運架一體機架設(shè)鐵路整孔箱梁施工技術(shù)

李華月

(中鐵二局集團新運工程有限公司，四川成都 610036)

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運架一體機架設(shè)鐵路整孔箱梁施工技術(shù)

李華月

(中鐵二局集團新運工程有限公司，四川成都 610036)

WE-SC900H型運架一體機主要針對群隧地段900噸級整孔箱梁運輸和架設(shè)施工技術(shù)，介紹了運架一體機結(jié)構(gòu)、工作原理、施工工藝、架橋機穩(wěn)定性、橋梁穩(wěn)定性、過現(xiàn)澆段架梁，確保設(shè)備使用安全。

運架一體機； 工藝； 施工技術(shù)

近年來，國家高速鐵路發(fā)展逐漸向山區(qū)轉(zhuǎn)移，由于受隧道的影響，原有的運架分離式設(shè)備已經(jīng)無法滿足穿越隧道運架梁施工需要，本文通過對運架一體機結(jié)構(gòu)、工作原理、施工工藝、架橋機穩(wěn)定性、施工中橋梁穩(wěn)定性，實現(xiàn)施工工藝標準化，確保設(shè)備使用安全。

1 設(shè)備簡介

WE-SC900H型運架一體機由運架梁機(簡稱主機)和導(dǎo)梁機兩獨立機體組成，主機可分為主結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓平衡系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)；導(dǎo)梁機可分為導(dǎo)梁、輪組走行平臺、架梁小車、滾輪支腿等部分。運架一體機主要結(jié)構(gòu)示意見圖1。

1-主梁 2-動力室 3-絞車 4-走行機構(gòu) 5-吊梁裝置 6-導(dǎo)梁 7-架梁小車 8-前鼻梁 9-滾輪支腿圖1 運架一體機主要結(jié)構(gòu)示意

WE-SC900H型運架一體機的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 WE-SC900H型運架一體機機主要技術(shù)參數(shù)

2 主要工作原理

2.1 架梁工作原理

運架一體機將運梁設(shè)備和架梁設(shè)備整合為一體，實現(xiàn)了取梁、運梁和架梁作業(yè)。運架作業(yè)一機完成，且主機高度滿足穿越隧道地域橋梁架設(shè)。架梁工作原理是將導(dǎo)梁機作為被架橋墩之間的橋梁，支撐主機攜梁運行到待架橋位，抽出導(dǎo)梁后把混凝土箱梁落放在待架橋墩頂上。

2.2 提梁機工作原理

為使梁吊運過程中不受扭，主機前端的兩臺絞車用一根通繩使前端兩吊具作用力一致，主機后端兩絞車分別用一根鋼絲繩通過定、動滑輪作用，主機前端、后端形成“三點”確定平面。每個絞車都在閉環(huán)控制下工作，當絞車同步運行時，控制系統(tǒng)不斷校正每臺絞車轉(zhuǎn)速使其與其它絞車同步，保持梁體平衡。

3 箱梁架設(shè)工藝流程

運架一體機箱梁架設(shè)施工工藝流程見圖2。

圖2 運架一體機箱梁架設(shè)施工工藝流程

4 架橋機結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算

架橋機出廠時，雖然生產(chǎn)廠家對幾種通用梁型的穩(wěn)定性進行驗算，但針對具體的梁型，因梁重、跨度、橋的坡度等因素不同，在使用中應(yīng)進行選擇性的計算，架梁過程中進一步了解架梁過程中架橋機的穩(wěn)定性，減少不利施工荷載。

5 橋梁強度計算

5.1 運梁通過時對梁的作用

5.1.1 攜梁走行時梁體受力分析

(1)運架一體機攜梁(350 km/h無砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])走行時對輪胎對應(yīng)的梁面的作用位置及荷載示意見圖3。

圖3 攜梁走行時輪胎對應(yīng)的梁面的作用位置及荷載(單位:mm)

(2)計算中考慮運架一體機走行過程中±200 mm的走偏量，運架一體機走行及架設(shè)過程中的動力系數(shù)取1.05。

5.1.2 攜梁走行時對梁計算結(jié)論

運架一體機攜梁(350 km/h無砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])走行時，主梁檢算的各項指標及局部應(yīng)力均滿足TB 10002.3-2005《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，驗算結(jié)果見表2、表3，驗算通過。

