預制拼裝連續梁橋大懸臂T構架橋機過孔技術研究*

曹 虹，孫九春，薛武強

(騰達建設集團股份有限公司，上海 201204)

0 引言

在連續梁橋預制節段拼裝工藝中，步履式架橋機已成為施工主導裝備。采用預制節段整跨拼裝及懸臂拼裝工藝時，架橋機支腿一般支撐于墩頂結構上，節段拼裝完成后，架橋機通過支腿倒換進行步履式過孔。在不同工程應用中，步履式節段拼裝架橋機結構設計略有不同，但過孔方式基本一致[1-4]。

在上海市軌道交通10號線二期跨越6號線節點橋建設過程中，應用了創新的拼裝工藝，即首先采用架橋機先施工東側T構，然后利用已建成的單T構懸臂作為支撐，架橋機在30m高空過孔至西側T構，最后完成西側T構拼裝。架橋機須在大懸臂T構梁上過孔，由于過孔過程中涉及T構力學狀態控制問題，相關文獻較少[5-8]，有必要開展深入研究。

1 工程概況

在上海軌道交通10號線二期跨越6號線(高架橋梁)節點處設置1座(40+75+40)m變截面連續梁橋，主梁斷面為U形箱結構，采用預制節段懸臂拼裝工藝施工。新建橋梁共有40個塊段，除0號塊與合龍段為現澆外，其余均為預制節段。

由于受周邊環境限制，傳統懸臂拼裝工藝無法適用，為此，創新性地提出單T構懸臂拼裝工藝，主橋分為東(19號墩)、西(18號墩)側T構施工，首先懸臂拼裝東側T構，然后架橋機過孔至西側T構，再以相同方式施工西側T構。

架梁設備采用最大起重量120t的節段拼裝架橋機，結構自重433.470kN，總長84m。主要結構包括主梁、1～3號支腿、天車、輔助支腿、電器系統、液壓系統等，各支腿下均設置了液壓油缸，可調節支腿高度，其中1號支腿下方設置了壓力傳感器。東側T構施工完畢后的架橋機狀態(過孔前)如圖1所示，自19號墩左側起，節段編號依次為1～9，自19號墩右側起，節段編號依次為1’～10’。

圖1 東側T構施工完畢后的架橋機狀態示意

2 架橋機過孔方案比選

2.1 步履式整體過孔方案

由于場地狹小，東側T構橋施工完成后，架橋機不具備拆卸條件，僅可采用高空過孔的方式移動至西側T構橋。為此，確定以下步履式整體過孔方案工藝流程：①東半幅架設完畢后，收起2號支腿，沿主桁梁移動至1號支腿后部，放下2號支腿并收起1號支腿，此時2，3號支腿受力(見圖2a)；②將1號支腿與主桁梁鎖定，前推主桁梁懸臂段(見圖2b)；③前推至1號支腿到達下一跨墩頂(見圖2c)；④將3號支腿轉移到17號墩頂，主桁梁頂推至17號墩頂，將2號支腿轉移至18號墩頂，完成過孔(見圖2d)。

圖2 步履式整體過孔方案工藝流程

在架橋機主桁梁前行過程中，1號支腿懸吊于主桁梁前端，2號支腿支于T構懸臂端頭，主桁梁前端為懸臂段，則1號支腿到達對岸墩頂但未接觸的狀態為架橋機主桁梁彎矩和T構橋端頭壓力達最大的工況。按照最不利工況進行結構建模(見圖3)，并進行驗算，結果如表1所示。

