新建鄭濟高鐵鐵路箱梁架設專項施工方案評價研究

楊蕾璟

河南省特種設備安全檢測研究院 鄭州 410001

0 引言

新建鄭州至濟南鐵路、鄭州至濮陽段站前ZPZQ-Ⅵ項目，承擔黃河特大橋北引橋公鐵合建段，預制架設186號～371號墩344榀(高鐵梁和市域梁各172榀) 40 m鐵路箱梁、市域同期實施段9榀32 m鐵路箱梁。線路設計最小曲線半徑2 200 m，最大坡度為9.3‰。鄭州黃河特大橋北岸引橋為公鐵兩用橋梁，上下兩層設計，上層為32.5 m寬雙向六車道城市快速路，下層為四線鐵路[1]。項目鐵路40 m箱梁采用預制架設施工方案，需在下層鐵路架梁完成并退回架橋機后方可施工上層公路墩柱和橋梁架設工程[2]。

1 技術標準

設備架梁最小作業(yè)半徑R=2 000 m，最大作業(yè)坡度30‰；線路中心線誤差f10 mm；梁面高程不得高于設計高程，不得低于設計高程20 mm；箱梁四支點平面高差不大于2 mm；支座砂漿厚度20 ～30 mm。

2 工程難點

1）施工組織難度大 鐵路四線并置需采用橋梁正位提梁上線、左右線路交替架梁同步推進方案。新設備、新梁型運輸架設無現(xiàn)成經(jīng)驗可取，如何確保作業(yè)人員及設備安全是工程重點。

2）技術含量高 鐵路40 m箱梁首次采用架橋機架設施工，提運架設備均為新型設備，施工方案及工藝方法涉及的新技術多。正位提梁、左右線路交替架梁將加大設備的運轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)移次數(shù)，線路拆遷對橋墩進度影響大，如何有序推進施工是組織難點。

3）鐵路箱梁架設施工質(zhì)量要求高 需精準控制箱梁中線、高程、支座相對高差，如何確保實體質(zhì)量滿足設計要求是質(zhì)量控制難點。

4）安全風險高 首次采用40 m/1 000 t級運架設備作業(yè)，無成熟的設備操作經(jīng)驗及管理經(jīng)驗，需驗證大型設備的現(xiàn)場操作性能，作業(yè)安全風險高。運梁車馱運架橋機通過連續(xù)梁、鋼桁梁，進出連續(xù)梁作業(yè)為現(xiàn)場監(jiān)控難點。

3 施工技術方案及組織管理

3.1 施工組織

結(jié)合高鐵和市域線路四線并置設計的特點和總體施工組織安排要求，設備及箱梁上橋均采用提梁機正位提升，提升后縱向走行就位上橋。橋梁架設采用運梁車運梁，架橋機架梁的作業(yè)方式，提梁機提升箱梁走行至運梁車上方完成裝梁后，通過橋上運梁至架橋機尾部，由架橋機完成箱梁的架設工作。

箱梁架設采用左右交替（高鐵市域）整體推進施工方案，高鐵和市域梁分別按30榀為一個架梁單元，架設30榀高鐵梁后架橋機返回提梁站，利用提梁機橫移至市域線路架設30榀市域梁；如此交替循環(huán)進行架梁作業(yè)。

3.2 架梁施工順序

1）如圖1所示，首先架設標段大里程方向231號～371號墩280榀40 m箱梁（高鐵和市域各140榀），其中231號～234號墩采用提梁機架設；

2）架設完畢后架橋機回梁場調(diào)頭向小里程方向228號～186號墩58榀40 m箱梁（高鐵和市域各29榀）和市域同期實施段9榀32m箱梁，其中228號～225號墩采用提梁機架設；

3）小里程方向架設完畢后架橋機退回梁場，最后利用提梁機架設228號～231號6榀40m箱梁（高鐵市域各3榀）。

4 施工方法及工藝

4.1 箱梁運輸、支座安裝

1）將待架箱梁的梁型、泄水管安裝、四電接口、對應橋梁孔跨進行檢查，并對支座的外形尺寸、外觀質(zhì)量進行檢查，確認合格。每孔箱梁采用固定支座（GD）、縱向支座（ZX）、橫向支座（HX）、多向支座（DX），固定支座均安裝在靠近橋梁中墩側(cè)，四支座相對布置方式如圖2所示（具體布置按橋梁表實施）。

