邱 梓
(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司 北京 100144)
我國(guó)高鐵橋梁一直以來(lái)以24 m、32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁為主,采用預(yù)制架設(shè)建造模式,大量使用提梁機(jī)、運(yùn)梁車和架橋機(jī)等大型施工設(shè)備。而我國(guó)首創(chuàng)的40 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁技術(shù),在國(guó)內(nèi)外尚處空白,具有技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng),結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異、速度適應(yīng)性好,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明確、工程適應(yīng)性好等三大特色[1]。
1 000 t/40 m箱梁于鄭濟(jì)線長(zhǎng)江特大型橋、福廈線湄州灣特大型橋等地成功試點(diǎn)使用,證實(shí)了與常規(guī)32 m/900 t級(jí)預(yù)制箱梁相比,40 m/1 000 t級(jí)預(yù)制箱梁具有跨度大、重量重、高度高、寬度寬等特點(diǎn)[2]。采用跨度40 m預(yù)制簡(jiǎn)支梁橋,可提高橋梁的跨越能力、增加橋跨布置的適應(yīng)性、減少墩臺(tái)基礎(chǔ)的數(shù)量、擴(kuò)大簡(jiǎn)支梁橋的適用范圍,并可減少施工作業(yè)班次、提高生產(chǎn)效率,工程建設(shè)實(shí)際意義顯著[3]。鑒于我國(guó)目前千噸級(jí)大型設(shè)備的發(fā)展,新型千噸級(jí)架橋裝備推動(dòng)了高鐵40 m簡(jiǎn)支箱梁架設(shè)技術(shù)的提升,而探索新型高鐵40 m箱梁架設(shè)技術(shù)將是我們迎接的一項(xiàng)新挑戰(zhàn),因此高鐵40 m箱梁架設(shè)施工技術(shù)對(duì)于推廣大跨簡(jiǎn)支箱梁有著非常重大的意義。本文依托的時(shí)速350 km南沿江城際鐵路作為國(guó)內(nèi)第一條大規(guī)模應(yīng)用的40 m箱梁設(shè)計(jì)的鐵路線,研究其架設(shè)特點(diǎn),形成一套成熟的箱梁快速運(yùn)架施工技術(shù)對(duì)高速鐵路40 m箱梁架設(shè)工程具有借鑒意義。
新建江蘇南沿江城際高速鐵路NYJZQ-7標(biāo)起訖里程是DK165+114(跨京滬高速公路特大橋7號(hào)墩)~DK199+356(跨疏港特大橋621號(hào)墩),正線全長(zhǎng)34.24 km。工程地處無(wú)錫市江陰市與蘇州市張家港市,主要的施工內(nèi)容有正線路基106 m,橋梁34.13 km,制架預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支箱梁751榀,其中40 m簡(jiǎn)支箱梁366榀,連續(xù)梁42聯(lián)(含一聯(lián)鋼構(gòu)連續(xù)梁)。工期緊、任務(wù)重、存在頻繁變跨過(guò)連續(xù)梁等情況。
目前國(guó)內(nèi)已有的架橋機(jī)多為32 m、900 t高鐵箱梁架橋機(jī),而采用1 000 t/40 m預(yù)制箱梁運(yùn)架一體機(jī)會(huì)增加架梁時(shí)間,且工期緊、工況較為復(fù)雜,因此,急需一款高速自動(dòng)化、適應(yīng)多工況、穩(wěn)定系數(shù)高、可連續(xù)作業(yè)的1 000 t/40 m預(yù)制箱梁分體式架橋機(jī)來(lái)滿足施工需求。運(yùn)架設(shè)備除需要具備承載能力、多種跨度架梁、首末跨架梁、架橋機(jī)馱運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)等基本功能和技術(shù)要求以外,還要考慮特殊工況下的適應(yīng)性問(wèn)題,如大坡道、小曲線和隧道口架梁等[4]。