圖3 計算模型

由表1可知，在最不利工況下，架橋機及T構均不滿足安全控制條件，可見步履式架橋機整體成孔方案難以滿足安全性要求。

表1 步履式整體過孔計算結果

2.2 支腿局部拆解、剩余結構過孔方案

架橋機主桁架和T構在過孔時均呈懸臂受力狀態，而作用于架橋機主桁架懸臂端的支腿和主桁架自重是引起架橋機與T構應力超標的主要原因。受現場環境限制，架橋機主桁架和天車不具備拆解空間，須整體高空過孔，僅支腿具備現場局部拆解條件。為此，通過支腿局部拆解降低作用于架橋機懸臂端的荷載；通過在西側T構端部增設輔助支腿，以減少主桁架懸臂跨度，進而降低主桁架和T構應力；在主桁架邊跨側，過孔時采用天車和3號支腿懸吊進行配重，進一步降低作用于T構懸臂端的支腿反力，從而減少T構傾覆力矩。

過孔時，1號支腿立于懸臂段端頭，2號支腿立于墩頂，3號支腿立于2號支腿后側，并在對岸墩頂距跨中最近位置處設置輔助支腿，主桁架頂推時2臺天車始終保持在墩頂(見圖4)，此時為最不利工況。主桁梁逐步向前頂推，至懸臂段長29m時，將3號支腿懸吊于主桁梁上作為配重。主桁梁端部頂推至對岸并支撐在輔助支腿上后，將3號支腿拆下，通過汽車式起重機安裝在對岸墩頂上。

圖4 改進方案最不利工況示意

根據改進后的方案進行計算，最不利工況下的受力結果如表2所示。由表2可知，架橋機與橋梁結構受力均有明顯改善，架橋機主桁梁最大壓應力滿足控制應力要求，保證了施工過程中設備安全；懸臂端下壓力和抗傾覆墩拉應力大幅降低，僅略高于限值，橋梁T構整體傾覆力矩明顯減小，結構頂緣拉應力迅速降低。

表2 改進方案過孔計算結果

2.3 T構力學狀態控制

改進過孔方案雖通過工藝優化最大程度降低了過孔過程中作用于懸臂端的荷載，但最不利工況下仍存在T構拉應力和抗傾覆墩拉應力超出安全限值的風險，因此，須考慮在橋梁結構上設置力學輔助控制措施。

為解決T構抗傾覆問題，在中墩內側搭設鋼支架，設置伺服液壓千斤頂，當懸臂端支腿下壓力監測值達2 000kN時，千斤頂施加相應反力；在邊跨側設置150t隨動配重系統，通過頂、拉結合，抵消過大的傾覆彎矩，如圖5所示。

為解決T構中部應力過大的問題，在主梁頂板設置通長的臨時預應力束，防止過孔過程中主梁頂緣出現拉應力。在孔道H1，H2處設置臨時預應力束，H1孔道穿5根鋼絞線，H2孔道穿2根鋼絞線(見圖6)。對H1孔道鋼絞線施加2 000kN總張拉力，對H2孔道鋼絞線施加500kN總張拉力，以平衡可能超限的拉應力。在8，9號節段拼縫處，重新設置節段臨時鎖定預應力，以改善架橋機支腿處橋梁截面局部應力水平，如圖7所示。

圖6 孔道位置示意

圖7 8，9號節段臨時鎖定預應力

施加上述輔助措施優化后，對計算模型進行修改，最不利工況下計算結果如表3所示。由表3可知，施加輔助措施后，T構受力情況明顯改善，抗傾覆墩拉應力明顯降低，頂緣拉應力完全消失，全截面受壓。由此可見，改進過孔方案與力學輔助措施相結合，可將架橋機和橋梁結構均控制在安全范圍內。

表3 施加輔助措施優化后過孔計算結果

3 架橋機過孔施工工藝

本工藝關鍵點在于利用輔助支腿臨時支撐及天車和支腿的配重作用，安全地將架橋機移至西半幅墩頂。

東半幅橋架設完畢后，架橋機1號支腿位于中跨7號塊上，2號支腿位于19號墩頂處，3號支腿位于邊跨7’號塊上，中跨伺服液壓千斤頂已調整就位，1號支腿下方壓力傳感器開始監測支腿壓力，過孔流程開始，如圖8所示。

