新建汉十高速铁路云安特大桥转体连续梁上跨营业线汉丹铁路, 夹角为30.27°, 位置关系如图1所示。采用1- (60+100+60) m连续梁跨越铁路。该连续梁采用单箱单室、变截面箱梁。桥梁宽度12.6m, 中支点处梁高7.835m, 跨中及边跨截面梁高为4.835m, 梁底下缘按二次抛物线变化, 桥全长为221.5m。中跨合龙段梁底距离接触网立柱顶2.2m。如何克服跨线合龙施工净空狭小并保证“垂直天窗”点的利用率成为该项目的重难点。

基于此, 本文对目前跨线合龙施工常用的方法进行总结分析, 提出了一种新型可行走吊架法, 详细方案比选分析如表1所示。该可行走吊架法成功避免了传统方法的以下问题: (1) 挂篮法^[1]对上跨营业线净空要求比较高且走行速度慢, 无法适应短天窗期; (2) 钢壳法^[2]虽能解决净空不足问题, 但防锈是难题, 存在掉壳风险; (3) 传统吊架法^[3]需要大型吊装设备侵线吊装施工, 安全隐患大。

为解决所施工的转体连续梁与营业线净空小、单次天窗时间短等难题, 结合中跨合龙施工工艺要求, 项目部自主研发设计了新型可走行吊架, 该吊架集自动走行、底板自动升降、底板精确调节及侧模板横向移动等功能于一体, 详细设计及各构件组成如图2所示。

为达到快速就位的效果, 新型合龙吊架安装动力走行系统靠电力驱动运送吊架至合龙位置。走行系统主要由4台电力驱动小车组成, 4台小车通过纵、横联组成一个整体, 铺设在梁面预设的轨道上。综合考虑吊架的自重、施工行走距离、跨线施工给点时间、行走平稳需求及施工安全等因素, 走行速度定为2~2.5m/min。

为便于底板安装、拆卸及行走过程中底盘的升降, 在悬吊主梁上安装底板升降系统。底板升降系统由2台24t卷扬机、钢丝绳和滑轮组组成。滑轮组分别安装在悬吊主梁和底主梁上, 通过卷扬机收放钢丝绳实现对底板高度升降控制。

底板微调及固定系统主要由8台行程150mm的20t千斤顶、8个锚固垫块和4根12m长钢板吊带组成, 其中每2台千斤顶、2个锚固垫块和1根吊带为1组。由于钢丝绳为柔性材料, 在行走过程中, 为保证底盘稳定, 吊架行走时, 用钢板吊带代替钢丝绳将下底盘固定以满足平稳行走要求。吊架行走至中跨合龙位置后, 底盘经过底盘升降系统提升至梁底面附近, 然后利用千斤顶顶升锚固垫块, 精确调节底盘标高。吊带的上端通过销子和两个锚固垫块双销接, 吊带下端与底盘焊接为一体, 以保证行走稳定。

吊架行走过程中, 侧模板需要与梁体保持一定的距离, 等走行至中跨合龙位置后, 侧模板需要侧向移动与梁体贴紧, 中跨合龙施工完成后需要横向脱模。为避免蛮力推 (拉) 侧模板, 造成架体晃动, 在侧模板立杆底部安装滚动轴承, 大大降低了侧移阻力^[4]。为避免由此带来摩擦力减小而导致侧模板在走行过程中产生晃动, 侧模板行走过程中用螺栓锚固在底盘上。

吊架底盘由底结构平台和底防护平台构成, 组成底板双层防护, 有效防止混凝土浆液渗漏。吊架侧模板上设置1.5m高的硬质防护^[5], 用于中合龙施工侧面防护, 在遮板等桥面附属施工时, 侧模硬质防护随吊架底盘下降0.5m, 用于遮板施工的防护。

吊架悬吊主梁为双拼I45, 钢吊带为160mm宽、30mm厚钢板, 吊杆为ф32精轧螺纹钢, 底横主梁为双拼I36, 底平台分配梁为I12.6, 除精轧螺纹钢外, 材料均为Q235B。根据行走过程和工作两种不同的状态, 用MIDAS软件建模计算, 计算结果如表2所示。

结论:通过表2可知, Q235型材应力值<205N/mm², 剪力<120N/mm², 位移值<L/400, 32精轧螺纹钢拉力小于极限值561k N, 吊架计算结果可满足要求。

