滬杭高速鐵路箱梁安全高效架設施工技術

李 艾，史紹明，尹華東

(中交二航局滬杭鐵路客運專線項目部，上海 201501)

1 工程概況

滬杭高速鐵路位于長江三角洲西南緣及杭嘉湖平原地區(qū)，東連我國經(jīng)濟中心城市上海，西接國際知名旅游城市杭州，途經(jīng)松江、金山、嘉興、桐鄉(xiāng)、海寧、余杭等市(區(qū))，線路正線長度160 km。本標段主要工程有:路基1.986 km;橋梁15.203 km，其中特大橋有2座，分別為橫潦涇特大橋和跨滬杭高速公路特大橋，共建2個預制場，分別設在2座特大橋中部，橫潦涇特大橋共架設箱梁298榀，其中32 m箱梁245榀，24 m箱梁49榀，非標梁4榀，連續(xù)梁8座，架設過程中變跨30余次，過連續(xù)梁8次，調頭3次。跨滬杭特大橋共需架設箱梁277榀，其中32 m箱梁226榀，24 m箱梁42榀，非標梁9榀，連續(xù)梁16座，架設過程中變跨35次，過連續(xù)梁16次，調頭4次，變跨頻繁、連續(xù)梁多、調頭多是箱梁架設難點所在。

2 總體架設方案

2.1 主要施工設備

在滬杭高速鐵路建設中設備配備有:HZQ900t級雙線整體預制箱梁架橋機1臺、MG450t級可縱橫行走提梁機 2臺、MBEC900t輪胎式運梁車 1臺、TLMEL900t輪胎式搬梁機1臺。

2.2 架設方案

兩梁場均采用單梁單架方案，箱梁由場內900 t輪胎式搬梁機運輸?shù)教崃簠^(qū)，由設置在該處的2臺450 t提梁機從地面提升到橋面900 t運梁車上，再沿橋面運梁。

箱梁架設采用900 t架橋機，架橋機前天車從運梁車上拖拉取梁，吊梁縱移到前方待架跨，下落、橫移并微調箱梁就位后，將箱梁落放到墩頂4個500 t液壓同步千斤頂上，經(jīng)測量、調整高差無誤后(4個千斤頂同時供油至計算值，達到4個支點受力均衡、高程一致)，灌注支座錨栓孔。支座砂漿達到強度后，架橋機尾部電動驅動輪子沿鋼軌走行、前支腿步履縱移過孔，下導梁過孔就位，架設下一片箱梁。HZQ900型架橋機架梁工藝流程見圖1。

圖1 HZQ900型架橋機架梁工藝流程

3 高效架設箱梁施工工藝及要點簡介

箱梁架設工作包含六大工序:提梁、運梁、喂梁、落梁、支座錨固、架橋機過孔。

3.1 架設準備

3.1.1 箱梁及設備檢查

各種類型架橋機的安裝、調試和架梁作業(yè)前應編制相應的架設工藝和安全質量保證措施，并符合現(xiàn)行《鐵路架橋機架梁暫行規(guī)程》要求。成品箱梁架設前由制梁單位向架梁單位提供《箱梁制造技術證明書》，并共同對成品箱梁外觀進行檢查，成品箱梁外形尺寸及外觀質量檢查應符合《客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南》中表 6.1.12—2及表 6.1.12—3的規(guī)定［1～2］。