圖2 支座布置圖

2）在換裝臺座進行支座安裝，按設計要求確認支座的型號（承載力、坡度、地震動峰值），四支座布置位置，坡度方向，擰緊支座上板與預埋板連接螺栓并檢查支座密貼性和四角高差。

4.2 提梁站布置

提梁站設置在225號～234號墩，提梁機走行線覆蓋范圍420 m，走行線單側(cè)采用雙軌結(jié)構，軌道中心距1.5 m，跨度36 m。設備及橋梁提升位置在228號～231號墩，229號和230號墩身在全線架梁完成架橋機下橋后進行施工。制梁場預設提梁臺座，便于提梁機操作提梁。設備及橋梁提升場地布置圖如圖3所示。

圖3 設備及橋梁提升場地布置圖

4.3 門式起重機提梁

門式起重機（MG500型，主要有提梁機主要由主梁、剛性支腿、柔性支腿、大車走行機構、起重小車、電氣系統(tǒng)、走臺欄桿等組成）將箱梁吊裝至運梁車上，裝車完成后運梁車馱運箱梁至架橋機尾部。運輸過程中應嚴格控制運梁車走形線路，其中線與線路橋梁中心線偏移不得超過20 cm，運行速度不超過3 km/h。門式起重機提梁橫截面示意圖如圖4所示。

圖4 提梁機提梁橫截面示意圖

4.4 箱梁轉(zhuǎn)運

在梁場內(nèi)梁場預制好的箱梁，采用1 000 t輪胎式搬運機將確認合格的待架箱梁移至換裝臺座。搬運機提運箱梁現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 搬運機提運箱梁

4.5 輪胎式運梁車運梁

采用YLS1000型輪胎式運梁車（低位）實現(xiàn)高鐵梁和市域梁橋面運輸作業(yè)。運梁車主要由主要由司機室、車體及液壓支腿、走行輪組、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、馱梁臺車、動力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等組成。運梁車結(jié)構如圖6所示。

圖6 運梁車結(jié)構示意圖

4.6 架梁

JQS1000架橋機采用單跨架梁模式，步履式走行過孔。主要由前輔助支腿、前支腿、機臂、中支腿、起重小車、后支腿、后輔助支腿、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成，如圖7所示。架橋機作業(yè)流程如圖8所示。

圖7 JQS1000架橋機

圖8 JQS1000架橋機作業(yè)流程圖

4.7 門式起重機架梁及設備上橋

4.7.1 門式起重機架梁

提梁站225號～234號墩9跨箱梁需采用門式起重機架梁，首先架設231號～234號墩3跨箱梁，大里程架設完成后架設228號～225號墩3跨箱梁，為運架設備提供上橋作業(yè)條件。運架設備架梁完下橋后將228號～231號墩3跨（6榀）箱梁存放在228號～225號已架箱梁上，待橋墩施工完后架設。根據(jù)門式起重機結(jié)構及架梁工況分析，門式起重機架設228號～231號墩和在228號～225號墩梁上存梁時，大車需走行至梁縫中心線位置（提梁機主梁和梁縫中心線重合），225號～231號墩上層公路梁墩柱需在228號～231號墩箱梁架設完成后施工。

門式起重機架梁作業(yè)流程[12]：

1）搬運機將待架箱梁提運至換裝臺座；

2）根據(jù)支座布置圖進行支座安裝；

3）門式起重機走行至換裝臺座對位，安裝吊具檢查合格后提升箱梁。門式起重機提梁效果圖如圖9所示。

圖9 門式起重機提梁效果圖

4）大車走行至待架孔跨進行縱向?qū)ξ徊⒔档拖淞焊叨龋{(diào)整箱梁縱向、橫向位置。門式起重機提梁縱向走行效果圖如圖10所示。

圖10 門式起重機提梁縱向走行效果圖

5）將箱梁落在支撐千斤頂上，按規(guī)范要求確保箱梁支點平面誤差不大于2 mm，支座砂漿厚度在20～30 mm范圍。

4.7.2 運架設備上橋

提梁站三孔箱梁架設完成后，門式起重機將架橋機吊裝走行至橋面，架橋機過跨完成后，門式起重機將運梁車吊裝至已架梁面。

4.8 40 m跨箱梁過孔工況

1）后支腿下翻，支撐在鋼軌上。前支腿拉桿和梁片吊孔錨固，起重小車運行到架橋機尾部，前輔助支腿后退4.6 m(插靠前位置的一個銷孔)并離地，中支腿離地，準備整機縱移[14]。