南沿江項(xiàng)目選用的型號(hào)為T(mén)J-JQS1000 t/40 m架橋機(jī)與TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車,因其具有“自平衡邁步式過(guò)孔”和“低位運(yùn)梁”的特點(diǎn),可以滿足時(shí)速250 km與350 km的高速鐵路以及客運(yùn)專線跨度分別為24 m、32 m、40 m雙線整孔箱梁的架設(shè),并且可以實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)運(yùn)輸,隧道口架梁,可以適用30‰大坡度等特殊工況下的運(yùn)架梁,具有20~40 m非標(biāo)梁架設(shè)能力。該套運(yùn)架裝備在南沿江城際鐵路于2020年6月完成40 m箱梁首跨架設(shè)[5]。
3.2.1 超低凈空箱梁移運(yùn)技術(shù)
TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車因采用雙邊主梁的結(jié)構(gòu),使用919 mm直徑小輪胎,懸掛系統(tǒng)通過(guò)回轉(zhuǎn)支承反裝在縱梁下端。馱梁機(jī)構(gòu)中走行系統(tǒng)采用重型移運(yùn)器替代傳統(tǒng)鋼質(zhì)車輪,后車鏈條驅(qū)動(dòng),前車閉環(huán)鏈驅(qū)動(dòng),有效降低運(yùn)梁空間。
運(yùn)梁車輛在道路、橋梁上正常或中位行駛,在運(yùn)梁行車過(guò)程中,運(yùn)梁車輛的懸吊系統(tǒng)應(yīng)處于三點(diǎn)支承狀態(tài)下,并保持與液壓控制系統(tǒng)的自動(dòng)平衡,以避免在運(yùn)梁過(guò)程中箱梁受扭,見(jiàn)圖1。
圖1 TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車運(yùn)梁
3.2.2 低位喂梁施工技術(shù)
(1)通常情況下低位提梁是為滿足運(yùn)梁可以穿行隧道,將箱梁的前端和后端放置在低位臨時(shí)臺(tái)座上,并在提梁前,對(duì)前起重小車應(yīng)進(jìn)行以下作業(yè):
①箱梁通過(guò)前車架與后車架上的頂升油缸將頂起(前端也可以利用起重小車前吊點(diǎn)直接利用起重小車提吊),同時(shí),將后馱梁臺(tái)車行駛至箱梁底部的支座內(nèi)側(cè)[6]。
②縮回梁片的頂升油缸,將箱梁的前端和后端安置在馱梁臺(tái)車上(前端若未安裝前馱梁臺(tái)車由起重小車提吊)。
③通過(guò)前起重小車進(jìn)行箱梁提吊,控制箱梁底部提升高度,使其距離地面高度與喂梁高度一致(1.6 m)。
(2)前起重小車與運(yùn)梁車后馱梁臺(tái)車同步喂梁至后起重小車達(dá)到提梁位。喂梁過(guò)程中,前起重小車為主動(dòng)體,馱梁小車為從動(dòng)體[7]。注意檢測(cè)起重小車和馱梁臺(tái)車牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)行的狀態(tài),是否出現(xiàn)卡滯的現(xiàn)象,移運(yùn)器是否保持平穩(wěn),控制軌道中線的偏移量不得超過(guò)2 cm或出現(xiàn)走行歪斜的情況,確認(rèn)運(yùn)梁車處于正常支撐狀態(tài),若有異常需及時(shí)停車檢查。
(3)運(yùn)梁車喂梁前,前端支腿控制系統(tǒng)油缸支承在橋墩之上,而后端支腿控制系統(tǒng)油缸則支承于橋面。架橋機(jī)前起重小車取梁時(shí),起吊高度應(yīng)控制在100 mm以內(nèi)。運(yùn)梁車在架橋機(jī)的后起重小車提梁并完全離開(kāi)運(yùn)梁車后可收起支撐設(shè)備,并調(diào)整回運(yùn)梁模式,返回梁場(chǎng)繼續(xù)裝梁。