表2 運架一體機攜梁走行工況下主梁縱向計算的各項控制指標

5.2 架梁作業(yè)時橋墩強度計算

架橋機進場時應(yīng)對橋墩的強度進行驗算，但針對不同的施工線，設(shè)計橋墩的不同，架橋機進場要以設(shè)計單位聯(lián)系，通

表3 運架一體機攜梁走行工況下主梁橫檢算的控制指標 mm

過架設(shè)時的支反力驗算橋墩的強度、穩(wěn)定性計算。以湘貴線橋墩為例進行計算。

5.2.1 計算模型建立條件

不考慮橋墩的自重影響，根據(jù)架梁工況取支反力最大值，支腿中心距離橋墩中心線距離為0.845 m，壓力荷載為800 t，支腿對墩的側(cè)向載荷為14 t。

設(shè)橋墩高度為H，當800 t×0.845 m≥14 t×H，即H≤48.28 m時，支腿側(cè)向力不會對橋墩造成影響。

5.2.2 有限元模擬計算

為了能直觀反映支腿站位和預(yù)埋件對橋墩的影響，使用有限元ANSYS軟件對橋墩進行分析。

(1)支腿對橋墩的壓力: 200 t(單個支點，共4個)。

(2)預(yù)埋件的拉力: 40 t(單根拉力)。

(3)支腿對橋墩的側(cè)向載荷: 14 t。

在不考慮橋墩自重、風(fēng)載荷、地震載荷的影響，計算結(jié)果見表4。

表4 橋墩綜合應(yīng)力應(yīng)變

計算中未有發(fā)現(xiàn)模型出現(xiàn)開裂、壓碎現(xiàn)象，因此，預(yù)埋件和支腿壓力不會對橋墩產(chǎn)生影響(圖4)。

圖4 用有限元ANSYS軟件對橋墩進行分析各種應(yīng)力、應(yīng)變

5.3 采用油頂作臨時支撐回撤過孔對梁底的影響計算

運架一體機落梁就位臨時支撐后，并在支座灌漿錨固前回撤過孔時，采用油頂作臨時支撐、由于梁重、主機的重量對支撐位梁體反作用力，使梁體受影響，需驗算梁體支撐位受力情況，以32 m、24 m整孔箱梁(350 km/h無砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])為例說明。

5.3.1 計算模型建立條件

運架一體機落梁就位臨時支撐后，并在支座灌漿錨固前回撤過孔時，32 m、24 m整孔箱梁(350 km/h無砟軌道鐵路24 m、32 m后張法混凝土雙線梁[通橋(2008)2322A])的梁體強度、抗裂安全系數(shù)、主應(yīng)力及局部應(yīng)力。

箱梁采用油頂作臨時支撐，油頂?shù)臋M向距離≥2.9 m，縱向距梁端距離0.75 m，頂梁時應(yīng)在油頂上加墊600 mm×600 mm×40 mm的鋼板。

5.3.2 荷載建立

運架一體機荷載的建立見圖5、圖6。

5.3.3 有限元模擬計算

為了能直觀反映油頂對箱梁的影響，使用有限元ANSYS軟件對橋墩進行分析，計算對位輪走行不偏和走行偏100 mm兩種荷載工況；重點分析梁端部底板的橫向應(yīng)力分析，其主要計算模型和計算結(jié)果見圖7、圖8。

圖5 梁端支點位置(單位:mm)

圖6 運架一體機荷載作用于橋面(單位:mm)

圖7 對稱荷載作用下梁端支點處橫橋向應(yīng)力云圖

圖8 偏荷載作用下梁端支點處橫橋向應(yīng)力云圖

從計算結(jié)果可知，梁端底板上緣的最大拉應(yīng)力為2.90 MPa，反算底板彎矩為305.4 kN·m，根據(jù)梁端頂板的實際配筋考慮，鋼筋最大應(yīng)力為105.2 MPa，裂縫為0.118 mm，滿足規(guī)范要求(Q235，176MPa；HRB335,253 MPa；裂縫為0.2 mm)。

