大跨度斜交梁错位架设施工技术研究

大跨度斜交梁错位架设施工技术研究

陈义辉

中铁二十四局集团有限公司 上海 200070

摘 要：为保证上跨架梁施工期间铁路既有线运营安全，降低架梁施工对既有线运营的影响，以苏锡常南部高速公路上跨新长铁路立交工程为背景，介绍铁路梁跨度大、斜交、错位布置及邻近铁路狭小空间等多因素条件下主要施工技术。采用现场自建梁场预制方式避免箱梁道路运输时条件的限制；采用双吊机提梁、喂梁，解决了两端引桥无法运梁的问题；利用天车尾部配重弥补架桥机大跨度过轨时抗倾覆安全系数的不足；采用步履式大吨位架桥机左、右分幅架设方法，解决桥位分幅错位布置时无法全幅横移、架梁的问题。

关键词： 大跨度 斜交梁 错位架设 抗倾覆

1^ 引言

上跨铁路桥钢筋混凝土预制梁架设施工方法一般有架桥机架梁和吊机架梁两种，每种架梁方法各有其优缺点,具体应根据工程环境、桥梁设计、安全、进度及成本等方面综合考虑^[1]。熊国辉^[2]、庄乾国^[3]、潘俊杰^[4]、刘志成^[5]对步履式架桥机铁路梁运架关键技术了总结，详细讨论了从架桥机选型、喂梁、架桥机过孔、架梁过程控制重点，为架设同类箱梁具有借鉴意义；王宏坤^[6]、刘锋^[7]、赖喜中^[8]对大吨位单机履带吊上跨铁路架梁施工技术进行了研究，通过单台履带吊提梁、旋转就位，成功实现铁路主跨预制梁快速架设，缩短铁路封锁时间；李晓龙^[1]、张小涛^[9]充分考虑现场状况，选用双吊机进行铁路主跨箱梁架梁，实现成功尝试，为今后架设类似铁路梁提供一种全新的思路。

但现有的文献中，上跨铁路桥设计时考虑到铁路建筑安全限界，桥墩与既有铁路尽可能平行布置，分幅对称，且预制小箱梁跨度有严格控制。既有的铁路梁架设技术对于大跨度、小角度、非对称布置箱梁架设不能很好的适用。本文通过实践研究介绍了一种采用架桥机的大跨度斜交梁错位架设施工技术，架桥机过轨采用天车配重、分幅封锁箱梁架设，期间，架桥机需整体后退、横移，该技术的应用进一步完善了上跨铁路架梁施工技术，丰富了施工经验。

2 工程概况

本研究依托工程：苏锡常南部高速上跨新长铁路桥梁工程，桥梁于铁路里程K475+691处上跨新长铁路，共7跨，全长230m，孔跨布置为3×30m+(28m+45m)+(22m+45m)，墩号为21#~28#。桥梁与铁路斜交角度30°，左、右分幅设置，单幅桥宽17.24m，两幅间距2cm,以适应桥梁温度变形，同时防止桥上物体下落至铁路上，危及铁路运营安全，桥梁横坡2%，纵坡为2.15%，曲线半径R=20000m。

图 1 铁路主跨平面布置图

3 技术难点

3.1 箱梁运输

涉铁墩号范围两端为相邻标段非涉铁现浇混凝土连续梁，铁路跨箱梁架设时尚未施工，预制箱梁无法通过运梁车从两端引桥运梁至桥面，且上跨桥位处桥面距地面垂直高度18m，高差大，地面道路主要为村道，仅能允许小型车辆通行，梁片运输困难。

3.2 箱梁架设

铁路主跨预制小箱梁长度45m，最大边梁吊装重量197t，跨度大、起吊重量重。预制梁为小角度斜交，左、右幅桥墩错位布置，地面邻近铁路空间狭小，箱梁架设难度大。

4 施工方案选择

4.1 箱梁预制

大跨度铁路梁预制常规采用现场预制和专业梁场预制两种方法。采用专业梁场预制时，道路运输条件（转弯半径不足、桥梁限载吨位小）存在极大限制，但箱梁预制质量能有效保证；采用现场预制时，对现场新建梁场预制条件、建设标准有较高要求，但道路运输存在的不足可以避免。综合上述两种方案优缺点并结合本工程实际情况，决定在平行桥位北侧利用既有农田新建梁场进行预制，梁场条形布置，配备两台100t龙门吊用于箱梁预制、移梁。

4.2 箱梁架设

上跨铁路立交桥采用架桥机架梁，主要是利用其能在空间作业面最大程度减少对铁路行车影响，稳定性、安全性较高。采用履带吊、汽车吊架梁，主要在于大量架梁前准备工作可在营业线外完成。封锁点内，先在营业线外提梁至架设高度，后旋转至架梁工位落梁就位即可，对线路影响时间较短，但履带吊、汽车吊架梁对场地要求较高，需在营业线外有一定的空间用于吊机停放、箱梁运输。就本工程而言，综合考虑邻近铁路狭小空间及现场运输条件，架桥机架梁是最优选择，需要讨论的是具体作业方案，因两幅间距仅2cm，具备全幅架梁条件，但左、右幅桥墩错位布置（最大错位距离5m），架桥机横移过程横移轨道无法连续整体布置，因此本工程提出左、右分幅架设还是全幅贯通架设的问题，即比选分幅架设方案和全幅架设方案。

1. 
   

