SX64/2200型移動支架無前導(dǎo)梁架設(shè)鐵路64 m雙線節(jié)段拼裝梁施工技術(shù)

石 健 中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司工程師

1 概述

成昆鐵路茨達(dá)河特大橋64 m 雙線節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁第13 孔（末孔）架設(shè)采用SX64/2200 型移動支架，在無前導(dǎo)梁工況下進(jìn)行架梁施工，其跨徑為64 m，拼裝重量為2 000 t。長146.4 m、重達(dá)1 200 t 的SX64/2200 型移動支架需拆除前導(dǎo)梁52.8 m（重201.9 t），此施工工況為國內(nèi)首次[1]。由于施工節(jié)段多、荷載大、工藝復(fù)雜，相比傳統(tǒng)移動支架架設(shè)節(jié)段拼裝梁的施工工況，此工況施工風(fēng)險極高，需要在施工前對施工過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模計算、增加相應(yīng)施工措施，并對施工過程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控量測。在保證安全可控的前提下，高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量地完成了箱梁架設(shè)施工任務(wù)。基于此，對施工過程進(jìn)行總結(jié)，為后期類似特種施工工況提供技術(shù)支持。

2 工程概況

成昆鐵路茨達(dá)河特大橋為成昆鐵路峨米段的控制性工程，位于四川省涼山州德昌縣境內(nèi)。橋梁孔跨布置為1～32 m 簡支梁+12～64 m 節(jié)段拼裝簡支箱梁，橋梁縱坡為上坡12‰。由于大里程側(cè)為萬馬石一號隧道，移動支架造橋機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸超出隧道內(nèi)斷面，末孔節(jié)段拼裝簡支箱梁架設(shè)必須將前導(dǎo)梁拆除。移動支架全長為146.4 m，重1 200 t，前導(dǎo)梁拆除52.8 m（201.9 t），剩余移動支架長93.6 m（重998.1 t）。SX64/2200 型移動支架正常架梁狀態(tài)如圖1 所示，拆除前導(dǎo)梁后架梁狀態(tài)如圖2 所示。

圖1 SX64/2200 型移動支架正常架梁狀態(tài)

圖2 SX64/2200 型移動支架拆除前導(dǎo)梁后架梁狀態(tài)

本橋64 m 箱梁采用制梁場內(nèi)分段預(yù)制、移動支架上整體拼裝、澆筑梁段間濕接縫、整體張拉預(yù)應(yīng)力鋼束成孔的施工方法。

一孔64 m 梁全長65.5 m，計算跨徑為64 m，梁高5.5 m，分為15 個節(jié)段，沿橋梁中心線對稱布置，梁段重分別為1#段184.6 t，2#段132.6 t，3#段119.9 t，普通段111.8 t（不含齒塊），梁段間現(xiàn)澆14 條濕接縫共256.4 t。

3 數(shù)字化模型建立

采用Midas/civil 有限元分析軟件進(jìn)行計算，以實際桿件截面和尺寸建立結(jié)構(gòu)模型，全部采用梁單元模擬，桿件間節(jié)點板螺栓群連接處采用固結(jié)[2]。移動支架主梁為靜定簡支結(jié)構(gòu)，邊界約束直接施加在主梁上，移動支架及附屬重量以節(jié)點荷載施加。采用容許應(yīng)力法，材質(zhì)為Q345B 鋼，其容許應(yīng)力[σ]=210 MPa。

3.1 荷載

對于荷載自重，系數(shù)取1.05。對于荷載梁重，根據(jù)橋機(jī)實際吊裝梁體位置，施加豎向荷載，即整孔梁減去一片端頭段。對于天車荷載，天車活載為50 t，施加于移動支架上弦最不利位置（跨中）。

3.2 結(jié)果計算

在滿載工況下（自重+天車荷載+梁重），計算出反力、位移以及應(yīng)力。

后支腿最大反力 1 394.5 t，中支腿最大反力 1 265.3 t，最大值ω=130 mm，容許值[ω]=L/400=68 000/400=170 mm。位移量雖滿足規(guī)范，但大大超出常規(guī)架梁狀態(tài)最大值，超出 27.95%。組 合 應(yīng) 力 最 大 值 為 171.7MPa，容許應(yīng)力 [σ]=210 MPa，滿足要求。

4 降低移動支架撓度的技術(shù)措施

由Midas/civil有限元分析軟件計算可知，移動支架無前導(dǎo)梁架設(shè)64 m 節(jié)段拼裝梁施工時，其主桁架下?lián)衔灰屏枯^正常架梁狀態(tài)嚴(yán)重偏大。對此應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，以減少移動支架下?lián)蠐隙龋档鸵蛞苿又Ъ茏冃瘟枯^大引發(fā)移動支架傾斜坍塌的風(fēng)險。經(jīng)研究，通過以下兩種方式降低移動支架撓度。

4.1 增加中支腿位置處的負(fù)彎矩

移動支架的下?lián)显黾恿恐饕且驗椴鸪皩?dǎo)梁后，原作用于主桁架中支腿位置處的負(fù)彎矩大幅度減小，直接增大了主桁架的位移量。因此，在中支腿位置處增加負(fù)彎矩，這樣就可以降低主桁架的下?lián)稀＝Y(jié)合現(xiàn)場實際情況，在中支腿大里程側(cè)有限空間內(nèi)施加配重。配重使用拆除下的移動支架桿件及混凝土預(yù)制塊，約60 t。