圖8 過孔前姿態調整

在邊跨2’號塊上安裝輔助支腿，并調節輔助支腿，使3號支腿卸載。將3號支腿從邊跨7’號塊移至邊跨3’號塊上錨固，并調節支撐力，使輔助支腿卸載，即通過輔助支腿臨時支撐完成3號支腿位置轉移。將輔助支腿移至中跨5號塊上，將1號支腿從中跨7號塊移至中跨9號塊上錨固，前端距懸臂端頭1.2m。將輔助支腿轉運至18號墩0號塊東側8.5m處，2臺天車行至距2號支腿兩側不超過4m處，并與主桁梁鎖定，如圖9所示。調整各支腿高度，在保證1號支腿高度滿足過孔高度要求的前提下，使主桁梁形成2%的縱坡，以消除主桁梁懸臂引起的線形下撓變化。

圖9 天車與主桁梁鎖定

主桁梁開始向跨中頂推時，每次頂推行程2.5m。頂推時天車同步向后退，始終保持在墩頂位置，直至主桁梁前端懸臂29m時停止。3號支腿與主桁梁鎖定，收起液壓油缸，使其懸掛在主桁梁上作為配重，繼續隨主梁前移，直至主桁梁前端支撐在輔助支腿上。利用汽車式起重機將3號支腿整體拆除，并將其安裝至18號墩頂中心處錨固(見圖10)。

圖10 3號支腿安裝完成

主桁梁繼續向前推移，2臺天車同步向后移動，并一直保持在2號支腿上方，直至主桁梁前端行至18號墩3號支腿上。通過調整3號支腿受力，使輔助支腿卸載。利用天車a將輔助支腿吊運至中跨2號塊上安裝，但輔助支腿頂部不與桁梁底部接觸，天車a回到3號支腿附近，如圖11所示。

圖11 輔助支腿安裝完成

將2臺天車運行至3號支腿附近(18號墩頂處)，主桁梁向前推移，2臺天車同步向后移動，始終保持在3號支腿正上方，直至主桁梁后端脫離2號支腿。采用汽車式起重機將2號支腿拆除，并安裝至17號墩頂錨固(見圖12)。

圖12 2號支腿安裝完成

主桁梁前移至后端在輔助支腿上方時，將輔助支腿與主桁梁鎖定共同前移。主桁梁繼續向前推移，直至前端到達2號支腿上方，輔助支腿此時已隨主桁梁行至中跨8號塊上方，如圖13所示。調節輔助支腿受力，使1號支腿卸載。

中跨9號塊上的1號支腿通過主桁梁行走至18號墩0號塊東側7m處，調節1號支腿受力，使輔助支腿卸載并拆除，主桁梁繼續前移至預定位置，如圖14所示。

圖14 主桁梁移至預定位置

至此，整個過孔過程全部完成，架橋機姿態微調后，即可開始西半幅橋架設。架橋機過孔過程中，各工況下結構受力均符合要求。

4 應力監測

為確保架橋機、橋梁結構安全，在U形梁施工過程中(包括過孔階段)，對架橋機應力、支腿反力進行實時監測，過孔階段監測數據如表4所示。

表4 過孔階段監測數據

Q345鋼容許應力取為172.5MPa，由表4可知，架橋機受力滿足結構安全要求，且前支腿反力未超過控制值(2 700kN)，可保證主梁受力滿足要求。

5 結語

本工程受周邊環境限制，東側T構拼裝完成后已不具備架橋機拆解空間，須采用高空過孔的方式移至西側T構。為此，本文提出大懸臂T構架橋機過孔改進工藝，通過橋面臨時預應力加固、支腿局部拆解、設置輔助支腿、天車及支腿配重、支腿高度調整、邊跨設置隨動配重系統等多種方式的綜合運用，解決了過孔過程中架橋機和T構力學狀態控制問題，縮短了工期，提高了經濟性。