高速鐵路特大橋鋼橫梁吊裝關鍵技術研究

張彥軍

（中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

在現階段，因鋼橫梁具有主梁跨度大、外觀線性流暢、受力性能好、剛度大、結構自重輕等優勢，故而在特大橋施工中得到廣泛應用。隨著高速鐵路建設里程的不斷增加、鋼橫梁跨度的不斷擴大，致使跨路施工難度系數不斷上升[1]。為保證鋼橫梁吊裝施工順利進行，避免或減小對施工現場周邊環境的影響，施工單位需熟悉與掌握鋼橫梁吊裝關鍵技術。

1 工程概況

某高速鐵路工程，位于山西省朔州市，其中馮村跨韓原鐵路特大橋起訖里程為DK16+641.87—DK32+868.25，全長為16226.38m，線路在DK23+944.45 處上跨韓原鐵路（下行52km+175m），交叉右角為171°01′00″；交叉處既有鐵路為路基，填土高度為5m 左右，采用6～24m 框架墩簡支梁跨越，鋼橫梁跨度為30m。224#～229#框架墩采用φ1.25m 鉆孔樁基礎、雙層承臺，框架墩墩身高度為13m，鋼橫梁采用廠內分段加工，運輸至現場拼裝完成后使用1000t 履帶吊整體吊裝架設。

2 施工重難點分析

第一，該結構上跨韓原鐵路，韓原鐵路屬于太原鐵路局干線，承臺結構侵入韓原鐵路路基邊坡，其中230#墩承臺鋼板防護樁距離加強線只有1.06m，施工難度大，安全風險高[2]。

第二，在該高速鐵路工程中，框架墩橫梁采用鋼結構，224#～229#墩鋼橫梁跨度為30m，鋼橫梁為單箱帶肋截面，224#、226#～229#墩鋼橫梁箱內寬為3200mm，箱內高為3500mm，225#墩鋼橫梁箱內寬為4440mm，箱內高為3500mm。墩頂區域的鋼橫梁底板開孔，墩柱主筋從底板穿入延伸至鋼橫梁頂板，施工方法為鋼筋從鋼箱內向下穿過底板與墩柱對應鋼筋連接。綜上，鋼橫梁單片重量、跨度大，廠內制作、運輸、現場拼裝及吊裝施工難度大，安全風險高。

3 鋼橫梁吊裝關鍵技術分析

3.1 鋼橫梁制作施工技術

3.1.1 施工流程

針對該工程的現場情況、鋼箱梁的結構特點、道路運輸情況，采用分節段制作，廠內節段拼裝合格后，運輸至現場進行安裝的總體施工方案[3]。具體施工流程如下：

設計交底、圖紙會審—鋼箱梁分塊方案（報設計單位、監理單位批準）—編制原則工藝—統計材料、鋼材訂貨—材料進場復檢—焊接工藝評定—編制施工組織方案（報監理單位、業主單位審批）—胎架制作—廠內加工—（胎架上）廠內預拼裝—廠內涂裝—（監理單位、業主單位）廠內驗收—產品運輸、拼裝、防護—吊裝—工地焊接—工地涂裝補修—（設計單位、監理單位、業主單位聯合）竣工驗收。

3.1.2 鋼橫梁制作

鋼橫梁制作應依次完成底板單元、頂板單元、腹板單元、隔板單元，最后組裝完成。組裝與焊接是鋼橫梁制作的關鍵工序，其工藝的合理與否直接關系著鋼橫梁的制作質量和進度[4]。鋼橫梁采用“倒裝法”制作，即組裝按照“胎架檢測—頂板單元—橫隔板—腹板單元—底板單元—剪力釘”的組裝順序進行。鋼橫梁的具體制作內容如下[5-6]。

一是在胎架上定位頂板單元，并用馬板將頂板單元與胎架固定，并檢測頂板與胎架的密貼度。二是按照頂板上隔板位置線組裝隔板，保證隔板縱橫向位置和垂直度等項點滿足標準要求。三是按照頂板上腹板位置線組裝腹板，保證腹板縱橫向位置和垂直度等項點滿足標準要求。四是組裝尺寸檢查合格后，焊接隔板與頂板、腹板之間的焊縫。五是組裝底板單元，保證底板縱向位置和平面度等項點滿足標準要求。組裝尺寸檢查合格后，焊接底板與隔板、腹板之間的焊縫，并修整焊接變形。六是按剪力釘布置線組裝箱內及箱外側剪力釘。組裝端封板，并焊接與頂、底、腹板的焊縫。修整焊接變形。