1) 吊架拼装为减小吊架拼装对营业线影响, 在营业线净空外进行吊架拼装, 同时兼顾走行时间, 尽量减小走行距离, 因此将吊架安装在距319号墩16m处 (在铁路净空范围外) 。整个吊架的上骨架 (构件3~6) 和底平台 (构件7~14) 两个部分均在地面完成拼装。上骨架拼装完成后整体吊装至梁面, 通过测量放点, 精确安装在梁面预设的轨道上。底平台拼装完成后, 通过底板升降系统, 整体提升至距离梁底面0.5m处, 然后用钢板吊带销接固定。侧模板距离梁腹板12cm, 确保不影响走行。轨道和垫梁在吊架行走前在桥面上安装完成。

2) 吊架移动吊架移动为跨营业线施工, 只能在营业线的天窗时间点内进行。距离319号墩小里程方向25m处线路与铁路接触网立柱线交汇处为吊架走行的最不利截面。此处梁底面距离接触网立柱顶1.42m。启动吊架走行设备, 行走至距离319号墩小里程方向24m处暂停, 利用底盘升降系统底盘提升0.9m。此时, 吊架底平台上表面距离梁底0.2m, 底平台下表面距离接触网立柱顶面0.6m (底平台高度为0.6m) 。再次启动走行设备, 行走至中跨合龙位置。此时, 吊架底平台上表面距离梁底1.0m, 底平台下表面距离接触网立柱顶面0.6m。

3) 工作悬吊系统安装由于精轧螺纹钢吊杆预留孔与吊架上的预留孔可能存在一定偏差, 为便于安装操作, 需要吊架距离梁底有一定的操作空间。因此, 提前安装精轧螺纹钢吊杆, 根据桥面预留孔位置前后微调吊架, 底平台主梁中心线与预留孔中心线一致时停止。安装8根ф32精轧螺纹钢吊杆 (不影响其底盘上升) 。

4) 底盘第1次提升工作悬吊系统安装完成后, 进行吊架底平台第1次提升, 底板提升0.8m。此时吊架底平台上表面距离梁底0.2m, 底平台下底距离接触网立柱顶面1.4m。

5) 侧模板调节解除侧模板限位销子, 利用手拉葫芦在箱梁内对拉两侧钢模板, 待两侧钢模板贴紧梁体后停止。

6) 底盘第2次提升按照前述步骤提升底平台, 底板上表面紧贴梁底面后停止。利用螺栓、千斤顶及垫块锚固上紧精轧螺纹钢吊杆, 销接钢板吊带。至此吊架安装完成。

7) 合龙段施工在吊架形成的防护内进行钢筋绑扎、波纹管安装及中跨合龙混凝土浇筑施工。

8) 附属施工防护中跨合龙段混凝土工程及预应力工程施工完成后, 拆除精轧螺纹钢吊杆, 利用微调系统使底平台下降1cm, 脱底模板和松动侧模板, 再利用微调系统使底平台下降5cm, 移动钢侧模至行走状态, 销接固定侧模板。最后利用底盘升降系统使底盘下降0.5m, 销接钢板吊带固定, 安装合龙段两侧遮板, 完成合龙段附属施工。

9) 拆除遮板施工完成后, 根据梁底面调节底盘标高, 利用走行系统, 走行至营业线净空外, 拆除吊架。

1) 中跨合龙施工前, 吊架安装在铁路净空外, 减少对营业线造成影响。

2) 桥面施工时做好工作吊杆孔预留, 预留孔尽量大一些, 以便施工。

3) 底板主梁下翼板上需要设置1道防护, 防止落物落至营业线, 对营业线造成影响。

该新型可行走吊架合龙施工有效完成了云安特大桥 (60+100+60) m转体桥梁的小净空跨营业线合龙施工, 将“天窗”点次数由原计划的15次缩减至5次, 由此节约装置成本和“天窗”点成本共计28万元。同时, 工期由28d缩短到17d。其具有成本低、效率高、操作方便、适用范围广、可重复使用等特点, 已推广至孝感东特大桥一跨京广线 (40+64+40) m、二跨京广线 (48+80+48) m转体连续梁桥合龙施工, 并成功应用。

采用小净空上跨营业线合龙吊架关键技术解决了转体连续梁中跨合龙段位于铁路线正上方且净空很小带来的施工难题, 相比于挂篮法、传统吊架法、钢壳法合龙具有明显优势, 同时能缩短施工时间, 减少对营业线运营的影响, 经济性和可操作性优良, 质量也得到很好控制。