2. 全幅架设方案

全幅架设方案是左、右两幅贯通架设，只需跨线作业一次，但因桥墩是错位布置，需在后半幅对应先架设半幅桥墩处搭设平台。

优点：上跨同一铁路只一次；作业集中、工期较短；架梁设备只拼装一次。

缺点：架桥机横移需搭设平台，平台要求较高并需经专家评审、验收；单次上跨铁路作业时间较长。

2. 
   

3. 分幅架设方案

半幅架设方案即半幅架设完成后，架桥机退回原处，重新进行另外半幅架设，需跨线作业两次。

优点：不用搭设架桥机横移平台；单次上跨铁路架梁封锁时间因梁片少而较短。

缺点：上跨同一铁路封锁作业两次；单幅架设完成再架设另半幅造成工期延后。

表 1 架桥机架梁方案比较

综上所述，两种架设方案中较安全、经济可行的方案是分幅架设方案，在满足工期要求的前提下，该方案工艺成熟、经济性较好，是确保上跨铁路架梁安全最优方案。

4.3 提梁

（1）龙门吊提梁

龙门吊提梁需采用高低龙门，龙门吊基础需提前进行地基处理，满足承载力要求；考虑到多种梁长，龙门吊基础采用可移动基础。

优点：龙门吊提梁稳定性、安全性较高；缺点：地基、基础处理投入大、要求较高；龙门吊高、低支腿需根据现场桥梁净空定制，支腿稳定性要求较高，日常检查、保养工作量大；时间跨度长，租金较高。

（2）贝雷梁高低龙门提梁

通过贝雷片组装作为龙门支腿，同样需提前进行地基处理，满足承载力要求；考虑到多种梁长，龙门吊跨度按满足最长梁片设置。

优点：通过贝雷片组装可以很好解决高低腿配置；缺点：贝雷片经长期使用，梁片厚度存在损耗，安全验算系数无法按常规参数计算，安全性较差；贝雷梁龙门为非标产品，无法办理特种设备安全监督，日常检查、保养工作量大；时间跨度长，租金较高。

3. 
   

4. 双吊机提梁

铁路每次封锁架梁前采用两台350t汽车吊提梁至桥面，通过运梁炮车喂梁。

优点：双吊机提梁可根据架梁计划合理调配，无架梁计划时吊机退场，可最大限度节省成本；双吊机提梁工艺成熟，仅需确保支腿稳定性即可。缺点：对吊机、吊具、钢丝绳性能要求较高，对司机操作水平提出很高要求。

表 2 提梁方案比较

综上所述，综合考虑提梁安全性、经济性，选择双吊机提梁施工方案。

5 分幅架设方案简述

5.1 架桥机拼装

本工程选取JQG260-55/A4步履式架桥机，可架设最大吨位260t、最大跨径55m、最大斜交角45°预制梁，很好的满足本工程大跨度斜交梁架设工况，性能参数如表3，该架桥机结构特点：

1. 
   

2. 整机纵移过孔采用步履纵移式原理，桥面不需铺设桥机纵移轨道，尾部无需配重；

3. 整机重量通过横向轨道均匀分布在已施工的梁上，降低了架桥机纵移过程中对梁的作用力，架桥机通过桥面能力强；

4. 纵导梁采用三角桁架结构，重量轻，抗风能力强，稳定性好；

（4）架桥机采用单元式结构，拼装迅速，解体、组装、运输方便，施工效率高。

表3 架桥机性能参数

架桥机在非涉铁21#墩~24#墩桥面进行拼装，汽车吊配合。安装流程：准备工作→支腿安装→主梁安装→天车安装→电气设备安装→调试→检查验收。

本工程小箱梁位于圆曲线段，小箱梁梁长非对称布置，各跨盖梁均不平行，存在偏角。因此，为保证架桥机前、中支腿拼装时保持平行，首先沿前盖梁横向中线布设前支腿横移轨道，并将前盖梁中心平行线在后方箱梁顶面标识，架桥机中支腿横移轨道严格按照平行线拼装；同时，为了消除横移轨道拼装时桥面横坡，需提前对桥面实际横坡进行测量，通过调整垫板高度消除横移轨道水平高差，避免架桥机横移时出现“爬坡”、“滑坡”问题。，从而确保架桥机横移落梁安全。

