铁路桥梁悬臂浇筑挂篮新型行走装置的设计与应用

王 磊

（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津 300451）

1 工程概况

某铁路桥梁工程全线为直线，设计路面宽30.5m，设计行车速度60km/h。全线设大桥1座，中心桩号K1+129.00，起点K0+481.88，终点K1+631.88，路线总长为1150m，桥梁全长828.1m，两侧引道总长321.9m。其中施工重点为（68+116+118）m双转体现浇梁，转体重量为14000t，是由55m连续钢构主墩桩基74根、18m连续钢构防护桩基132根、主墩承台2个、转体系统安装2套、主墩墩身2肢、（68+116+68）m连续转体现浇梁、40m连续钢构边墩桩基32根、承台4个、墩身4个、盖梁4片组成，为国内至今为止第二大吨位转体桥。为保证既有铁路的安全运行不受影响，（68+116+68）m连续梁采用挂篮施工。

2 研发目的

该铁路高架桥工程（68+116+68）m连续梁，该桥桥面宽30.5m，梁段最长节段4.1m，最大节段重量310t。在以往传统悬臂梁挂篮施工中，挂篮行走多采用导链人工拖拽的方式。行走时挂篮1个主桁架需配2个10t以上导链，每个导链需4人配合，因此每片挂篮主桁架最少需要8人配合。该桥桥体为4箱结构，因此挂篮主桁架为5片，每次仅挂篮行走导链配合就需要40人。挂篮行走时必须保证5套挂篮对称同步行走前移，因此在挂篮行走前移过程中需要80人配合施工才能实施，劳动力成本较高。

此外，导链人工拖拽挂篮行走最少需要4h才能行走到位，且费时费力。由于导链牵引需要对受力点进行加固，势必造成挂篮结构强度提高的同时挂篮重量也会增加，增加挂篮的采购成本，从而增加施工成本。另外，挂篮行走前移时，因人工拖拽无法保证挂篮行走的同步性和稳定性，由此可能引发挂篮结构的扭曲变形、卡机、开裂，甚至脱落等一系列危险，成为挂篮施工中最重要的安全隐患。

为避免以上问题的发生，经过不断研究和改进，利用液压推进力大、推进速度可控、安全可靠的性能，研制出了一套用于桥梁悬臂浇筑挂篮行走的装置，其主要部件包括：千斤顶油缸、泵站系统、后反力座、销轴、行走轨、滑动铰座。其特征在于：由泵站系统提供动力与千斤顶，由千斤顶推动挂篮前行。此挂篮行走利用千斤顶省时省力，不仅保证挂篮同步稳定行走，而且有效保证了挂篮行走安全，从而节省了劳动力成本，提高了工作效率，为项目施工创造更多效益［1］。

3 工作原理

该桥梁悬臂浇筑挂篮行走装置的工作原理：通过采用张拉用油泵推动千斤顶，使千斤顶顶进挂篮，从而推动挂篮行走，油泵回油，前移千斤顶和后反力座，再推动挂篮继续行走。如此循环使用，从而达到挂篮前移到位的目的［1］。

该装置是由千斤顶顶进挂篮，只需1人控制油泵即可推动挂篮行走，大大节省了人工，采用挂篮行走千斤顶只需2h就能前移到位，节省了施工时间。由于采用千斤顶前移增强了挂篮行走过程中的同步性和稳定性，保证了挂篮施工安全［2］。

4 挂篮倾覆计算

挂篮的倾覆不同于模架的倾覆，模架的各支柱下端无负Z方向约束，在荷载、风载和制造及安装误差造成诱发荷载的作用下有倾覆的可能。挂篮无论是在混凝土灌注状态或走行状态，桁架下部均有锚固措施（混凝土灌注状态下为精轧螺纹钢将桁片锚固在桥面；走行状态下除有保险锚点将桁片锚固在滑轨上，还有后吊轮将桁片承吊在滑轨上，而滑轨是通过螺纹钢锚固在桥面上）。如果按规范操作及锚固挂篮，一般情况下不会发生倾覆。挂篮倾覆主要是前倾覆，即在走行过程中发生的挂篮前坠现象，排除因违规造成的倾覆，则挂篮的前倾覆为后吊轮轴或销发生断裂。以下仅就挂篮走行过程中后吊轮的计算确定挂篮倾覆［3］。

荷载参数包括：挂篮自重114t和挂篮底模冲击系数1.1。每组后吊轮最大吊力94kN，每组后吊轮由12只销轴承力，每支销轴承力7.8kN。考虑到偏载现象，取1.2偏载系数，取荷载7.8×1.2=9.4kN。销轴最大弯距：9.4×0.039=0.3666kNm；销轴材料40Cr，许用应力410MPa；直径φ45mm，抗变截面模量：8.9416×10-6m3；σ=0.3666×10-3/8.9416×10-6=41MPa＜410MPa，满足要求。抗倾覆安全系数：410/41=10。

