高鐵40m簡支箱梁運架設備及運架施工關鍵技術

莊高飛

（中鐵十一局集團第三工程有限公司，湖北 十堰 442000）

隨著相關施工項目逐步推進，我國在2016年鄭州-濟南高速鐵路建設項目中，首次嘗試使用40m整孔箱梁預制架來代替32m整孔箱梁預制架進行現場施工[1]。根據相關工作的進展可知，與后者相比，前者的箱梁跨度更大、體積更大，單片結構的質量約1000t[2]。雖然40m整孔箱梁預制架的整體效益更佳，但是需要保證施工規范。為解決這方面的問題，該文將對此進行研究。

1 項目實例

1.1 工程概況

為保證工程順利施工，在施工前按照表1分析高鐵40m簡支箱梁結構基本情況。

表1 高鐵40m簡支箱梁結構基本情況

對箱梁結構的跨中截面進行描述，如圖1所示。

圖1 箱梁結構的跨中截面（單位：mm）

1.2 建立簡支箱梁有限元模型

掌握工程項目基本情況后，使用MIDAS構建簡支箱梁有限元模型。在該過程中，利用MIDAS中的Civil進行結構的前處理。在建模過程中，隨機選擇結構中的某一點，建立針對該點位的三維坐標，將其設置為（x，y，z），對（x，y，z）進行計算，由此表示實體結構坐標與母體單元間的關系，如公式（1）～公式（3）所示。

式中：i為實體單元數量（網格劃分后的單元數量）；Ni為第i個實體單元的剛體位移；ε為母體單元參數；η為六面體單元插值函數；ξ為彈性矩陣。在此基礎上對結構的彈性矩陣進行描述，如公式（4）所示。

式中：L為單體結構微分算子；u為單體結構應變量；a為等效節點荷載。按照上述方式采集若干個（x，y，z）點，按照上述公式對（x，y，z）中的參數進行賦值，通過該方式可生成簡支箱梁有限元模型[3]。

2 高鐵40m簡支箱梁運架設備

2.1 跨線提梁機

在施工中，采用2臺500t級的大跨橋墩起重機（跨線提梁機）對40m簡支箱梁進行吊裝，跨線提梁機的吊裝能力可達500噸級。

根據工程施工需求，跨線提梁機可以完成大噸位箱梁的起重、走行、橫向對中等立體運動以及箱梁上橋吊裝、運梁的運輸等[4]。跨線提梁機在施工中的主要技術參數見表2。

表2 跨線提梁機在施工中的主要技術參數

2.2 輪胎式運梁車

簡支箱梁由輪胎式運梁車進行橋梁運輸，箱梁架空車采用液壓驅動、液壓懸浮和液壓升降，實現機-電-液多軸協同操縱，包括直行、八字或半八字轉向以及斜行等多種運動方式，該系統具有“整升整降”、“定點升降”等功能，能夠滿足運梁小車在送梁過程中的自動找平及準確定位的需要[5]。輪胎式運梁車在施工中的主要技術參數見表3。

表3 輪胎式運梁車在施工中的主要技術參數

3 運架施工

3.1 運梁施工

在進行運架施工前，需要對簡支箱梁的質量進行檢驗，在待架箱梁的梁端及梁端側部繪制一條線、一條梁體中心線及一條裝梁支座的中心線，如圖2所示。

圖2 裝梁支座中心線位置示意圖

準備待架箱梁組合體編號及箱梁組合體編號施工方案。在架梁前，必須再次測量并檢驗預應力箱梁的外形，達到規范要求才能施工[6]。由梁體重心線、底板中心線、梁體重心和運梁臺車中心線組成的裝梁結構如圖3所示。

圖3 裝梁結構示意圖

在墩臺頂部進行測量放線操作，繪制橋梁中心線和墩臺中線的具體位置，獲得實際跨度距離。在對支承墊石進行調整和找平后，對支座縱橫中心線進行測量放線。運梁臺車拖著箱梁慢慢向前移動，馱運箱梁的車速應控制在3km/h～5km/h，曲線和坡道路段應嚴格控制在3km/h內，不能突然加速和急剎車[7]。當運梁臺車靠近架橋機時，檢查箱梁頂部的最高點有沒有超出架橋機尾的連接橫梁底部的標高，如果沒有，就需要降下運梁臺車的車架，或者調整架橋機腳的高度，使運梁臺車可以順利地將箱梁運送到架橋機腹中，收到下一步指示后，再進行運梁工作。