5.4 架設(shè)現(xiàn)澆梁的前跨，導(dǎo)梁支反力對現(xiàn)澆梁強度計算

運架一體機架設(shè)通過組合現(xiàn)澆梁不同、組合現(xiàn)澆梁前跨的跨度不同，對應(yīng)導(dǎo)梁支撐點位置也不同，導(dǎo)梁對現(xiàn)澆梁的反作用力點也就不同；架設(shè)前應(yīng)對上述的工況進行計算，分析組合現(xiàn)澆梁的受力情況，從而采取對應(yīng)的措施，確保架梁施工的安全。

5.4.1 架設(shè)現(xiàn)澆梁前跨施工工藝

以成渝線梁灘河雙線特大橋過現(xiàn)澆梁架梁施工為例，架設(shè)前原施工工藝：距現(xiàn)澆梁梁端依次在7.5～10 m位、32 m位、64 m位擺放輔助滾輪；7.5～10 m位輔助滾輪踏面距離導(dǎo)梁底軌面不少于30 mm；末孔箱梁架設(shè)時，主機輪組施工荷載全部作用在現(xiàn)澆梁面上。經(jīng)分析，最不利工況，落梁時導(dǎo)梁各支點反力見圖9。

圖9 架橋機支撐點反力(單位:mm)

5.4.2 實體有限元模型計算結(jié)果

根據(jù)架橋機的最不利布置情況，其對結(jié)構(gòu)頂板的影響最大。通過空間有限元計算分析，得出結(jié)構(gòu)上應(yīng)力分布情況，采取對應(yīng)的措施?；炷敛牧喜捎靡?guī)范中C55混凝土材料，各項參數(shù)指標見表5。

表5 梁灘河雙線特大橋材料參數(shù)

(1)架橋機作用位置處主拉應(yīng)力分布見圖10。

圖10 架橋機作用位置處主拉應(yīng)力分布

(2)架橋機作用位置處橫橋向正應(yīng)力分布見圖11。

(3)架橋機作用位置處順橋向正應(yīng)力分布見圖12。

通過有限元模擬架橋機架設(shè)狀態(tài)下的受力分析可知：架橋機作用下，橫向預(yù)應(yīng)力的箱梁頂板上緣產(chǎn)生-28.6 MPa的主壓應(yīng)力，下緣產(chǎn)生4.54 MPa的主拉應(yīng)力。由于混凝土屬于脆性材料，主應(yīng)力超標會導(dǎo)致下緣開裂、上緣壓潰。

5.4.3 采取的措施

導(dǎo)梁支撐點位改進：距現(xiàn)澆梁梁端依次在1 m位(新增)、7 m位、32 m位、64 m位擺放輔助滾輪；7 m位輔助滾輪

圖11 架橋機作用位置處橫橋向正應(yīng)力分布

圖12 架橋機作用位置處順橋向正應(yīng)力分布

踏面距離導(dǎo)梁底軌面不少于60 mm；使7 m位輔助滾輪支反力為零，這樣將力轉(zhuǎn)移到橋墩、距梁端32 m處，橋墩、梁端受力勻能滿足要求，這樣梁體在7 m處不受力，避開梁的中部受力。改進后，確保架梁安全。落梁時，導(dǎo)梁各支點反力見圖13。

圖13 架橋機支撐點反力(單位:mm)

6 應(yīng)用實例

運架一體機架設(shè)鐵路整孔箱梁技術(shù)的應(yīng)用成功完成了欽北鐵路、甘青鐵路、大西鐵路、成渝鐵路的箱梁運輸、架設(shè)施工，解決了運輸箱梁穿越隧道、隧道口箱梁架設(shè)、末三孔梁架設(shè)、運架一體機調(diào)頭的施工難題，工程合格率達到100 %，優(yōu)良率達到97 %，實踐證明，采用該施工技術(shù)作業(yè)安全、可 靠，值得在國內(nèi)外進行廣泛推廣。

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[5] 鐵建設(shè)[2006]181號 鐵路架橋機架梁暫行規(guī)程[S].

李華月(1969～)，男，大學(xué)本科，高級工程師，從事鐵路鋪架設(shè)備管理。

U445.468

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[定稿日期]2016-05-20