龍門吊臥拼技術(shù)在涉鐵工程中的應(yīng)用

孫曉邁

(中鐵十四局集團(tuán)第一工程發(fā)展有限公司，山東 日照 276800)

隨著國(guó)內(nèi)高鐵及地方鐵路的發(fā)展，跨越鐵路的公路、鐵路、市政橋梁越來(lái)越多，為降低橋梁工程施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)線安全風(fēng)險(xiǎn)，跨鐵橋梁的結(jié)構(gòu)形式基本設(shè)計(jì)為平面轉(zhuǎn)體。青島新機(jī)場(chǎng)連接線涉鐵工程轉(zhuǎn)體橋?yàn)?×120 m T構(gòu)鋼箱梁，分為左右兩幅錯(cuò)位布置，雙幅同時(shí)轉(zhuǎn)體。通過(guò)在技術(shù)、安全、工期方面對(duì)鋼箱梁吊裝設(shè)備進(jìn)行比選，最終確定采用4臺(tái)MQ120 t/16 t-28 m-30.5 m三角桁架雙梁龍門吊(以下簡(jiǎn)稱起重機(jī))作為鋼箱梁吊裝設(shè)備。兩鐵路線間，尤其緊鄰高速鐵路和航空限高區(qū)內(nèi)高度達(dá)33 m的特大龍門吊安拆是本項(xiàng)目的工作難點(diǎn)。

1 工程概況

新機(jī)場(chǎng)高速連接線西接女姑口大橋，東至青銀高速，自雙埠收費(fèi)站西側(cè)，以高架形式接拓寬的女姑口大橋，向東地面穿越雙埠立交后，繼續(xù)向東跨越既有鐵路線及沿線道路后接入青銀高速。其中上跨青榮城際等既有鐵路節(jié)點(diǎn)采用跨徑120 m+120 m變截面鋼箱梁T構(gòu)橋，同時(shí)跨越膠濟(jì)貨線、膠濟(jì)客專雙線、青榮城際雙線、機(jī)場(chǎng)專用六條既有鐵路線。鋼箱梁轉(zhuǎn)體前主要是在平行鐵路方向臨時(shí)支架上吊裝焊接施工，鋼箱梁左幅支架位于青榮城際、機(jī)場(chǎng)專用線間230 m范圍，支架上方的鋼箱梁投影西側(cè)邊緣距青榮城際鐵路柵欄6 m，投影東側(cè)位于機(jī)場(chǎng)專用線路基坡腳上，鋼箱梁頂板距地面高度為21～27 m。右幅支架位于平行膠濟(jì)線的安順路上230 m范圍，支架上方的鋼箱梁投影東側(cè)膠濟(jì)線坡腳柵欄為12 m，鋼箱梁頂板距地面高度為23.5～28.3 m，施工環(huán)境較復(fù)雜。為確保鋼箱梁吊裝焊接及鐵路營(yíng)業(yè)線的安全，吊裝方案經(jīng)多次比選，最終采用4臺(tái)120 t龍門吊方案分別在左右幅支架上進(jìn)行鋼箱梁?jiǎn)卧跹b拼裝焊接[1]。以鐵路間左幅龍門吊為例，根據(jù)拼裝支架上的鋼箱梁斷面尺寸及鐵路間的作業(yè)空間，龍門吊兩軌間距定為28 m，吊裝凈空高度為3.5 m，設(shè)計(jì)的龍門吊外形邊緣距青榮城際接觸網(wǎng)回流線僅為13.1 m，橫梁高岀接觸網(wǎng)為20.6 m。左右幅龍門吊與鐵路位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 龍門吊與鐵路位置關(guān)系(單位：m)

2 龍門吊結(jié)構(gòu)參數(shù)