3.1.3 鋼橫梁涂裝

廠內涂裝時，現場焊接部位兩側各留指定寬度（一般為50mm）不涂裝，采取保護措施，待現場焊接完畢并經檢驗合格后再進行補涂。

各道涂料之間的涂裝間隔時間應滿足涂料說明書要求，上一道油漆干燥后方可涂裝下一道，涂裝后4h 內不得淋雨。

3.2 鋼橫梁現場拼裝施工技術

鋼橫梁現場拼裝施工技術要點具體包括：一是在胎架上定位鋼橫梁節段，并調整預拱度；二是組裝剩余節段，匹配件復位同時檢測兩塊體之間縱橫基線對位精度，檢測合格后接口間采用馬板臨時固定；三是施焊節段頂、底、腹對接縫；四是采用熱矯正工藝，修整焊接部位的局部變形；五是對油漆損傷部位進行打磨，清除表面污染物，進行油漆補涂裝；六是針對天窗點內上跨鐵路施工風險高、時間緊等問題，對鋼橫梁附屬工程施工工序進行優化。鋼橫梁吊籃、圍欄、泄水管、墊石全部在吊裝之前完成施工[7-9]。

3.3 鋼橫梁吊裝施工準備

3.3.1 場地布置及吊機選擇

（1）場地布置

依據工程特點，為滿足鋼橫梁拼裝、吊裝需要，依據設計圖紙要求，在韓原鐵路左線設置吊裝場地。

（2）吊機選擇

由構件重量表可知，鋼橫梁吊裝重量為276.4t（225#），考慮1.4 的安全系數，選用1000t 履帶吊的超起工況，主臂長為78m，旋轉半徑為32m，超起半徑為27m，超起重為500t，車身壓重為96t，轉臺配重為210t，查吊機性能參數表可知，在此種工況下履帶吊載荷為482t，載荷安全系數為482/276.4=1.74，大于1.4，滿足規范要求。

（3）履帶吊組裝及拆除

履帶吊在229#墩柱處進行拼裝，從229#鋼橫梁開始吊裝，依次進行，直到224#鋼橫梁吊裝結束之后，在223#～224#墩柱處進行拆除。

按照對應工況組合吊車并驗收備案：1000t 履帶吊按490t 超起配重安裝相應的配重構件，施工現場配備一名特種起重設備維檢員（需具備熟練檢查及維修1000t 履帶吊的相應資質），吊車操作人員必須取得特殊工種資格證并持證上崗。當履帶吊安裝完畢，經調試運轉正常后，進行自檢驗收，合格后通知監理部門進行驗收，檢查結果形成檢查驗收記錄并由檢查小組、監理部門簽字確認，同時該履帶吊還需要報當地政府專業部門進行檢測、認定、備案，并取得地方特種設備監督管理部門頒發的《安裝驗收檢驗報告》和《安全檢驗合格證》，方可投入使用[10-11]。

3.3.2 施工平臺

鋼橫梁吊裝及墩頂臨時支座施工時搭設施工平臺，沿墩柱四周搭設雙排盤扣式支架，間距為90cm 和120cm，鋼橫梁下方工作平臺設置高度為1.2m 的安全護欄。

3.3.3 地基處理

（1）地基承載力計算

ZCC16000/27Z 履帶起重機履帶輪跡范圍鋪設路基箱。1000t 履帶起重機吊裝框架墩鋼橫梁時的地基承載力計算如下：

一是1000t 履帶起重機履帶寬度為1.83m、長度為12.37m。每個履帶下鋪墊5 塊路基箱，規格為3m×6m×0.25m。

1000t 履帶起重機吊裝工況下對地面的荷載：

式（1）中：G1 表示吊車自重（主臂長為78m，增加45m超起桅桿，車身壓重為96t，轉臺配重為210t，500t 型吊鉤重為7.4t），G1=813.4t；G2 表示超起配重，G2=500t；G3 表示鋼橫梁重量+墊石+吊具（最重梁段），G3=276.4t（225#墩）。

二是受力面積：

鋪墊在履帶下面的路基箱面積計算：

式（2）中：a 為墊板寬度，a=3m；b 為墊板長度，b=6m；c 為路基箱數量，c=5。

三是承載力：

結論：驗算鋼橫梁吊裝時履帶吊站位區域地基承載力不小于86.5kPa，履帶吊走行區域地基承載力不小于44kPa。

經現場地基處理后承載力檢測試驗最低為236kPa，最低安全系數為2.7。

（2）地基處理措施

在原地面基礎上進行分層填筑碾壓，其地基承載力為260kPa；鋼橫梁吊裝時的履帶吊站位區域采用25cm 路基箱+30cmC30 混凝土；履帶吊行走區域采用25cm 路基箱。

