鋼桁梁小間距下穿城市高架 SPMT 工法應用研究

丁向兵（中鐵十五局集團第二工程有限公司，上海 201713）

1 工程背景

上海虹梅南路—金海路通道工程（虹梅南路段）高架工程全長 10.89 km。工程受上下立交凈空影響，275 m主跨鋼桁梁施工，成為虹梅南路全線的重點、難點控制性工程。因 S32 高架及地面輔路已建成通車，根據 S32 設計資料，對既有 S32 橋梁結構和地面道路標高進行測量后發現，虹梅南路范圍內 S32 梁底標高最低處 15.07 m，地面道路標高最高處 5.09 m，凈空高度約 10 m，除去地面道路凈空 5 m 和虹梅南路高架凈空 4.5 m 后，剩余高度僅 0.5 m 左右。由于空間受限，所以只能采用下承式鋼桁梁結構，而且鋼桁梁無上平聯，為開口式。

根據施工現場建設條件，本工程高架橋受現狀空間結構物制約，鋼桁梁無法在原位拼裝，所以預制場地選擇在路口南北兩個相鄰跨中墩柱設計標高較低的一側，即鋼桁梁第二跨作為進行預制拼裝場地，可以保證鋼桁梁在架設初期在較低的標高上，同時合理選擇鋼桁梁架設工程中的臨時支撐位置，使鋼桁梁在頂升脫離胎架時，通過支撐體系改變鋼梁結構受力變形，優化架設姿態，為鋼梁架設創造有利條件。在架設前需精確測量地面道路、鋼桁梁、上跨橋梁、下部墩柱等處的標高，分析演示各運輸工況下的相互間的相對位置，確保空間的滿足、不產生交叉干涉。

2 SPMT 快速架設鋼桁梁工法

2.1 SPMT 解決方案

根據模擬工況，設定架梁行走線路，采用 4 輛 SPMT 在設定的支點位置，將第三跨鋼桁梁頂起至計算好的高度，再脫離鋼梁胎架。通過前期數據采集和工況模擬建立架設監控指揮系統，配備 6 臺自行式登高車實時監控，指揮 SPMT 通過多工況行走和高精度三維姿態調整避讓立體空間結構物，勻速向第三跨位置縱移，順利通過最不利工況（與 S32 高架最小間距 14 cm，與下部墩柱最小間距 8 cm）。到達設計位置后，將鋼桁梁緩慢落下至立柱頂高阻尼抗震支座上。安裝就位后，SPMT 平板車下降車身脫離鋼桁，退出至原位，恢復交通。

2.2 SPMT 基礎部件

整個架設過程的關鍵工序是鋼桁梁的運輸，運輸過程的順利進行得益于 SPMT 的運用。SPMT 是一種模塊化生產及組裝的自行式平板拖車，可以根據裝載貨物的不同需求被配置成各種結構、尺寸和重量。SPMT基礎部件是一個 4 軸線或 6 軸線的模塊組以及一個動力頭，如圖1 所示。SPMT 實物圖，如圖2 所示。

圖1 SPMT 4 軸線和 6 軸線模塊組效果圖

圖2 SPMT 實物圖

2.3 SPMT 性能特點

（1）單位面積的承載能力高。適合于集中載荷較大的貨物運輸。平臺車承載能力達 10 t/m2，軸載能力為 40 t。

（2）平臺寬度窄。W= 2.43 m 適用于集裝箱運輸。

（3）模塊化設計。可根據貨物特征（噸位、外型尺寸等）進行任意組合并車，設備利用率高。

（4）電控多模式獨立轉向。轉向模式多，機動靈活，通過性好。

（5）驅動行走平穩可靠。采用變量泵、變量馬達組成的閉式靜液壓驅動系統，可實現無級調速，運行平穩可靠。

（6）承載能力強。每軸線額定承載能力為 40 t，組合并車后最大運輸載荷可達 6 萬 t。

SPMT 的牽引力是由液壓馬達提供的，液壓馬達的動力是由置于設備末端的動力頭提供。這就保證了SPMT 擁有出色的牽引力以及緊湊的布局結構。SPMT 每一軸線都是在主控程序的精確控制下執行各種動作并實現各種姿態（如移動、旋轉、升降等），不僅具備良好的操控性，同時還可以完成傳統拖車（如運梁車等）無法完成的動作，如輕松地原地調頭、橫向平移、繞中點旋轉。SPMT的載重平臺可以通過懸掛系統進行升降以便裝卸貨物并保持平臺的水平姿態。