龍門吊額定吊重120 t，設(shè)計(jì)跨度28 m，起重高度為30.5 m，設(shè)備安裝總高度33.5 m。門式起重機(jī)主梁采用三角桁架焊接結(jié)構(gòu)形式，共兩列，其間距2.6 m，每列分3段制造，段間采用銷軸連接，總長(zhǎng)度30 m。主梁與支腿采用高強(qiáng)螺栓連接，主梁設(shè)天車導(dǎo)電架和走臺(tái)。支腿采用一剛一柔結(jié)構(gòu)，高度30.5 m。龍門吊結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要部件如表1所示，另包括1臺(tái)16 t小車機(jī)構(gòu)、1個(gè)4 t鋼腿托架、1個(gè)2 t柔腿托架、1個(gè)9 t梯子平臺(tái)和1臺(tái)5 t電器房。

3 龍門吊拼裝方案比選

由于龍門吊處在鐵路營(yíng)業(yè)線狹小的空間，環(huán)境特殊復(fù)雜，傳統(tǒng)的先支腿拉線后吊裝主梁的安裝無(wú)法操作，經(jīng)反復(fù)比選，只能采用支腿的剛性支撐法或臥拼法安裝龍門吊。

圖2 龍門吊結(jié)構(gòu)(單位：mm)

表1 龍門吊材料表

3.1 剛性支撐法

剛性支撐法主要采用4根剛度較大的型鋼對(duì)龍門吊兩側(cè)支腿吊耳與地錨連接加固，然后再用吊車吊裝主梁橫梁與支腿連接。拼裝主要步驟：施工準(zhǔn)備→拼裝場(chǎng)地布置→軌道檢測(cè)、地錨的布置檢查→剛性(柔性)支腿拼裝→剛性(柔性)支腿剛性支撐拼裝連接并調(diào)整→主梁吊裝并栓結(jié)→起重小車吊裝→附件安裝→電氣設(shè)備安裝→調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。龍門吊剛性支撐法拼裝過(guò)程見(jiàn)圖3。

3.2 臥拼法

拼裝主要步驟：施工準(zhǔn)備→拼裝場(chǎng)地布置→軌道檢測(cè)→走行大車固定→主梁拼裝→主梁與支腿連接→兩臺(tái)汽車吊整體起吊→支腿與走行大車栓結(jié)→支腿與主梁栓結(jié)→起重小車吊裝→附件安裝→電氣設(shè)備安裝→調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)。龍門吊臥拼法拼裝過(guò)程見(jiàn)圖4。

3.3 拼裝方案確定

青榮城際間的鐵路天窗點(diǎn)時(shí)間最多只有240 min，采用剛性支撐法安裝時(shí)間無(wú)法保證且安全風(fēng)險(xiǎn)性極高，而利用鐵路天窗點(diǎn)采用2臺(tái)汽車吊進(jìn)行臥拼抬吊方式安裝龍門吊最多只需200 min，因此本工程龍門吊安裝方式選用臥拼方式。

圖3 剛性支撐拼裝(單位：mm)

4 龍門吊臥拼施工技術(shù)

臥拼法施工工藝：施工準(zhǔn)備→軌道、托梁的安裝布置→主梁部件組裝→支腿組裝→大車行走構(gòu)件定位→主梁及支腿組合→主梁、支腿件小車抬裝→平臺(tái)操作室配電柜等附件→電氣安裝調(diào)試→試吊、檢測(cè)驗(yàn)收→正式交付使用。

圖4 龍門吊臥拼(單位：m)

4.1 大車走行機(jī)構(gòu)的定位

(1)大車走行機(jī)構(gòu)的定位需事先在大車軌道上準(zhǔn)確標(biāo)示中心點(diǎn)，按照位置要求分別將4組臺(tái)車定位(見(jiàn)圖5)，其中有兩組的位置為最終定位，用12.6#槽鋼支撐牢固支撐在挑出去的12.6#槽鋼對(duì)扣的支撐上。

圖5 大車走行拼裝(單位：m)

(2)根據(jù)內(nèi)側(cè)地錨位置及單側(cè)大車行走機(jī)構(gòu)前后輪組距離，在軌道邊做好行走機(jī)構(gòu)車輪組定位標(biāo)記，放置大車行走梁于軌道上，使車輪組放置于標(biāo)記處，兩根行走梁的車輪全部靠向軌道橫向的同一側(cè)，鎖緊手動(dòng)防風(fēng)鐵楔；每個(gè)行走機(jī)構(gòu)用12.6#槽鋼牢固支撐，保證其頂面的水平度。