2）后支腿走行輪和前支腿托輪驅(qū)動整機走行40.7 m，前輔助支腿和中支腿走行到位。

3）中支腿支撐可靠，再支撐前輔助支腿。

4）前輔助、中、后支腿支撐，前支腿縱移40.7 m站位墩臺（架32 m跨箱梁時，前支腿縱移32.7 m）。

5）起重小車運行到取梁位置，前輔助支腿行走4.6 m,達到架梁狀態(tài)，后支腿翻折。

4.9 40 m跨箱梁架設工況

1）運梁車運梁；2）前支腿、中支腿支撐、后支腿翻折，運梁車運梁進入架橋機，兩馱梁臺車送梁到位；3）架橋機前起重小車取梁；4）架橋機前起重小車和運梁車后馱梁臺車同步拖梁到位[15]；5）架橋機后起重小車取梁，運梁車返回梁場；6）前后起重小車吊梁走行到位(吊梁過中支腿后即開始落梁1 m，然后再縱移到位，避免梁片和前支腿碰撞)；7）落梁到位。

4.10 40m末孔跨箱梁架設工況

1）架橋機前輔助支腿為三級伸縮結(jié)構、前支腿為可翻折伸縮結(jié)構，末孔架設時只需將前輔助支腿收縮到位，前支腿翻折即可實現(xiàn)末孔架梁[16]；2）參照架梁流程，完成末跨40 m箱梁的架設。

4.11 40 m變32 m跨箱梁過孔工況

1）后支腿下翻，支撐在鋼軌上。前支腿拉桿和梁片吊孔錨固，起重小車運行到架橋機尾部（前后起重小車貼近，后起重小車中心距離中支腿中心28 m），前輔助支腿后退4.6 m（插靠前位置的一個孔）并離地，中支腿離地，準備整機縱移。

2）整機縱移8 m，中支腿液壓缸輔助支撐。前輔助支腿后退8 m并插銷到位。

3）中支腿液壓缸收縮離地，后支腿走行輪和前支腿托輪驅(qū)動整機走行32.7 m，整機縱移走行到位。

4）中支腿支撐可靠，再支撐前輔助支腿。

5）前輔助、中、后支腿支撐，前支腿縱移32.7 m站位墩臺。

6）起重小車運行到取梁位置，后支腿翻折，前輔助支腿行走4.6 m，達到架梁狀態(tài)。

需要注意的是：1）后支腿支撐可靠后，前后小車才能退回到機臂尾端，否則會造成嚴重事故；2）整機過孔時，前支腿下部拉桿必須和吊孔錨固可靠；3）前輔助支腿變跨作業(yè)時，要求動作平穩(wěn)、緩慢、無沖擊。

5 分析討論

由于鄭濟高鐵作業(yè)面交叉施工多，施工周期長，大型設備多，新設備、新梁型運輸架設無現(xiàn)成經(jīng)驗可取，首次采用40 m/1 000 t級運架設備作業(yè)，無成熟的設備操作經(jīng)驗及管理經(jīng)驗，需驗證大型設備的現(xiàn)場操作性能，由于作業(yè)安全風險高，確保設備安全和作業(yè)人員是工程重點。通過對正位提梁、左右線路交替架梁、運轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)移次數(shù)、線路拆遷對橋墩進度的影響，鐵路箱梁架設施工精準控制箱梁中線、高程、支座相對高差等質(zhì)量控制難點，運梁車馱運架橋機通過連續(xù)梁、鋼桁梁，進出連續(xù)梁現(xiàn)場監(jiān)控難點等的風險分析評價。

編制了標準化的運架作業(yè)流程，組織具有豐富鐵路箱梁架設經(jīng)驗的管理及作業(yè)人員，對架梁工況進行安全檢算，確保各工況條件下橋墩受力、設備受力及抗傾覆、抗滑移系數(shù)滿足理論要求。采用運架遠程監(jiān)控系統(tǒng)、支腿荷載數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)對運架過程進行全程監(jiān)控，進行全員崗前培訓和詳細的技術交底，使全體作業(yè)人員明白工藝要求，管理要點，對運架工況中的安全關鍵環(huán)節(jié)、質(zhì)量控制要點進行復核卡控等對策措施，確保高鐵箱梁架設的安全性和可靠性。