SPMT 6 軸線平板車的規格參數如下：長×寬×高＝8400 m × 2430 mm×（1200～1800）mm，每軸線荷載為 40 t，每軸線自重為 4 t，每軸線實際荷載為 36 t，6 軸線實際荷載為 216 t。

2.4 SPMT 穩定性

通常來說，需要平移的貨物的體積與質量都非常大。這就意味著為貨物創造出最佳的穩定性是非常重要的。要想達到上述的穩定性，則需要采取一些技術措施。 液壓分組穩定性背后的理論依據是不斷地嘗試去創造出 3 個支撐點（就好比椅子之所以可以站立不倒就是因為有 3 個支撐點的保證）。3 點支撐原理在 SPMT 設備上的應用可以被理解為是將所有車輪架分為 3 個小組，每組的所有車輪架都連接在同一個液壓系統上，而液壓油可以在各個車輪架之間不停地流動；同時還必須通過縝密的計算來決定所有車輪架的分組方式。

2.5 懸掛介紹

懸掛由懸掛架、平衡臂、懸掛油缸和車軸組成。車軸又分為驅動軸、制動軸和從動軸。懸掛架和平衡臂之間采用單作用液壓缸支撐，且油缸的行程達 600 mm。同時所有的懸掛油缸可以根據重心在車板的相對位置進行分區編組，保證了同一區的懸掛壓力相同，這樣就實現了載荷的均布。車軸懸掛系統，如圖3 所示。

圖3 車軸懸掛系統

由于采用了模塊化組合的拼接車組的方式，使得車組在滿載的條件下對地壓力仍舊 ＜ 10 t/m2，實現對集中載荷的擴散。

2.6 同步控制

所有車組并車后由一個遙控器控制，每組單元模塊車的驅動軸均設有速度傳感器，其整車速度的平均值發送到并車CAN 總線上，以便于和其他車輛的速度進行比較。取每個車的平均值后，再調整每個車的行駛驅動電控變量泵，使各車的行駛速度趨于平均值，從而實現同步控制。

2.7 水平面調節

SPMT 在軸線內部裝配了嵌入式的液壓油缸。這些油缸都可以被連接到各個液壓分組中，操作手只需使用一個遙控器就可以輕松完成對整個系統的升降（任意組合方式、任意數量）；因為液壓缸是與液壓分組相連接的，油壓缸與液壓分組的壓力是相同的，因此即便要對某一軸進行升降，其液壓力仍然將與液壓分組中的壓力相同。這就使 SPMT 能夠輕松地在起伏路面上行駛而不會出現局部失壓或故障的現象，如遇路面不平，某些軸系將失壓或增壓。此時軸線內部裝配液壓油缸通過升高或降低的自調整，使貨物的下平面保持水平。

因此只要保持路面平整，并高差保持在 600 mm 以內，SPMT 便可以通過自有的懸掛行程來調整，使車板始終保持水平狀態。

3 SMPT 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

為了更直觀地展示 SMPT 施工的具體步驟，構建了SMPT 的施工工藝流程圖，如圖4 所示。

圖4 施工工藝流程圖

3.2 施工操作要點

（1） 支撐點補強措施。鋼桁梁主體由 3 片桁架主梁和主梁之間的橋面板組成，3 片桁架主梁作為主受力結構，但實際支撐點只能設置在 2 片桁架之間的橋面板下部，才能保證平板車運輸行進路線暢通。為此，需在支撐點處增加補強措施，將支點受力傳遞至桁架主梁上，才能保證運輸過程安全可靠。支點補強措施如下：將平板車支點位置的橫梁底板加寬，橫梁底板與橋面板之間設置 20 mm 厚的加勁肋，左右各 2 道。同時設置加強縱梁，結構形式與設計小縱梁相同，腹板板厚 16 mm，底板板厚 20 mm。

（2） 防變形措施。整跨鋼桁梁在運輸過程中，因為受力支點的改變，可能會導致桁架變形，為防止桁架變形，在上弦位置設置工字鋼支撐桿，支撐桿布置在轉運車支墩位置，共布置 4 道；在橋面上設置下部補強。

（3）運輸過程高度控制。為了確保平移過程中不與S32 高架橋和 ZX301、ZX302 墩柱發生干涉，采取后裝ZX301墩支座的措施，待運輸到位后繼續往 ZX302墩柱方向前行一段距離，直到鋼桁梁后端駛過 ZX301 墩，再安裝ZX301 墩的支座，安裝完成后，運輸車再倒退行駛至準確位置就位。

