高危空間受限下改造架橋機安裝混凝土箱梁技術

曹良海

南京交通建設管理集團有限公司 江蘇南京 210037

1 工程概況

秦淮河老橋凈高、凈寬均不滿足升級后四級航道要求，需對老橋進行拆除重建。新建后秦淮新河大橋全長837.2m，主跨為（55+100+55）m 變截面鋼箱梁，引橋為混凝土小箱梁，先簡支后連續。第18、19 跨上跨南南河，河道與主線交叉樁號為K5+180.0，交角為37°，同時第18、19 跨上方有110kV 高壓線斜向穿過，主要影響右幅第18和19 跨箱梁架設施工。

2 施工可行性分析

在保證繞城公路交通不中斷條件下，新建秦淮新河大橋半幅拆除新建，右幅新建同時左幅仍在通行，右幅第18、19 跨上跨南南河且鄰水，橋下無吊車站位，現場無法采用吊車吊裝。第18# ～19# 跨上方110kV 高壓電力線主供南京市雨花臺區、江寧區干線網，若停電或電壓升高嚴重影響城區電網運行，電力部門不同意停電且不同意在安全距離不足的情況下僅對架橋機防護就進行箱梁安裝作業。若安排在停電“空窗期”或電壓升高后在施工，則嚴重影響工期。經過電力公司與項目部共同對110kV 高壓線進行測量并與橋面設計高程進行了對比，在最熱不利氣溫條件下，新建橋面距高壓線垂直凈高度最低點為10m，架橋機極限安裝總高度7.90m，架橋機與110kV 高壓線最低凈空高度僅為2.10m，不符合《施工現場臨時用電安全技術規范(附條文說明)》（JGJ 46—2005）規定的5m 安全距離要求。高壓線測量數據見表1。根據規定，起重設備距離高壓線路（110kV）的最小安全距離為沿垂直方向5m，沿水平方向4m。本工程中，起重機與架空線路邊線的最小安全距離見表2。

表2 起重機與架空線路邊線的最小安全距離

綜合以上條件，需對架橋機結構進行改造，使其與110kV 高壓線垂直距離達到規范要求5m 安全距離的要求，方可進行架梁施工。

3 架橋機結構改造

3.1 架橋機現場概況

現有架橋機的起升天車橫梁是水平的，安裝好起升天車和橫梁后，設備頂部高度較高。JQ140t- 40m 型架橋機起升天車頂至橋面距離為7.90m，其中起升天車總高度3.60m，中支腿高度1.30m，因高壓線最低點與起升天車的距離達不到安全距離，電力公司不同意現場使用架橋機架設箱梁。

3.2 架橋機外形幾何尺寸高度降低

3.2.1 起升天車高度改造

利用動滑輪組動力臂與阻力臂為2∶1 的杠桿原理，對架橋機起升天車進行改造，把起升天車起重卷揚機以及增高筒去掉，只保留了起升天車行走系統，增加懸掛吊動滑輪組，將起重卷揚機固定在混凝土箱梁頂面上，采用定向導向輪將卷揚機起重鋼絲繩與動滑輪組連接，形成了起吊系統，降低了起升天車高度，改造后起升天車高度為1.0m，降低2.60m。

3.2.2 中支腿改造

將架橋機的中支腿輪箱馬鞍雙連支撐取掉以降低高度，同時將后支腿降到最低，通過改造，可將架橋機高度降低0.50m。經過對架橋機高度進行優化，降低總高度為3.10m，改造后架橋機高度為4.80m，通過改造后的架橋機最高點與高壓線最低點的距離為5.2m，滿足高壓線5m 安全距離要求。

3.3 起重結構改造

起升天車橫移輪箱上改造成可行走懸掛定向滑輪系統。增加動滑輪組，作為起重動力系統。

按30m 箱梁最重邊梁重94t 計算。提升天車承受重量為94/ 2=47t。現場采用6t 卷揚機提供動力，需要滑輪組股數為：47/ 6=7.83≈8 股，用4 個滑輪組即可滿足要求。考慮1.5 倍安全系數：47×1.5/ 6=11.75≈12，現場采用6 個動滑輪，12 束鋼絲繩進行編組。

4 驗算

4.1 箱梁吊裝

4.1.1 箱梁吊裝結構

項目部對架橋機進行了改造，通過改造后的動滑輪結構滿足梁體吊裝動力要求，動滑輪采用12 束鋼絲繩進行編組，通過6t 卷揚機提供動力。卷揚機重量2t，鋼絲繩反力由人孔位置處的箱梁混凝土提供。為保證受力均衡，經計算，在人孔處采用了I16 工字鋼和圓鋼管作為臨時加固結構，將卷揚機用鋼絲繩固結在圓鋼管上[1-2]。

4.1.2 計算荷載

為準確模擬提升結構的空間受力狀態，采用梁結構+板結構的混合模型進行計算。荷載包括局部荷載和預應力荷載以及重力作用，局部計算荷載為附加卷揚機引起的荷載。卷揚機引起的荷載包括其自身重力和作用在梁體上的集中力。其中梁體重量記為94t，單側卷揚機荷載為：94/ 24=3.92t，在箱梁人孔上引起向下和水平方向的荷載各為3.92/ 2=1.96t。卷揚機自身重力引起的壓力為：0.24MPa。箱梁腹板預應力荷載效應單獨計算，然后與局部荷載效應疊加。