4.2 降低主桁架施工荷載

移動支架主桁架下?lián)现饕且蛄憾螒业鯇χ麒旒苁┘拥氖┕ず奢d產(chǎn)生的，降低主桁架的施工荷載將會直接減小主桁架位置的撓度。結(jié)合橋位下的地形特點以及橋位處的橋梁凈空高度等因素，確定在末孔10#段、11#段下方使用組合鋼管柱、83 式軍用墩搭設(shè)臨時墩。臨時墩采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，在下梁施工過程中，將10#段、11#段通過砂箱直接放置在臨時墩上，減小移動支架主桁架直接荷載2×111.8 t=223.6 t，直接減小移動支架主桁架位置的撓度。

4.3 相應(yīng)撓度變化

通過增加中支腿大里程側(cè)配重、搭設(shè)臨時墩降低主桁架施工荷載的方式，經(jīng)過有限元分析計算可得主桁架位移最大值減小至108.8 mm，大幅度降低了施工風(fēng)險，較常規(guī)架梁狀態(tài)撓度101.6 mm 增加了7.08%，處于可控狀態(tài)。

5 施工過程測量監(jiān)測

施工過程中測量監(jiān)測的主要對象為移動支架主要桿件的應(yīng)力變化和移動支架主桁架跨中位置的位移量[3]。

5.1 應(yīng)力監(jiān)測

應(yīng)力監(jiān)測主要對移動支架中支腿、后支腿、跨中的腹桿、弦桿等關(guān)鍵桿件進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，采用鋼弦式應(yīng)變傳感器，通過測量測點應(yīng)變換算應(yīng)力值。由于移動支架材質(zhì)為Q345B鋼，其容許應(yīng)力為210 MPa，移動支架計算最大應(yīng)力值為171.7 MPa，因此在施工過程中，應(yīng)實時監(jiān)測移動支架各主要桿件的應(yīng)力值不超過171.7 MPa。

5.2 結(jié)構(gòu)位移

進(jìn)行施工時，結(jié)構(gòu)各部分的位移值反映了結(jié)構(gòu)的剛度值。位移測點選擇支點部位、1/4 截面，跨中、3/4 截面為位移測試截面。實時測量移動支架各截面的最大位移量，由于移動支架最大位移截面撓度值為108.8 mm，因此，在施工過程中應(yīng)該實時監(jiān)測移動支架各截面位移量，保證其最大撓度值不超過108.8 mm。

6 架梁施工

移動支架過孔到末孔架設(shè)位置、中支腿大里程側(cè)配重施加完畢后，經(jīng)過檢查，移動支架、臨時墩均可滿足施工要求，進(jìn)行末孔箱梁架設(shè)施工[4]。

6.1 梁段下放

按照從遠(yuǎn)及近的施工步驟依次進(jìn)行梁段下放。首先下放1#、15#兩個端頭段，通過支座和砂箱直接放置在茨達(dá)河特大橋12#墩及13#橋臺上。然后依次下放14#、13#、12#、11#、10#、9#、8#、7#、2#、6#、3#、5#、4#梁段，其中11#、10#梁段通過砂箱直接放置在移動支架下方的臨時墩上，其余梁段通過扁擔(dān)梁懸掛在主桁架懸吊縱梁上。梁段下放完畢后進(jìn)行3#、5#梁段的上提，全部梁段下放完畢后進(jìn)行梁段的粗、精調(diào)施工。

6.2 鋼筋、模板、混凝土施工

對精調(diào)完成后的梁段進(jìn)行濕接縫位置的鋼筋綁扎、模板拼裝，經(jīng)過自檢、報驗后，進(jìn)行濕接縫混凝土的澆筑施工。

6.3 預(yù)應(yīng)力施工

澆筑完濕接縫混凝土的箱梁，經(jīng)過覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)5 d 后，試驗檢測濕接縫混凝土同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計要求后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工，并在預(yù)應(yīng)力張拉過程中按順序進(jìn)行吊桿的松弛。經(jīng)過一期、二期的預(yù)應(yīng)力張拉及孔道壓漿施工，茨達(dá)河特大橋末孔箱梁架設(shè)全部完成。

7 結(jié)語

經(jīng)過有限元分析軟件建模計算、增加施工措施、并在施工過程中實時監(jiān)控量測，成昆鐵路茨達(dá)河特大橋末孔64 m 節(jié)段拼裝簡支箱梁順利完成架設(shè)。64 m 的大跨度、2 000 t 的大荷載、移動支架無前導(dǎo)梁工況的節(jié)段拼裝梁架設(shè)施工為國內(nèi)首次。通過Midas/civil 有限元軟件進(jìn)行數(shù)字化模型建模并計算分析，為安全、可控的施工做足了技術(shù)支撐，此橋的順利架設(shè)可為今后相似類型特種工況下的節(jié)段拼裝梁施工提供借鑒依據(jù)。