3.3 施工準備

（1）排查第三跨鋼桁梁運輸路線的路面情況，對路基不實的部位，換填夯實，并用混凝土填筑，對坑洼較大的地方，用鋼板鋪墊，保證平板車運輸過程中不會產生顛簸。

（2）采用全站儀和水準儀復測拱角中心坐標、標高、軸線偏移值等，確保無誤。

（3）組裝好 SMPT 平板車后，需試運行一段距離。

（4）安裝好支撐架模塊，與平板車固定牢固。

（5）登高車和汽車吊就位。

（6）準備好圍擋和水馬，開始架設時，快速疏導交通。

（7）準備好支座和支座灌漿料，架設過程中能迅速安裝。

3.4 架設步驟

（1）在第二跨鋼桁梁位置吊裝拼接第三跨鋼桁梁，待復核驗收后，準備運輸架設。

（2）SMPT 行駛通道 3 m，地面壓實整平，地耐力 10 t/m2，根據配車方案擺放運輸支撐結構在 SMPT 上后，從行車通道進車。

（3）SMPT 就位后通過車身的液壓頂升功能將鋼桁梁整體從臨時支架轉移至 SMPT 上。

（4）SMPT 裝載著鋼桁梁向安裝點平移。

（5）受墩柱及放鶴路高架橋的標高限制，ZX301 的支座后裝，平移時超出 ZX302 立柱 4 m 后安裝支座，安裝ZX301 支座完畢后，鋼桁梁整體往回平移 3.627 m 后，通過SMPT 多功能轉向模式調整鋼桁梁的安裝位置并下落就位。

4 質量保證措施

（1）吊裝拼接過程質量控制措施：① 按照規范和設計，嚴格控制各構件板塊之間的平整度、焊縫寬度；② 測量上控制平面軸線、縱面高程；③ 嚴格控制焊縫的質量，焊縫探傷檢驗取樣為 100%；④ 防變形措施按照方案施工，工字鋼與鋼桁梁之間焊接牢固。

（2）運輸過程質量控制措施：① 平板車上的支撐架與平板車之間要固定牢固；② 支撐架與鋼桁梁之間采用鏈條葫蘆拉緊；③ 運輸車行駛路線路面壓實整平；④ 下穿 S32時，觀察員全程監控鋼桁梁梁頂與 S32 梁底的間隙，防止發生碰撞。

（3）鋼桁梁就位質量控制措施：① 技術人員控制安裝支座的精度；② 在支座與梁底楔形塊上畫好對中線，鋼桁梁就位時按照中線對位；③ 就位后，測量員及時觀測鋼桁梁跨中處的下撓度是否符合設計值。

5 效益分析

SPMT 快速架設鋼桁梁工法采用封閉交通 5 h 完成高架橋主跨鋼桁梁架設安裝，鋼桁梁的臨時支撐是模塊化組件，設置在 SMPT 上，省去了安裝、拆除工作程序，較常規分節段吊裝、拼接工法，節省 80 %安裝時間，而且對交通影響降至最低，保證了社會效益的最大化。SPMT 快速架設鋼桁梁工法采用在相鄰跨完成整體拼裝，節省在通行路口上分階段吊裝投入的臨時交通設施及安全措施費用 30 萬元。采用SPMT 快速架設鋼桁梁工法，減少了路口的道路翻交、分段施工次數，提高了鋼桁梁的吊裝、焊接功效，并節約工期 2個月。

6 結 語

SPMT 快速架設鋼桁梁工法適用于下穿既有線路橋梁施工空間受限、下部地面道路與待架設梁體交叉、城市主干道交通組織困難、無法中斷既有道路通行現狀、對架設時間有限制的鋼桁梁施工項目。采用本工法進行城市高架橋大跨徑鋼桁梁的安裝，鋼桁梁加工單元和成品段落在工廠內加工完成后運輸至施工現場進行裝配，減少占用社會道路資源。通過調整鋼桁梁的常規吊裝、焊接、落架工藝順序，極大地提高了鋼桁梁的整體加工質量和安裝精度。采用 SPMT 通過多工況行走及頂推姿態調整，避讓既有結構物，在短時間內迅速完成鋼桁梁架設，保證了下穿道路的交通不受影響，有效解決了城市交通繁忙地區及下穿既有結構橋梁工程快速化施工的難題。施工實踐證明，SPMT 快速架設鋼桁梁工法對于鋼桁梁小間距下穿城市高架施工具有很大的功效，并且產生了一定的經濟和社會效益。這對其他梁體的架設和拆除施工也有參考和借鑒意義。