(1)確認設備已通過技術監(jiān)督部門的審查認證，并具有產(chǎn)品合格證和形式試驗報告單。

(2)確認設備已通過橋涵及路基設計單位的施工荷載驗算。

(3)確保所有機組人員均已培訓合格，并持證上崗。

(4)運架前設備操作員檢查制動器、限位開關和緊急制動開關，保證其處于完好狀態(tài)。

(5)設備操作員檢查發(fā)動機、電氣裝置是否處于完好狀態(tài)。

(6)機組人員檢查鋼絲繩是否處于張緊狀態(tài)，卷筒槽、滑輪內的鋼絲繩纏繞是否正常。

(7)機組人員檢查設備及墩臺上有無遺留工具和其他物件，以免在作業(yè)中墜落造成人員和設備事故。

3.1.2 梁下工程準備

(1)箱梁架設前由業(yè)主組織架梁單位、梁下施工單位、監(jiān)理，對梁下工程進行交接。

(2)混凝土墩臺交接前，墩臺施工單位應對全橋中線、高程、跨度貫通測量，將相關資料移交架梁單位。并用墨線標出各墩臺中心線、支座十字線、梁端線及錨栓孔位置。

(3)箱梁在運架前，梁下施工單位應及時清除路基、橋梁墩臺上的障礙物［3］。

3.2 提梁

準備工作及要點簡介。

(1)在準備安裝箱梁內將架設需要物資(支座砂漿、水、支座錨錠鋼棒等)放入箱梁內腔。

(2)提梁時，2臺450 t提梁機同步提梁，在時間允許的情況下用1擋提梁，但為提高箱梁架設效率，可用2擋提梁，根據(jù)多榀箱梁的統(tǒng)計，從開始提梁到放置運梁車上時間70 min左右。

(3)在安裝及拆除提梁機吊具時，配備6名工人，左右兩側同時安裝和拆除吊具，可加快提運速度。

(4)在提完1榀箱梁完成后，將2臺450 t提梁機吊具與下一榀箱梁連接，待需提梁時可立即提梁上運梁車。

3.3 運梁

3.3.1 運梁前準備

(1)運梁車應每天做好設備檢查工作、包括燃油是否足夠、胎壓是否足夠，做好維修保養(yǎng)，時刻讓設備處于良好狀態(tài)。

(2)應提前與橋面工作人員協(xié)商好，務必使運梁通道上無大件障礙物。

3.3.2 要點簡介

(1)運梁車操作人員應非常熟悉操作程序，能準確地控制好運梁車方向，能穩(wěn)住供油量使運梁車勻速前進。

(2)運梁車2名觀察人員注意觀察運梁車路線是否處于橋正中，并能及時清除橋面障礙，觀察路基受力變化情況、箱梁平衡狀態(tài)、輪胎受力情況以及減振油缸工作狀態(tài)，遇有路面高差過大或橋縫錯臺嚴重時，應停車進行處理后再行駛。

(3)根據(jù)多榀箱梁的統(tǒng)計，重載運輸箱梁到架橋機尾部需90 min左右，空載回梁場需70 min左右(運距為4 km)。

(4)根據(jù)以上的工序安排及時間統(tǒng)計，要確保提梁及運梁的高效施工，在運梁車喂完箱梁后開始返回時，提梁機開始提梁，待運梁車返回梁場后，箱梁也已提至運梁車位置，運梁車又可以進行下一榀箱梁的運輸。

(5)運梁車裝箱梁啟動、起步應緩慢平穩(wěn)，嚴禁突然加速或急剎車。重載運行速度控制在5 km/h以內，曲線、坡道地段應嚴格控制在3 km/h以內，當運梁車接近架橋機時應及時停車，在得到指令后才能喂梁。

3.4 喂梁［4］

3.4.1 工況步驟

工況1:運梁車運梁至架橋機(圖2)。

運梁平車運梁行至架橋機尾部制動;

前吊梁行車與梁體前端通過吊具連接。

圖2 運梁車運梁至架橋機

工況2:前吊梁行車吊梁前行(圖3)。

前吊梁行車拖梁和運梁平車上后臺車配合前移梁體;

梁體繼續(xù)前移，梁體后端至架橋機尾部;

后吊梁行車與梁體后端通過吊具連接;

前后吊梁行車共同配合前移梁體。

3.4.2 要點簡介

(1)運梁車喂梁時，安排6人安裝1、2號天車吊具，每3人1組，左右2側同時安裝，可減少喂梁使用時間;

(2)檢查架橋機發(fā)電機、卷揚機、制動器、各液壓泵站、鋼絲繩及吊具是否正常;

(3)待前天車和運梁車驅動鏈條拉直后，可用2擋喂梁，但到喂梁結束前必須提前減速，待喂到規(guī)定設計位置時，立即停止喂梁。此狀態(tài)下的喂梁時間為40 min左右。

圖3 前吊梁行車吊梁前行

3.5 落梁

3.5.1 工況步驟

工況1:前后吊梁行車行至架梁段落梁(圖4)。

前后吊梁行車載梁行至架橋機架梁段;

降低梁體高度距離墩面200 mm。

工況2:梁體就位(圖5)。

前后、左右調整梁體位置，梁體就位;