4.1.3 計算結果

所有荷載引起的應力互相疊加可知，梁體頂板上下均處于受壓狀態。通過計算，箱梁在改造后的吊裝荷載作用下，結構處于安全狀態。

4.2 改造起升天車

（1）材料信息。架橋機廠家根據現場要求對起升天車擔梁經過計算重新出圖，改裝結構采用Q345 鋼材。

（2）荷載工況。考慮兩個荷載工況：①縱向運梁狀態和橫向移梁狀態。縱向運梁狀態時，梁體位于起升天車中央；②橫向移梁狀態時，起升天車位于縱梁邊緣50cm 處。

兩個工況均考慮結構重力進行組合。本工程梁體重量采用94t，提升小車1.5t，考慮1.2 倍地沖擊安全系數。

（3）計算結果。工況1：縱向運梁狀態，此狀態的最大應力為143.4MPa，滿足Q345 鋼材性能要求。工況2：橫向移梁狀態，此狀態的最大應力為110.0MPa，滿足Q345鋼材性能要求。

綜上所述，改造的起升天車能夠滿足混凝土箱梁的受力安全。提升小車能夠滿足94t 梁體的運輸和移動狀態的受力。

5 邊梁就位

改造后的架橋機不能將邊梁準確架設到設計中心位置，在兩蓋梁上放置雙拼軌道，軌道下墊模板，使之成為斜面，軌道上放置帶有滾輪的特制鋼箱，滾輪放置在軌道中間的縫隙中，使之能在軌道上自由滑動。邊梁縱向與蓋梁中軸線平行且喂到準確位置后將邊梁落至鋼箱上，不解除箱梁上鋼絲繩[3-4]。將千斤頂置于鋼箱側面，兩端同時頂升千斤頂，使鋼箱慢慢滑移，頂至最大行程時，鋼箱與軌道間用木楔楔緊，循環此流程，直到將邊梁頂至設計位置。在梁端下部放置2 個千斤頂，將箱梁頂升高于永久支座5～10mm，取走鋼箱和軌道，設置臨時支座，2 個千斤頂同時卸壓，使箱梁就位于臨時支座上，完成箱梁架設。

6 改造架橋機安裝混凝土箱梁技術

6.1 混凝土箱梁出運

混凝土箱梁按照順序裝車，使用2 臺200t 汽車吊將箱梁放在運梁車上，運抵至施工現場。出運道路修建分三層填筑，基底層為土料、地層為塊石料、基層為碎石。

6.2 混凝土箱梁安裝

本工程項目采用型號為JQ140t- 40m 的雙導梁架橋機安裝混凝土箱梁，施工流程如下：

（1）喂梁。通過運梁車將待安裝的混凝土箱梁由預制場運送至施工現場，改用起吊天車吊起箱梁，此時運梁車與起吊天車以相同的速度運行，將混凝土箱梁運抵至指定部位后喂梁完成[5]。

（2）吊裝。喂梁完成后，整機攜帶混凝土箱梁至安裝位置下落，完成混凝土箱梁就位安裝工作，為了保證本工程項目混凝土箱梁安裝的可靠性和安全性，業主多次召開會議，及時與設計單位進行了各施工節點的受力核算，并邀請了專家為方案的可行性進行技術把關，要求監理工程師對方案進行認真審核，確保了工程項目的順利推進，經研究決定該方案具有較高的可行性。

6.3 方案比對

經調查研究得出：在通常情況下，河行道拆除重建很長一段時間采取的都是起重船安裝方法，為了避免不良因素影響，選擇研究橋梁技術中的改造后架橋機安裝混凝土箱梁施工方法，并與起重船安裝方式進行對比，研究改造架橋機安裝混凝土箱梁施工安全、施工質量以及施工進度，明確改造后架橋機在工程項目中的適用性。

（1）工序比對。起重船方案安裝混凝土箱梁：先使用汽車吊將待安裝的混凝土箱梁放至軌道臺車上，通過軌道臺車將混凝土箱梁移動至施工現場；起重船吊起混凝土箱梁裝駁；起重船再吊起混凝土箱梁，以此類推。改造后架橋機安裝混凝土箱梁：利用汽車吊將混凝土箱梁放置于運梁車上，運梁車直接將混凝土箱梁運抵至施工現場；架橋機再吊裝混凝土再吊起混凝土箱梁。通過以上兩種施工流程分析得出：改造后架橋機工序少、操作簡單，可以避免惡劣環境影響，有利于加快施工進度，保證質量。

（2）安全風險比對。起重船施工流程繁雜，吊裝混凝土箱梁頻繁，成品保護困難，作業受河道風浪影響較大，也會因風浪是混凝土箱梁晃動，引起箱梁與箱梁，箱梁與墩臺以及箱梁與船體的碰撞，使混凝土箱梁結構受損，修復后難以達到原來的質量，且既費時又費力，施工風險大、安全隱患多。改造后架橋機施工工序少，架橋機固定與兩個墩臺之間，安全性和穩定性良好，安裝箱梁所使用的吊索短，有利于控制安裝精度，施工風險小，安全隱患少。

7 結語

隨著國家電網的高速發展和高速公路的改擴建，高速公路與電網形成交叉，從而出現眾多施工難題，下穿高壓線架梁也是諸多施工難題之一。下穿高壓線梁板安裝目前所采取的工藝大多是停電安裝、改遷電力線路或者抬升電力線塔等。秦淮新河大橋在第18、19 跨下穿高壓線、上跨南南河憑此方法架梁施工，僅用了7d 時間就完成了16片箱梁的架設，且保證了施工的質量和安全，秦淮新河大橋時南京市繞城高速公路的關鍵節點，能夠順利完成，為繞城公路全線貫通奠定了堅實的基礎。此處的箱梁架設也為后續類似工程提供了技術支持及經驗借鑒。