3.2.3 快速變跨施工技術(shù)
本項(xiàng)目所用架橋機(jī)能夠在過(guò)孔時(shí)直接實(shí)現(xiàn)變跨操作,與常規(guī)過(guò)孔相比,區(qū)別在于架橋機(jī)第一次過(guò)孔和第二次過(guò)孔時(shí),后支腿驅(qū)動(dòng)整機(jī)的兩次距離不同,但是位于架橋機(jī)中部的輔助支腿和梁端的支撐距離一致,前支腿和橋墩墊石的支撐距離也一直保持不變,過(guò)孔時(shí)的作業(yè)流程以及注意事項(xiàng)也完全一樣,其具體的操作步驟如下:
(1)在過(guò)孔前,將架橋機(jī)的調(diào)整到準(zhǔn)備狀態(tài),等待過(guò)孔。
(2)架橋機(jī)首次過(guò)孔對(duì)位。
(3)操作架橋機(jī)的輔助支腿放下支撐,前支腿行駛過(guò)孔。
(4)前支腿對(duì)位支撐,收起輔助支腿。
(5)第二次過(guò)孔對(duì)位完畢后,將架橋機(jī)狀態(tài)調(diào)整到準(zhǔn)備架梁時(shí)的狀態(tài),完成變跨[8]。
快速變跨施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是變跨過(guò)程簡(jiǎn)單,在過(guò)孔的同時(shí),前支腿實(shí)現(xiàn)自行移位,同時(shí)完成架橋機(jī)的變跨和過(guò)孔作業(yè),即在過(guò)孔時(shí)實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)的變跨。
3.2.4 TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車對(duì)比900 t運(yùn)梁車的優(yōu)點(diǎn)
(1)整機(jī)運(yùn)行靈活,通過(guò)微電系統(tǒng)使各輪胎實(shí)現(xiàn)“純滾動(dòng)”走行、“整升整降”和“單點(diǎn)升降”,滿足了自動(dòng)調(diào)平和喂梁時(shí)精確對(duì)位要求[9]。
(2)結(jié)構(gòu)緊湊,輪胎為非標(biāo)定制胎,直徑919 mm,比900 t小輪胎運(yùn)梁車約小300 mm,運(yùn)梁高度降低至1.3 m。
(3)車體結(jié)構(gòu)橫截面呈U型結(jié)構(gòu),主梁放在車體兩側(cè),藏在砼梁翼緣下方,有效降低了運(yùn)梁車的整體高度,滿足運(yùn)梁過(guò)隧要求。
(4)智能化程度高,具有偏斜及偏載報(bào)警功能、對(duì)位防撞功能、全車360°視頻監(jiān)控,以及自動(dòng)駕駛功能。
(5)傳統(tǒng)氣制動(dòng)改進(jìn)為液壓制動(dòng),避免傳統(tǒng)氣路容易漏氣且故障不易排查等問(wèn)題,制動(dòng)力矩可控,能參與行車及駐車制動(dòng),確保行車安全。
3.2.5 TJ-JQS1000/40運(yùn)梁架橋機(jī)車對(duì)比900 t架橋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
(1)后支腿采用液壓均衡,使后支腿喂梁高度降低至1.3 m,實(shí)現(xiàn)隧道出口3 m、進(jìn)口隧道內(nèi)40 m架梁。
(2)主梁中段設(shè)計(jì)有8 m調(diào)整節(jié)段,拆除調(diào)整節(jié)段可變?yōu)?00 t/32 m架橋機(jī)。
(3)廣泛采用液壓油缸拔插,翻轉(zhuǎn)折疊等采用液壓油缸,遙控操作,自動(dòng)化程度高。
(4)采用馱運(yùn)新技術(shù),出隧道無(wú)需其他吊裝設(shè)備輔助,電液控制自行恢復(fù),過(guò)隧周期短。
