紋鋼直徑(mm);σb為抗拉強(qiáng)度(N/mm2)。

        由公式(1)和(3)可知,P>f,精軋螺紋鋼抗拉力滿足施工要求。

        60 t橫移千斤頂采用BZ31.5高壓泵站,系統(tǒng)壓力為31.5 MPa,泵站流量為15 L/min,油缸內(nèi)徑D=16 cm,橫移千斤頂每次頂升1 m行程需要時(shí)間為1.34 min,千斤頂空載回油速度很快,空載回油速度可以忽略不計(jì),千斤頂一個(gè)行程按2 min計(jì)算,共需要約25個(gè)頂升行程,中途倒換精軋螺紋鋼每次需要10 min,共需要倒換5次,橫移共需要時(shí)間t=25×2+5×6=80 min,小于允許封鎖施工時(shí)間120 min。

        拖拉力是考慮的重點(diǎn),拖拉速度也是跨電氣化鐵路必須考慮的重點(diǎn),鐵路封鎖時(shí)間短,拖拉速度要滿足鐵路封鎖點(diǎn)要求的同時(shí),千斤頂停頓后產(chǎn)生慣性力,使千斤頂反向受力及精軋螺紋鋼受彎,影響拖拉軸線控制。通過計(jì)算和現(xiàn)場施工驗(yàn)證,拖拉動(dòng)力和速度均能滿足要求。

        5 橫向拖拉過程應(yīng)力監(jiān)測

        為了確保在拖拉滑移過程中滑道梁的受力安全,需在實(shí)際過程中進(jìn)行監(jiān)控、監(jiān)測。根據(jù)仿真分析結(jié)果,分別在B10、B11號墩15.9 m滑道梁跨中位置布設(shè)應(yīng)變傳感器。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測,B10號墩滑道梁跨中位置上翼緣最大壓應(yīng)力84 MPa,下翼緣最大拉應(yīng)力90 MPa;B11號墩滑道梁跨中位置上翼緣最大壓應(yīng)力86 MPa,下翼緣最大拉應(yīng)力94 MPa。上述應(yīng)力監(jiān)測不考慮滑道梁自重及風(fēng)荷載的影響,只考慮鋼桁架自重及水平拖拉力的影響,故應(yīng)力值比仿真模擬要偏小一些,同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了滑道梁應(yīng)力在安全允許范圍內(nèi)。

        6 結(jié)束語

        (1)針對夾北線大山一號、二號特大橋改建工程跨越京滬鐵路48 m鋼桁架,施工采用少支架大跨徑橫向拖拉施工方法,提出了先搭設(shè)15.9 m大跨徑橫向拖拉滑道,然后整體橫向拖拉的施工技術(shù),克服了施工平面場地狹小、施工干擾大和施工空間受限等問題。

        (2)采用有限元軟件,建立了整體橫向拖拉支架計(jì)算模型,并對施工過程進(jìn)行了模擬,分析得到:支架支墩最大壓應(yīng)力及滑道梁的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力均小于容許應(yīng)力,支撐體系和拖拉滑道的最大豎向位移均滿足規(guī)范要求。

        (3)滑道梁跨中施工監(jiān)控結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了其應(yīng)力在容許應(yīng)力范圍內(nèi),結(jié)構(gòu)偏于安全狀態(tài)。

        (4)該橋于2019年12月順利橫向拖拉就位,可為類似工程提供參考。

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