5 工作方式

5.1 制作与拼装

由千斤顶厂家根据油缸设计图纸加工千斤顶油缸，将千斤顶油缸用销轴与后反力座、行走轨道和滑动铰座销接，连接泵站及油管（见图1）。

图1 油缸图

5.2 挂篮行走前移

梁悬臂浇筑挂篮行走装置组装好后，由泵站供油2——行走千斤顶伸长1——推动滑动铰座6，从而推动挂篮前移，达到千斤顶最大行程后，取下反力座3与行走轨道5和销轴4——行走千斤顶回油1——反力座3前移再与轨道5销接——伸长行走千斤顶推动挂篮1，循环进行直到挂篮前移到位［4］（见图2）。

图2 梁悬臂浇筑挂篮行走装置图

5.3 施工中走行系统的配合方式

行走系统包括：主梁与滑梁的滑道、导向、锚固、顶推装置；侧模与底模的走行牵引装置；内模的滑行装置共3部分［5］。

第1步：主梁走行。

（1）首先检查挂篮及侧模板与已成梁段是否还有联接，阻碍处，检查滑轨连接处是否平顺，纵向垂直，水平高度一致，梁段张拉完成后，松开并抽出斜吊杆，抽出内外滑梁后吊杆，滑梁后端落在内外侧模桁架下滚筒上。

（2）松开压紧器取掉限位销，将后上限位器与主梁脱离，把支撑垫梁换成支撑轴。加设油缸顶座，利用油缸顶推活动支座逐渐将挂蓝前移，见梁悬臂浇筑挂篮行走装置图。前移时要尽量保证5片桁片同步进行并且要缓慢避免冲击，可在滑轨面上涂些黄油方便滑动。每前行1个行程后要对桁片前行距离进行调整，调整方法如下：用尺子测量滑轨顶座立面至滑动较座后立面距离，如有误差可单独调整前行不够的桁片。

（3）主梁及内外滑梁走行用液压千斤顶向前推移，直至主梁行走到位，安装后上限位器。前移过程中要始终保证后结点有1个保险锚点。挂蓝到位后进行调整锚固。

第2步：侧模和底模走行。

（1）旋紧压紧器竖向预应力筋的连结螺母（在之前应把支承轴换成支撑垫梁），旋紧后限位器的连接螺栓用限位销定位。

（2）穿上后上吊杆并旋紧螺丝栓，拆除下限位器、后下吊杆，并用10t倒链把底、侧模固定支承在外模滑梁上（即由外侧模桥桁架的上排滚筒把侧模和底模都挂在外滑模上缘）。

（3）在拆除下限位器、后下吊杆之前，用倒链把前下横梁与已浇注梁段连接。

第3步：底、侧模板定位及内模前移。

（1）提升底板，安外侧斜吊杆和后杆等。

（2）提升侧模至设计标高并予以固定。

（3）用斜吊杆精细调整底模标高。

（4）绑扎底板钢筋，安装预应力钢束管道，绑腹板钢筋，安装竖向预应力钢筋。

（5）通过吊杆与主梁、上横梁连结；内模下落至内滑梁上并前移到位

（6）安装内斜吊杆。调整内模顶标高，绑扎顶板及翼板钢筋，安装预应力钢束及管道。

（7）调整标高，检查无误后灌注新梁段混凝土。

（8）待混凝土达到100%强度后张拉、压浆。

（9）滑移挂篮，重复以上步骤。

6 安全注意事项

（1）施工前要收集、查看天气预报资料。暴风雨天气要固定好设备，做好防风、防雨的工作准备，检查用电安全，停止室外作业。

（2）设置安全警示牌，作业人员必须佩戴安全帽和安全带，设置安全网，并禁止上下作业区同时作业。高空作业严禁在同一个物件上挂几根安全带或1根安全绳上栓几个人。临边作业要设置防护围栏和安全网，高空作业应有可靠的安全防护设施。

（3）起重设备要坚持“十不吊”原则，要有专人指挥起重吊装工作。

（4）要逐级进行安全技术教育及交底，对用于高处作业的设施、设备和安全标志，检查确认完好后方可使用。如遇恶劣天气不得进行露天与高空作业。用于高空作业的防护设施不得擅自拆除。如因作业需要，临时拆除必须经项目部施工负责人批准，并采取相应的防护措施，作业后应立即回复。

（5）施工人员不得疲劳作业，夏季要避开高温时段作业。高空作业人员要按规定着装，穿软底防滑鞋，严禁穿短衣短裤、穿拖鞋、硬底鞋和带钉易滑的鞋、靴。

（6）高空作业中所用的物料均应堆放整齐、平稳，不得置放在临边或洞口附近，更不得妨碍通行和装卸。对于有坠落的任何物料、工具，均应先行撤除或加以固定。对苫盖物要固定好，避免被风掀起或落到营运线路上造成事故。