(5)變跨施工極為快捷,在架橋機(jī)正常過(guò)孔過(guò)程中自動(dòng)完成變跨,無(wú)需人工調(diào)整。
(6)整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工流程簡(jiǎn)潔、作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工效率高、安全性好、故障率低、維保費(fèi)用少、經(jīng)濟(jì)性好。
本項(xiàng)目采用提梁上橋的方式,提梁站設(shè)2臺(tái)500 t跨墩龍門(mén)吊,4個(gè)臺(tái)座,40 m箱梁TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車運(yùn)輸,TJ-JQS1000 t/40 m架橋機(jī)架設(shè)。
運(yùn)架梁施工主要工序包含:裝梁、運(yùn)梁、頂梁、取梁及喂梁、落梁、過(guò)孔等工序。
3.3.1 裝梁
運(yùn)梁車先調(diào)節(jié)至三點(diǎn)支承狀態(tài),馱梁臺(tái)車運(yùn)行至前運(yùn)梁車的最尾部。裝梁過(guò)程中,要始終保持箱梁落放在同一水平,靠近馱梁臺(tái)車時(shí),要注意懸掛的三個(gè)支撐點(diǎn)壓力數(shù)值是否有變化,若出現(xiàn)偏載,則使用提梁機(jī)械加以調(diào)節(jié),使得三點(diǎn)支撐的壓力保持一致,然后保證箱梁整體緩慢下降,將箱梁完全落放在馱梁臺(tái)座上,開(kāi)始裝梁作業(yè)[10]。箱梁在運(yùn)梁車放穩(wěn)后,要保證箱梁的中軸線應(yīng)和運(yùn)梁車中軸線相重合,且誤差范圍小于50 mm。裝運(yùn)過(guò)程中預(yù)制箱梁支撐點(diǎn)應(yīng)當(dāng)處于同一個(gè)平面上,同一方向支撐點(diǎn)的相對(duì)高度小于2 mm。
3.3.2 運(yùn)梁
運(yùn)梁車須慢慢平穩(wěn)啟動(dòng),但不得驟然加快速度及急剎車,運(yùn)梁車在靠近架橋機(jī)時(shí)要一度停止,直到獲得命令后方可進(jìn)行喂梁工作。運(yùn)梁車輛在道路、橋梁上正?;蛑形恍旭?,在運(yùn)梁行車過(guò)程中,運(yùn)梁車輛的懸吊系統(tǒng)應(yīng)處于三點(diǎn)支承狀態(tài)下,并保持與液壓控制系統(tǒng)的自動(dòng)平衡,以避免在運(yùn)梁過(guò)程中箱梁受扭。運(yùn)梁車在運(yùn)梁工作過(guò)程中,尤其對(duì)經(jīng)過(guò)的道路段、橋臺(tái)和道路交叉點(diǎn),應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)觀察周圍道路的變化以及運(yùn)梁車的行駛狀況。運(yùn)梁車在通過(guò)已架箱梁或現(xiàn)澆梁時(shí),通過(guò)偏移報(bào)警系統(tǒng)顯示位置,確保運(yùn)梁車的輪組保持在警戒線之內(nèi)行駛。
3.3.3 頂梁
運(yùn)梁車將箱梁運(yùn)輸至架橋機(jī)的尾部并完成對(duì)位,通過(guò)架橋機(jī)上的前起重小車將箱梁的前端吊起,箱梁尾端靠頂梁系統(tǒng)頂升,將箱梁同步抬升350 mm的高度,此時(shí)馱梁臺(tái)車行駛到箱梁尾端的底部,縮回運(yùn)梁車的頂梁油缸,由馱梁臺(tái)車承接箱梁尾端,完成喂梁前的準(zhǔn)備工作。
3.3.4 取梁、喂梁
運(yùn)梁車就位后,使用拖梁吊掛方式進(jìn)行喂梁作業(yè)(見(jiàn)圖2),而箱梁的一端通過(guò)架橋機(jī)的前吊梁天車將箱梁吊起,由運(yùn)梁車的馱梁小車將箱梁的另一端拖著向前同步行駛。運(yùn)梁車喂梁前,架橋機(jī)前端支腿控制系統(tǒng)油缸支承在橋墩之上、而后端支腿控制系統(tǒng)油缸則支承于橋面。通過(guò)架橋機(jī)的前起重小車進(jìn)行取梁作業(yè)時(shí),起吊高度控制在100 mm之內(nèi)。運(yùn)梁車在架橋機(jī)的后起重小車提梁并完全離開(kāi)運(yùn)梁車后可收起支撐設(shè)備,并調(diào)整回運(yùn)梁模式,前往梁場(chǎng)準(zhǔn)備裝梁[11]。