4.2 主梁、支腿構(gòu)件拼裝

用70 t汽車吊，在地面依序完成大車行走梁(含大車行走機(jī)構(gòu))、剛性門腿(分兩根)、柔性門腿(分兩根)、2根主梁及各附屬結(jié)構(gòu)(走臺(tái)、爬梯等、電纜滑車架等)的組裝。在主梁組拼好的基礎(chǔ)上，把剛性支腿和柔性支腿用銷軸與托梁連接，支腿的下端采用滾軸的方式放在反扣在地面的作為滑行軌道的16#槽鋼上(見(jiàn)圖6)。

圖6 龍門吊臥拼布置(單位：m)

4.3 龍門吊整體抬吊

利用兩臺(tái)500 t汽車吊共同起吊主梁(見(jiàn)圖7)。2臺(tái)500 t的吊車進(jìn)入場(chǎng)地，并排立在主梁一側(cè)，車身長(zhǎng)度方向順著軌道方向擺放。兩臺(tái)500 t吊車首先按預(yù)吊高度豎起大臂，放下吊鉤至主梁吊點(diǎn)位置。

選好主梁吊點(diǎn)，將組裝好的主梁吊起試鉤，同時(shí)檢查吊具和吊車支腿等，起吊的同時(shí)測(cè)量人員在一旁對(duì)地面沉降進(jìn)行檢測(cè)及時(shí)預(yù)警。起吊時(shí)兩臺(tái)吊車旋轉(zhuǎn)半徑內(nèi)及其中間區(qū)域?yàn)樽鳂I(yè)區(qū)域，禁止人員入內(nèi)，并用警戒帶隔離危險(xiǎn)區(qū)域。等試吊無(wú)誤后將主梁慢慢吊起，對(duì)所有使用的機(jī)具布置、連接、捆扎等

圖7 龍門吊整體抬吊(單位：m)

進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無(wú)誤后方能進(jìn)行主梁吊裝。主梁提升200 mm靜懸空中10 min，查看所有機(jī)具確認(rèn)安全可靠后，方能慢速將主梁提升，當(dāng)主梁離開(kāi)地面一定高度后，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員隨時(shí)測(cè)量支腿下方的間距，當(dāng)支腿間距等于設(shè)計(jì)值時(shí)迅速把支腿下橫梁吊至支腿安裝位置，立即組織人員進(jìn)行安裝，安裝完成立即組織人員通過(guò)支腿爬梯進(jìn)行拖梁與支腿的法蘭連接，連接完成后人員迅速撤離。

兩臺(tái)汽車吊必須由一人統(tǒng)一指揮，吊車司機(jī)和指揮人員配備無(wú)線對(duì)講機(jī)，確保兩臺(tái)吊車起吊的同步性和協(xié)調(diào)性。在起吊后在任何起吊高度，主梁都必須處于兩端平衡。連接螺栓時(shí)，操作人員站在臨時(shí)焊接的平臺(tái)上進(jìn)行作業(yè)，法蘭螺栓緊固采用對(duì)角緊固，焊接必須牢固，并佩戴安全帶進(jìn)行作業(yè)。龍門吊吊裝工序時(shí)間控制：①步驟一，吊車就位準(zhǔn)備配重等，0 min；②步驟二，起吊大臂，掛鉤，20 min；③步驟三，龍門吊起升到位，安橫聯(lián)，60 min；④步驟四，龍門吊與大車橫聯(lián)栓結(jié)，30 min；⑤步驟五，安裝拖梁與支腿法蘭，繼續(xù)安裝支腿橫聯(lián)、剪刀撐，拉攬風(fēng)繩加固，吊車收大臂,90 min。共計(jì)200 min。

4.4 吊車、基礎(chǔ)、鋼絲繩結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.4.1 吊車選型及能力計(jì)算