图 2 支腿抄垫水平 图 3 中支腿就位

5.2 架桥机过轨及抗倾覆计算

（1）架桥机过轨

为确保铁路营业线施工安全，架桥机过轨前按要求向上海局集团上报计划，在批准的封锁点内施工，单个封锁点120min，本工程采用单个封锁点完成架桥机过轨、前支腿过轨。

表4 架桥机过轨步骤

步骤一

步骤二

步骤三

步骤四

步骤五

步骤六

步骤七

步骤八

图 4 架桥机过轨步骤图

本工程用JQG260t/55m架桥机最大拼装长度96m(12m×8)，因架桥机桥面拼装长度有限（最大长度90m），架桥机最终选择拼装长度84m，这就导致架桥机铁路45m主跨过轨时抗倾覆安全系数较完整拼装长度时安全系数低，因此，必须采取有效措施，保证铁路最大跨径过孔时架桥机安全。结合过轨工况及验算，采用天车后退至架桥机尾部配重的方式可使架桥机过轨抗倾覆安全系数满足规范要求。以架桥机过轨最大悬臂状态下的最不利情况，即临时支腿已经达到对面墩顶但尚未支立的情况对架桥机过轨稳定性进行验算：

图 5 架桥机抗倾覆计算示意图

架桥机主梁每米重量为11933/12=994.4kg/m

临时支腿重量为G1=2927 kg

前部主梁重G2=994.4×45×2=89496kg

后部主梁重G3=994.4×39×2=77563kg

天车及中支腿重量为：G4=28856+22910+17120=68886kg

尾支腿及司机室重量G5=9224+300=9524kg

倾覆力矩M1= G1×45+ G2×22.5= 2927×45+89496×22.5=2145375kg.m

抗倾覆力矩M2= G3×19.5+ G4×32+ G5×39

=77563×19.5+68886×32+9524×39=4088266.5kg.m

计算过孔抗倾覆安全系数为：

M2/ M1=4088266.5/2145375=1.91

《铁路架桥机架梁技术规程》Q/CR 9213-2017 规定架桥机作业抗倾覆系数不得小于1.3。

1.91 > 1.3，铁路架桥机过轨抗倾覆系数满足规范的使用要求。

5.3箱梁架设

（1）本桥箱梁分幅架设总体顺序为：左幅→右幅；单幅架设顺序为小墩号→大墩号，即24#→28#，架桥机先沿左幅z24#墩→z28#墩架设完成后整体后退至24#墩处横移至右幅再进行右幅y24#墩→y28#墩箱梁架设。

（2）为保证边梁架设时有足够空间进行落梁就位调整，弥补架桥机横移轨道长度不足（最大长度与桥面宽度相同），单跨6片箱梁采取先中梁、再边梁、最后次边梁的架设顺序，有效保证边梁架设精度。

（3）本立交桥铁路跨为简支梁，箱梁端部设计采用单个板式橡胶支座，在箱梁架设前完成安装，箱梁架设时梁片直接落至板式橡胶支座固定。因边梁顶板两侧宽度不对称存在偏重，需采取措施保证梁片架设就位后避免因偏重而发生滑移、倾覆。本工程采用在每端增加2个临时砂箱，单片箱梁共计4个临时砂箱对梁片进行加固，调整砂箱高度，使板式橡胶支座、砂箱同时受力，待箱梁横隔梁、湿接缝施工完毕，单片成跨后拆除临时砂箱。

（4）箱梁架设采用运梁炮车将梁片运至架桥机尾部进行喂梁。单跨梁片架设完成，架桥机完成过孔后，运梁炮车沿桥面已架设两片中梁中心行驶。先简支后连续施工工艺，炮车运梁过程中所有荷载都通过板式支座传递，荷载增加导致支座变形，强度、刚度及稳定性受到影响，因此，在箱梁运输前梁片间横隔梁、湿接缝钢筋通过焊接连接，增加桥跨整体稳定性，均匀传递荷载，同时增加中梁处临时砂箱个数，增强支座承受荷载、抗变形能力。

6 结束语

常规上跨铁路先简支后连续桥梁中，桥梁与铁路相交角度优先按90°设计，遇地形限制时，常规设计思路无法实行，大跨度、斜交、错位布置梁可以很好弥补地形限制的不足，但此类桥梁施工时存在极大难度，通过本工程实施，可给同类邻近铁路狭小空间、大跨度斜交、分幅错位梁在箱梁预制及架设等方面提供一定的参考经验和解决问题的思路。

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2011.04.007.

基金项目：中铁二十四局路桥分公司科技研发项目（2018-04）

作者简介：陈义辉，性别男，江苏兴化人，工程师，硕士研究生，主要从事桥梁施工技术研究和管理。

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