圖2 喂梁過(guò)程
3.3.5 落梁
距離墊石頂面約50 cm時(shí),由架梁機(jī)上的起重設(shè)備進(jìn)行制動(dòng),對(duì)支座下座板錨固螺栓進(jìn)行安裝。距墊石頂平面20 cm左右時(shí),應(yīng)用線錘對(duì)中,檢查支座中心的偏移量。距離墊石頂面4 cm時(shí),卷?yè)P(yáng)機(jī)剎車,用升降小車的縱向、橫移裝置微調(diào)箱梁位置后落梁安裝就位。
3.3.6 過(guò)孔
過(guò)孔方法使用自平衡“邁步式”的方法,通過(guò)后移前后兩個(gè)起重小車來(lái)保持架橋機(jī)的重心平衡。此時(shí),架橋機(jī)的主梁向前行走,用輔助支腿支撐,前支腿處于脫空狀態(tài)。前支腿行駛到前方橋墩,使用前支腿支撐,將輔助支腿收縮。架橋機(jī)第二次過(guò)孔前行到位后,將輔助支腿翻折[12],完成過(guò)孔作業(yè)。
在40 m梁運(yùn)架設(shè)備實(shí)際使用過(guò)程中,經(jīng)過(guò)不斷摸索,本項(xiàng)目對(duì)該運(yùn)架設(shè)備進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的改進(jìn)優(yōu)化,提升了運(yùn)架效率,具體內(nèi)容如下:
3.4.1 對(duì)運(yùn)梁車后拖小車動(dòng)力優(yōu)化
加裝一臺(tái)120 kW的靜音發(fā)電機(jī)組替代原來(lái)需通過(guò)架橋機(jī)電源連接做動(dòng)力,減少操作環(huán)節(jié),縮短工作時(shí)間大大提高了工效。
3.4.2 加裝落梁卷?yè)P(yáng)機(jī)
架橋機(jī)在架設(shè)首孔和末孔箱梁時(shí),落梁千斤頂要依靠吊車或架橋機(jī)前吊具,進(jìn)行墩身與橋面之間的吊裝運(yùn)輸,工況繁瑣,耗時(shí)較多,為此,在前吊具加裝了2臺(tái)具有30 m起升高度,可吊裝2.5 t 380 V搖控(手動(dòng))兩用快速小卷?yè)P(yáng)機(jī),只需天車前后走動(dòng)對(duì)位,即可通過(guò)小卷?yè)P(yáng)機(jī)快速提升千斤頂,比之前吊裝千斤頂每次可節(jié)省60 min,特別是本標(biāo)段的箱梁架設(shè)施工段內(nèi)有連續(xù)梁近40聯(lián),大大節(jié)省了施工等待時(shí)間。
3.4.3 優(yōu)化線纜的拆裝方式
架橋機(jī)調(diào)頭過(guò)程中在拆卸后支腿時(shí),由于原設(shè)計(jì)未在支腿通過(guò)電纜上設(shè)置拆卸部位,只能對(duì)整條電纜進(jìn)行拆卸,拆卸作業(yè)繁復(fù),改進(jìn)后在拆卸結(jié)構(gòu)分離處,對(duì)電纜加裝了接線端子和線號(hào)標(biāo)記,可在15 min左右完成拆線,30 min左右完成恢復(fù),此舉大大節(jié)省了時(shí)間,同時(shí)也得到了廠家的贊譽(yù),促使其對(duì)后續(xù)設(shè)備進(jìn)行了處理優(yōu)化。
3.4.4 優(yōu)化下橫移軌提升方式
拆卸前支腿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)后,提升下橫移軌作業(yè)的原設(shè)計(jì)是采用鋼絲繩捆綁,通過(guò)2個(gè)5 t手拉葫蘆進(jìn)行提升,人工提升費(fèi)力耗時(shí),同時(shí)安全系數(shù)低,現(xiàn)將其改為焊接耳座,掛設(shè)兩個(gè)10 t的380 V手柄操作低壓控制的電動(dòng)葫蘆,每拆一次僅需40 min,節(jié)約了人力及時(shí)間成本,提高了安全系數(shù),獲得到廠家的認(rèn)可和應(yīng)用。