灌漿待砂漿強度達到20 MPa后架橋機準備過孔。

圖4 前后吊梁行車行至架梁段落梁

圖5 落梁就位

3.5.2 要點簡介

(1)在設備正常情況下，移、落梁均可使用2擋，使用時間為20 min左右;

(2)移、落梁時，可將拆除的臨時鋼軌連接上，以便能及時拖拉鋼軌;

(3)同時，還可將臨時鋼軌的放置基準線畫好，使架橋機能在過孔時順利沿鋼軌行走，避免出現(xiàn)啃軌等不正常現(xiàn)象;

(4)在落梁至千斤頂上時，根據(jù)墊石上的墨線高程，大致將4個500 t吊梁千斤頂頂升到該高程位置，可略高于該高程，以便調整箱梁的高程;

(5)測量人員在報出箱梁實際高度與設計高程的高差后，應根據(jù)箱梁的4個觀測點的測量高度全面考慮，使箱梁以較快的時間調整到位。

3.5.3 架設梁高程計算

預制梁架設后，與相鄰預制梁端的橋面高差不應大于10 mm，支點處橋面高程誤差應在+0～－20 mm。要達到此項規(guī)范要求應做好以下計算:

(1)進行橋墩臺墊石高程的復測，計算出橋墩墊石的實際高程，然后與設計高程進行比較，得到實際高程與設計高程的差值為±X1;

(2)進行箱梁梁高的復測，復測支座中心線與線路中心線的交點處的梁高，在大里程、小里程方向共4個點進行測量，用測量出的同一端的梁高取其平均值，用同一端梁高的平均值與設計梁高進行比較，得到的差值為±X2;

(3)控制梁底與墊石頂?shù)母叱蹋M行相關的計算，以32 m箱梁為例:支座高度為280 mm，設計的灌漿高度為28 mm，在實際架梁控制中，最終的梁面高程比設計低8 mm，計算公式為

前3步的計算結果應滿足支座砂漿的厚度在20～30 mm，同時應滿足相鄰箱梁梁端的高差小于3 mm，還應滿足4個臨時千斤頂每支點反力與4個支點反力的平均值相差不超過±5%，如果計算結果不能滿足上述條件，要求梁場對箱梁進行處理。圖6為架橋機架梁現(xiàn)場。

圖6 900 t架橋機架梁現(xiàn)場

3.6 支座錨固灌漿

3.6.1 支座錨固灌漿工序

(1)鑿毛支座就位部位的支撐墊石表面，清除預留錨栓孔中的雜物，并用水將支撐墊石表面浸濕。

(2)安裝灌漿用預制鋼模模板，底面設1層4 mm厚橡膠防漏條，通過膨脹螺栓固定在支撐墊石頂面。

(3)架梁之前在梁的4個支撐墊石旁擺放千斤頂。

(4)利用架橋機調整梁體位置和高程，使螺母對準支撐墊石上預留錨栓孔，用薄型液壓缸調整支點反力，使每個支點反力不超過4個支點平均反力的5%，擰緊薄型液壓缸的鎖定螺母。

(5)采用流動性非常好的灌漿材料灌注。在支座與支撐墊石之間進行重力式灌漿。灌漿過程中應從支座中心部位向四周注漿，直至從鋼模與支座底板周邊間隙觀察到灌漿材料全部灌滿為止，不允許中間缺漿。

3.6.2 灌漿要點

(1)灌漿前，將支座錨固孔中的水及雜物清除出來，放置好灌漿模板，并將模板下部縫隙堵塞，防止支座砂漿泄漏。

(2)根據(jù)錨固孔洞大小，計算好需要的支座砂漿量，實際用量可略多于計算量。

(3)支座砂漿水灰比控制在0.13～0.15，確保灌漿層的密實度和砂漿強度也能按時達到。

(4)使用2個重力式灌漿漏斗，可同時灌注箱梁一端2個支座，可縮短灌漿時間，使灌漿時間控制在30 min左右。

3.7 架橋機過孔［4］

3.7.1 架橋機準備過孔

箱梁支座灌漿見后面的支座安裝工藝，箱梁就位進行支座灌漿，采用重力式灌漿法，當漿體強度達到20 MPa后，就可拆除千斤頂，前后吊梁小車的吊具及吊桿脫離梁體，架橋機開始準備移到下一跨。