(2)吊裝主梁支腿組件吊機(jī)能力驗(yàn)算：已知主梁支腿組件地面組裝后總重100 t，采用2臺(tái)500 t汽車吊為主吊裝設(shè)備，主臂L=47.3 m，作業(yè)幅度詳見(jiàn)主梁、支腿組合件吊裝工況(見(jiàn)表2)。

表2 安裝工況

根據(jù)《建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ276-2012)第3.0.17條規(guī)定，采用雙機(jī)抬吊時(shí)，單機(jī)載荷不得超過(guò)額度起重量的80%，吊重不得超過(guò)兩臺(tái)吊機(jī)起吊能力的75%；剛性支腿側(cè)吊機(jī)受力55 t，需要吊機(jī)滿足負(fù)荷至少為55 t/80%=68.75 t；柔性支腿側(cè)吊機(jī)受力45 t，需要吊機(jī)滿足負(fù)荷至少為45 t/80%=56.25 t。

根據(jù)主梁、支腿組合件吊裝工況表，查500 t汽車吊起重性能表，吊機(jī)主臂L=47.3 m，滿足吊裝要求。所以，選用兩臺(tái)500 t汽車吊。

4.4.2 地基承載力計(jì)算

主梁、支腿組件按件重100 t，由2部500 t汽車吊進(jìn)行抬吊，受力最大500 t汽車吊自重96 t，配重135 t，吊車支腿下方分別鋪設(shè)在長(zhǎng)2.0 m、寬2.0 m的路基箱上，使吊車支腿受力通過(guò)鋼板和路基箱均勻擴(kuò)散至地基。

500 t汽車吊支腿全伸長(zhǎng)度為9.6 m，在側(cè)面吊重時(shí)(作業(yè)半徑為13.8 m)處于不利工況，此時(shí)的地基承受力為汽車吊本身自重平均在4個(gè)路基箱的受力值，與吊重、汽車吊自重以非吊重側(cè)支腿為支點(diǎn)產(chǎn)生力矩在吊重側(cè)支腿處。

吊裝過(guò)程中計(jì)算硬化路面的承載力，只要大于410 kPa即可滿足要求。

4.4.3 吊車用鋼絲繩計(jì)算

吊裝重量P=G總×KA×KB。式中：G總是吊裝總質(zhì)量，KA是動(dòng)載系數(shù)，KB是不平衡系數(shù)。

主梁、支腿組件重量100 t(主梁采用2臺(tái)汽車吊，每臺(tái)車兩個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)2股鋼絲繩，因而鋼絲繩計(jì)算以主梁抬吊計(jì))，單個(gè)吊具0.5 t。

主梁采用兩臺(tái)500 t汽車吊抬吊，剛腿側(cè)單臺(tái)受力，動(dòng)載系數(shù)取1.1，不平衡系數(shù)取1.2，即：P=(55+0.5)t×1.1×1.2=66.66 t。

P取最重設(shè)備來(lái)計(jì)算荷載，根據(jù)吊裝過(guò)程計(jì)算角度取8.5°，按2點(diǎn)各吊裝2股鋼絲繩考慮。

采用吊鉤，鋼絲繩選用安全系數(shù)k=6，破斷力為：Pp=Pmax×k=16.85 t×6=101.1 t。查表得：鋼絲繩?42-6×37 +IWR，抗拉強(qiáng)度為1 770 MPa，破斷力為112 t>Pp=101.1 t。鋼絲繩選用?42-6×37+IWR-1770型號(hào)可滿足吊裝要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

青島新機(jī)場(chǎng)連接線涉鐵工程的龍門吊成功拼裝應(yīng)用較好的解決因涉鐵特殊復(fù)雜環(huán)境原因不能在天窗點(diǎn)之外時(shí)間利用汽車吊或履帶吊吊裝鋼箱梁的困難，不僅大大提高了工程進(jìn)度，還節(jié)約了直接和間接資金共計(jì)數(shù)百萬(wàn)元，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，本項(xiàng)目的龍門吊臥拼技術(shù)方案為今后類似涉鐵橋梁施工提供了技術(shù)儲(chǔ)備和借鑒。