高速鐵路千噸級(jí)40 m簡(jiǎn)支箱梁分體運(yùn)架裝備能架設(shè)40 m及以下多種跨度箱梁,解決了傳統(tǒng)架橋機(jī)變跨步驟復(fù)雜、自動(dòng)化程度低、無(wú)法大跨度架梁的技術(shù)難題。TJ-JQS1000 t/40 m架橋機(jī)與TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車與現(xiàn)有40 m梁運(yùn)架裝備相比,優(yōu)勢(shì)如下:
(1)過(guò)孔速度更快,架梁效率更高。國(guó)內(nèi)其他形式架橋機(jī)支腿更多,采用多跨架梁模式,架梁效率低;TJ-JQS1000 t/40 m架橋機(jī)采用一跨式結(jié)構(gòu),架橋機(jī)中部的輔助支腿設(shè)計(jì)為可翻轉(zhuǎn)方式,并將前支腿設(shè)計(jì)為三角形結(jié)構(gòu)形式,穩(wěn)定可靠,過(guò)孔就位同時(shí)完成變跨,施工作業(yè)流程簡(jiǎn)單,架梁效率高,平均一天可架設(shè)3孔箱梁,最高一天架設(shè)6孔箱梁。
(2)人工成本低,作業(yè)速度快。新型千噸級(jí)40 m分體式運(yùn)架裝備,相較于32 m運(yùn)架設(shè)備每臺(tái)班節(jié)省20人,見(jiàn)表1;采用前支腿過(guò)孔時(shí)自行移位,解決了變跨與過(guò)孔作業(yè)的融合難題,實(shí)現(xiàn)了快捷變跨過(guò)孔施工技術(shù),體現(xiàn)了新型架橋機(jī)的性能和技術(shù)優(yōu)越性;且架橋機(jī)馱運(yùn)過(guò)隧自行恢復(fù)技術(shù),無(wú)需其他設(shè)備輔助,操作簡(jiǎn)單,恢復(fù)時(shí)間短,減少了人工投入使用量。
表1 施工人員數(shù)量對(duì)比
(3)調(diào)頭效率高,采用液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)90°轉(zhuǎn)向,4 h快速調(diào)頭,解決了傳統(tǒng)運(yùn)梁車調(diào)頭時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題,大幅提升工效,節(jié)省時(shí)間。
通過(guò)對(duì)40 m箱梁運(yùn)架工藝技術(shù)改進(jìn)及工裝關(guān)鍵技術(shù)研究,40 m架橋機(jī)在施工效率方面,有了很大的提升,每臺(tái)班可節(jié)約人工20人,每孔梁可節(jié)約160 min的架設(shè)時(shí)間;同時(shí)40 m梁在智能化方面也有了很大的提升,為設(shè)備的安全性提供了很大的保障。
通過(guò)南沿江城際鐵路項(xiàng)目跨京滬高速公路特大橋40 m箱梁架設(shè)施工的技術(shù)應(yīng)用,該技術(shù)具有起吊重量大、適用范圍廣、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化應(yīng)用程度高、提升施工效率的優(yōu)點(diǎn)。可滿足1 000 t重量的40 m箱梁提運(yùn)架施工;適用于曲線半徑≥2 000 m的40 m、32 m、24 m箱梁架設(shè);運(yùn)梁和喂梁采用數(shù)字化控制技術(shù)(自動(dòng)對(duì)中和偏移報(bào)警),提高行車安全性;采用自平衡“邁步式”技術(shù)與下導(dǎo)梁、雙導(dǎo)梁架橋機(jī)邁步式,每榀梁省時(shí)約160 min,節(jié)省時(shí)間,提高效率。得到建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、咨詢單位的肯定,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。