3.7.2 主梁前行過孔

工況1:架橋機架設該孔完畢，架橋機準備過孔(圖7)。

于橋面鋪設架橋機臨時軌道;

解除架橋機后支腿臺車下部4個液壓頂，臺車輪落于軌面上;

頂升輔支腿油缸，使前支腿下調整節(jié)離開墩面。

工況2:架橋機前移(圖8)。

圖7 架橋機架設該孔完畢，架橋機準備過孔

圖8 架橋機前移

開動后支腿臺車電機，使架橋機前移;

架橋機前移至設計位置;

安裝后支腿臺車液壓頂側面4個調整墊塊;

收回輔支腿油缸，調整前支腿，支平主梁。

3.7.3 要點簡介

(1)待箱梁落至4個臨時千斤頂后，方可拆除前后天車的吊具與箱梁的連接，并將“O”形腿油缸頂升，取出墊塞于架橋機下的鐵板及木板拖拉鋼軌，并用鐵板墊塞鋼軌下懸空位置，此工作可在灌漿時同時進行;

(2)主梁過孔時如軌道擺放居中并梁面平順，可用3檔運行，但在臨近梁端時必須減速。主梁過孔的時間在20 min左右;

(3)在墊塞“O”形腿下部的鐵板及木板的同時，可將前天車和導梁連接，做好導梁過孔第一步的工作。

3.8 下導梁過孔

3.8.1 工況步驟

工況1:下導梁縱移第一步(圖9)。

前吊梁行車前移吊起下導梁后端;輔支腿臺車吊輪吊起下導梁前端;

前吊梁行車前移，推動下導梁前移;

下導梁行至其中心稍后輔支腿1 m處停止，輔助天車捆吊下導梁。

圖9 導梁過孔第一步

工況2:下導梁縱移第二步(圖10)。

前吊梁行車和輔助天車吊下導梁同時前移;

前吊梁行車行至前支腿附近停止;

解除前吊梁行車捆吊。

圖10 導梁過孔第二步

工況3:下導梁縱移第三步(圖11)。

輔助天車繼續(xù)拖動下導梁前移;

輔助天車拖動下導梁至設計位置;

支平、調整、穩(wěn)固下導梁;

拆除架橋機臨時軌道;

全面檢查，架橋機準備架梁。

圖11 架橋機導梁過孔完畢

3.8.2 要點簡介

(1)下導梁過孔時，待行走平穩(wěn)時可使用3檔前進，但在每一步結束之前必須減速停止，做好下導梁過孔的下一步準備工作;

(2)導梁縱移過孔完成后，再整體檢查1次，準備下榀箱梁的安裝工作;

(3)導梁過孔時間和退前天車時間共計需要50 min左右。

3.9 其他工序安排

在箱梁安裝前必須檢查墊石預埋錨固孔位置是否正確，如不正確應及時修正，以免落梁后錨固螺桿放置不到預埋孔中，造成將箱梁提起，修整預埋孔洞，這樣既延長箱梁安裝時間又存在較大安全隱患，對設備也是一種損傷。

日常要注意各設備的維修保養(yǎng)，檢查出問題必須盡快處理，很多大問題都是由小問題沒有及時處理而造成的。因此，維修保養(yǎng)一定需要到位，盡可能地避免設備在工作進行過程中出現(xiàn)故障，影響施工作業(yè)。

高效架設安裝工序見圖12。

圖12 高效架設安裝工序

3.10 高效架設箱梁工效分析(不計等待砂漿強度時間)(圖13)

圖13 架梁功效分析

4 采用新工藝及設備改造意見

4.1 設備特點

(1)簡支架設:可伸縮式的柔性前支腿、剛性O型后支腿兩支點支撐主梁，形成架梁狀態(tài)為一跨簡支狀態(tài)，受力明確;

(2)簡支過孔:吊梁小車、輔助天車及輔支腿相互配合，使架橋機過孔狀態(tài)為一跨簡支狀態(tài)，整機縱向穩(wěn)定性較大，安全性高;

(3)梁體吊裝穩(wěn)定性好:2臺吊梁小車相互配合，攜梁三維運動，滿足梁體同步吊運、橫向微動調整，吊裝梁體采用四點起吊、三點平衡，梁體受力狀態(tài)好;