3.3.4 結構復測

對框架墩結構進行復測，包含高程、里程、偏距、軸線等是否滿足設計要求，如偏差較大，則需采取相應措施保證鋼橫梁的安裝精度。復核鋼橫梁的幾何尺寸、焊縫的外觀質量及吊耳的質量。復核鋼橫梁與所對應的框架墩是否匹配及鋼橫梁安裝方向是否正確。

3.3.5 照明燈具布置

主要施工燈具采用800W 探照燈8 臺，當吊裝229#墩鋼箱梁時，分別在224#墩布置2 臺，226#墩1臺，228#墩1 臺，229#墩4 臺。

3.3.6 鋼橫梁接地措施

框架墩墩頂外包鋼板和接地筋焊接時，必須現場測量其電阻，符合要求后，方可進行下一道工序；當鋼橫梁吊裝就位后，鋼橫梁和外包鋼板采用焊接的方式進行臨時固結，通過焊接鋼橫梁和接地體系連為一體；焊接完成后檢測電阻是否滿足要求，之后進行下一道工序施工。

3.3.7 電纜保護

經現場排查，施工范圍內鐵路電纜外漏部分已全部用砂袋覆蓋，無墜落物損毀風險。

3.3.8 其他施工準備

其他施工準備包括：第一，為了安全施工，現場設置照明燈及監控設備，發電機應急待命；第二，檢查路基箱是否受損；第三，召開施工點前協調會、預備會。

3.4 鋼橫梁吊裝施工技術

該高速鐵路框架墩鋼橫梁吊裝共計6 榀，分別為224#、225#、226#、227#、228#、229#鋼橫梁。根據鋼橫梁的自身重量及現場吊裝的工作半徑、吊裝高度，確定采用1000t 履帶吊進行施工。計劃用6 個Ⅱ級天窗點（當日23：30—次日1：30，具體以批復計劃為準）進行吊裝作業，每次吊裝結束，履帶吊趴桿后走行。焊接、涂裝、試吊等工序按鄰近營業線B 類施工。

3.4.1 吊裝順序

跨韓原鐵路鋼橫梁吊裝施工，先吊裝229#鋼橫梁，再依次吊裝228#、227#、226#、225#、224#鋼橫梁。

3.4.2 鋼橫梁吊裝安排

（1）鋼橫梁吊裝前總體安排

鋼橫梁吊裝前需要利用框架墩施工點完成框架墩復測、臨時支座安裝、臨時操作平臺安裝等準備工作。

（2）鋼橫梁吊裝作業程序

一是超起配重進場即擺放至229#鋼橫梁吊裝時超起配重掛鉤位置，并組裝完成。

二是試吊：履帶吊走行至229#鋼橫梁吊裝區—轉臂至229#鋼橫梁上方（制梁位置）—鋼橫梁掛鉤—超起配重掛鉤—229#鋼橫梁起吊至離地1m—向遠離鐵路線方向轉臂5m 后靜止并持荷30min—大臂回轉—將鋼橫梁擺放至原位置（制梁位置）—超起配重落地摘鉤—鋼橫梁摘鉤—履帶吊轉臂至順線路方向—大臂放下—試吊結束。

三是229#鋼橫梁正式吊裝：接觸網停電—履帶吊大臂起臂—轉臂至229#鋼橫梁上方（制梁位置）—鋼橫梁掛鉤—超起配重掛鉤—橋上防護人員就位—鋼橫梁起吊至指定高度—下達轉臂命令—轉臂至229#框架墩上方—落梁—就位—臨時固結鋼橫梁—超起配重摘鉤—鋼橫梁摘鉤—轉臂至順線路方向—大臂放下—229#鋼橫梁吊裝結束—履帶吊行走至下一片鋼橫梁吊裝位置依次吊裝—直至224#鋼橫梁吊裝完成。

4 結語

綜上所述，本文結合高速鐵路工程實例，詳細分析施工中的重難點問題，深入研究鋼橫梁吊裝關鍵技術，實踐證明，在高速鐵路特大橋工程施工中采用鋼橫梁吊裝施工技術，可加快施工速度，縮短施工工期，提高施工質量。因此，應積極推廣應用鋼橫梁吊裝施工技術，并加強研究，以期進一步完善該施工技術，為我國高速鐵路建設做出應有的貢獻。