3.2 簡支箱梁運架臺車馱架橋機施工

當最早的一跨梁架設前或者需要轉移時，在最后一跨梁架設完成后，要用運梁車將運架橋機運到下一個等待的地方，或者離開[8]。運梁臺車馱運架橋機狀態示意圖如圖4所示。

圖4 運梁臺車馱運架橋機狀態示意圖

馱運的具體步驟如下：第一步，II號支腿和III號支腿移位到馱運狀態位置，并與機臂固定連接，安裝臨時聯結結構。調整II號和III號支腿的距離，安裝III號支腿橫梁，II號支腿橫梁移動到支腿立柱的上方，最終調整至馱運高度。后支腿曲腿部分使用特殊的支架支撐，將架橋機后支腿下橫梁拆卸下來，將架橋機轉運托架安裝在運梁臺車上，并將其開到架橋機的中間，用枕木或鋼墊塊將其支撐在運梁臺車車架與支腿橫梁間，托架上的支承塊與II號、III號支腿橫梁精確地對齊。運梁臺車至橋頭后，對齊于中心線，進入架橋機I號支架至達橋臺時，將運架橋車降下，將每條支架行走輪放在支架上，每條支架支撐支架，運梁臺車退出。運梁臺車運梁到位后，將II號支腿縱移到吊梁的位置，并將吊梁的位置調高。待吊裝后，梁重用II號支腿和II號支腿支承。抬梁臺車后撤，兩輛起重機的橫梁向前移動。在起重機吊臂前移就位后，可實現縱梁精確落下。前、后、左、右2個箱形梁體落下，必然會導致起重機吊梁體側向位移。簡箱梁安裝的主要工序包括喂梁、吊梁、移梁和落梁。運梁臺車上的大梁在距離架橋機50m處停下來，按照箱梁翼緣的位置調整梁間的偏差，使梁對中，然后慢慢地進入大梁的腹地。梁的2個吊車也移到大梁的位置，為梁的吊裝做好準備。運梁臺車將梁體運到架橋機腹側后，用下降吊具將梁體穿過預留的吊孔，并將吊桿圓錐墊片、球形墊片和吊桿螺絲固定好。調節吊桿的長度，保證每根吊桿受力均勻。當安裝吊具時，要嚴格保證吊桿兩端露出螺母的外絲扣是一樣的，還要注意區分糾偏吊具與左右線箱梁的匹配性。在水平調節吊具的過程中，要同時啟動2個天車吊起箱梁，當箱梁距離運梁車大約200mm時，要立即停止吊梁，并將其穩定下來，在檢查沒有發現任何不正常的現象后，才可以重新進行起吊，并且將其支座高出運梁支承座100mm。用吊車將大梁提起，然后將梁從運梁臺車上撤下，回到制梁場裝上梁。

3.3 過孔與調頭施工

完成簡支箱梁運架臺車馱架橋機施工后，按照以下步驟對架橋機進行過孔施工：根據圖3，首先，鋪開架橋機走行軌道，將III號支腿橫梁連接好，將前后吊車移動到架橋機尾，松開II號支腿頂端與主梁間的連接，將II號支腿底部的油缸完全收回，使II號支腿向下移動，并下行落到軌道上。其次，II號支腿自動移動到下一跨梁端處，距離I號支腿所在墩頂中心700 mm。II號支腿底部液壓缸頂起支撐，托起液壓缸頂起支撐，使I號支腿與墩頂分離，并將III號支腿的支撐液壓缸卸下，保持行走狀態。再次，將第二條腿的托輥裝置和第三條腿的移動裝置連接起來，使其處于聯動狀態，驅動架橋機向前移動，此時I號支腿與橋墩中心間的距離為500mm。最后，在架橋機過孔施工完成后，調整各支腿的架梁狀態，在架橋機準備就緒后，進行下一跨的架設施工。在過孔施工的過程中，嚴格按照高鐵軌道鋪設要求控制施工質量，表4為軌道鋪設標準要求。

表4 軌道鋪設標準要求

在完成一段的簡支箱梁架設后，通過變換支腿位置返回架設。當鋪橋時，將前、后吊車移至架橋機頭上方，松開主梁與第二支柱的聯結。排空II號支腿的底部油缸，使II號支腿向下行走。將原有III號支腿中間的支腿橫梁拆除，并對橫梁與IV號支腿進行連接，將II號支腿與III號支腿底部油缸頂高，解除IV號支腿與主梁間的連接，重復上述操作步驟完成運架施工。

4 結語

在深入市場的研究中發現，我國在建設合寧高鐵的過程中，首次嘗試使用32m整孔箱梁預制架進行施工，根據運營方反饋，該項目建設收效較好，因此，在以后的一段時間內，我國相繼在京滬、武廣等高速鐵路項目中推廣箱梁預制建造技術。目前，32m/900t箱梁運架施工技術應用已經十分成熟。現階段，市場內32m箱梁運架施工技術已經不滿足工程施工的實際需求，因此提出40m箱梁運架施工技術，以此為切入點進行研究。該文以某具體高速鐵路工程項目為例，結合工程的實際情況進行進一步研究，以檢驗研究的工程是否能在實際應用中達到預期的施工效果。