(4)作業(yè)效率高:架梁、運梁工序分離，提高施工作業(yè)效率;

(5)安全可靠:起吊裝置配置監(jiān)控報警、緊急制動裝置、極限限位裝置、超載保護裝置、卷揚機雙級制動、工作環(huán)境風力測控裝置;

(6)變跨調整方便:輔支腿、前支腿等互相配合，滿足架橋機變跨調整需要;

(7)配備梁體橫向微調功能，對位誤差≤2 mm。

4.2 新工藝簡介

HZQ900架橋機正常變跨工藝為需變下導梁前支腿、前支腿及輔助支腿3個部件，由于滬杭高速鐵路3標跨滬杭特大橋箱梁安裝存在連續(xù)梁多、變跨的特點，根據(jù)架橋機設計情況、現(xiàn)場箱梁安裝經(jīng)驗得出:當遇設計為大跨度中間夾一榀小跨度(如:32 m—24 m—32 m)的箱梁安裝時，可采用變導梁前支腿、整機前支腿，不變輔助支腿的新工藝。采用此工藝可節(jié)約變跨時間3 h左右，具體工藝步驟如下:

步驟一:當32 m箱梁架設完成后，做好架橋機過孔準備(圖14);

步驟二:架橋機前行24 m，架橋機前支腿到達前方墩頂(圖15);

步驟三:架橋機到達前方墩頂后，插入架橋機前支腿銷軸，墊好“O”形腿下部枕木。變下導梁為32 m，按照下導梁的過孔要求，調運下導梁過孔(圖16);

圖14 架設完畢32 m箱梁

步驟四:拆除前支腿上部螺栓，利用前支腿上部行走將前支腿變?yōu)?4 m，再將整機前行8 m，將前支腿放置于墩頂，連接前支腿上部螺栓。插入前支腿銷軸。全面檢查，進入架梁工況(圖17、圖18)。

圖15 整機走行到前支腿到達墩頂

圖16 下導梁過孔邊跨過孔(單位:mm)

圖17 前支腿變跨(單位:mm)

圖18 變跨完成，架梁狀態(tài)(單位:mm)

4.3 設備改進意見

HZQ900t架橋機有具有以上特點，但有的部件還有待改進，如:架橋機掉頭使用的吊裝工具，安裝和拆卸都比較困難，延長了調頭轉場時間，且安全風險較大;在調頭后安裝與連續(xù)梁相連接的中間一跨時，由于導梁不夠長，需要再次安裝前支腿下部分及導梁后支腿，并且待導梁后支腿安裝后又立即拆卸，這樣，也延長了架橋機調頭轉場時間。

5 結語

通過以上的工序安排后，從喂梁、灌漿、等待支座砂漿強度到架橋機過孔完畢具備安裝下孔箱梁條件大約需要330 min到360 min。但在天氣條件允許，各設備狀況良好，工期比較緊張的情況下，實行帶頂過跨方案，可節(jié)省等待支座砂漿強度時間120 min，從而達到安裝一孔箱梁的時間縮短到210 min到240 min，能夠實現(xiàn)24 h內架設5～6孔箱梁。

［1］鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院.TZ213—2005 客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵建設函［2006］181號 鐵路架橋機架梁暫行規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］楊寶森.客運專線箱梁架設施工控制要點淺議［J］.山西建筑，2008，34(13):333-334.

［4］鄭州華中建筑機械有限公司.HZQ900型架橋機使用規(guī)程［S］.鄭州:鄭州華中建機有限公司，2009.

［5］姚晉梅.京滬高速鐵路雙線整孔箱梁架設施工技術［J］.山西建筑，2009，35(5).

［6］賈糧棉.高速鐵路橋梁施工技術與裝備［M］.武漢:華中科技出版社，2010.

［7］黃耀怡.鐵路客運專線橋梁鋪架技術研究與成套設備研制［J］.鐵道標準設計，2005(5):32-34.

［8］李學明.900 t箱梁運架施工技術［J］.中國科技信息，2008(16):74-76.

［9］陳劍曉.高速鐵路900 t箱梁架設關鍵技術［J］.山西建筑，2010，36(11).

［10］薛國華.高速鐵路簡支箱梁架設工期研究［J］.鐵路工程造價管理，2006，21(4).