1800 t级预制节段梁架桥机在青连铁路项目中的应用

宋 飞 陈德利 代 宇

(郑州新大方重工科技有限公司 河南郑州 450064)

1 项目概述

道路桥梁对于经济发展起着重要的支撑作用，随着中国近海经济区及桥梁建设技术的快速发展，必将促进大跨度预制节段箱梁施工工艺及配套装备新技术的发展[1-3]。对于跨海、连岛桥梁建设，具有吨位大、跨度大、工程所处地形及地质条件复杂等特点[4-7]，采用传统的满堂支架施工工法已很难满足工程要求。因此，越来越多的预制节段梁施工技术在跨海大桥建设中得以推广并应用[8-10]，这对架设施工装备提出了更高的要求。

青连铁路跨胶州湾特大桥主要为跨越双埠立交互通、城市道路、管线及胶州湾而设，起点处位于胶州湾东岸滩涂内，终点处位于胶州湾西岸滩涂内。跨胶州湾特大桥处于胶州湾部分生态敏感区，生态环境比较脆弱，施工环保要求较高。如何降低成本、提高安全性，顺利将千吨设备安装至架梁位置，是首要解决的问题。青连铁路跨胶州湾特大桥位于浅滩区，无法满足桥下喂梁，仅能在桥后喂梁，研究一种高效的施工方法更为关键。在沿海地带风大浪高的不利环境条件下，精准调整节段梁，对架桥机提出了更高的要求。传统的湿接缝施工方式是先搭设临时施工平台，利用木模板施工湿接缝，这种施工方法效率低，投入的人工成本较多，且没有安全保障。研制一种自动化程度高的湿接缝施工方式[11-13]，是此类型设备的一大创新点。

2 1 800 t级预制节段梁架桥机

2.1 架桥机组成

1 800 t级预制节段梁架桥机为上承自行式，通用性强，满足线路首、末跨低墩施工，对墩身结构无影响，通过升级改造，可满足其他项目铁路节段箱梁施工。架桥机主要由主框架、1号支腿、2号支腿、3号支腿、4号支腿、主天车、辅助天车、吊挂系统、湿接缝模板系统、附属结构、液压系统、电气系统、安全监控系统等组成。1 800 t级预制节段梁架桥机总体结构如图1所示。

图1 架桥机组成(单位：mm)

2.2 技术参数

50 m整跨节段梁重量/节段数:1 800 t/11；

节段块尺寸:4.2 m×4.3 m×11.6 m(长×高×宽)；

线路最小曲线半径:2 200 m；

适应桥面最大纵坡:±2.5%；

适应桥面最大横坡:±3%；

架梁方式:整孔原位张拉；

喂梁方式:桥后(预留桥下)；

主天车额定起重量:180 t(不含吊具)；

主天车起升高度:桥面以下20 m；

主天车起升速度:0～1.5 m/min；

主天车行走速度:0～15 m/min；

适应风速:过孔状态≤6级，架梁状态≤8级，非工作状态≤11级；

整机纵移过孔速度:0～1 m/min；

整机总功率:230 kW。

2.3 作业原理

(1)架梁状态

2号支腿和3号支腿支撑主框架，运梁车运节段梁至架桥机尾部，主天车提梁，依次将节段梁布置在主框架上，利用主天车调整各节段梁三维姿态，完成精确对位→调整湿接缝尺寸→安装湿接缝模板→浇筑湿接缝混凝土→等强度→预应力钢筋束张拉→打开湿接缝模板。整孔张拉完成后，2、3号支腿油缸收缩，整机卸载，拆除吊挂，架桥机过孔前利用辅助天车将吊挂提至运梁车，转运到梁场。

(2)过孔状态

主天车及辅助天车运行至3号支腿上方，利用2、3号支腿的液压系统推动主框架向前纵移18.4 m，1号支腿到达前方墩顶垫石支撑位置，调整1号支腿支撑油缸，在前方墩顶支撑；3号支撑和2号支撑分别过孔至前方桥面及墩顶支撑；脱空1号支腿，2、3、4号支腿支撑，启动2、3号支腿的液压系统推动主框架纵移31.6 m，达到架梁位置。

2.4 各部件简介

(1)主框架。主框架分上下两层结构，接头按等强度设计。主框架顶面设置两条通长轨道用于主天车和辅助天车走行，底面至桥面的净空及主框架尾部长度可满足架桥机尾部喂梁。

(2)1号支腿。1号支腿主要功能是在架桥机过孔时，在墩顶支撑，辅助架桥机完成过孔，并通过液压升降系统可以实现1号支腿的高度调节，以适应不同梁高、纵向坡度的施工需求。末跨施工时拆除立柱增高节在桥面支撑。

(3)2号支腿。2号支腿架梁时在墩顶支撑，过孔状态下作为整机过孔的动力来源与3号支腿配合推动架桥机纵移。2号支腿支撑立柱为“L型”结构，有效地避开了各张拉孔道，保证预应力施工不受支腿站位影响。末跨施工时拆除“L型”立柱在桥面支撑。

(4)3号支腿。3号支腿架梁时在桥面支撑，过孔状态下作为整机过孔的动力来源与2号腿配合推动架桥机纵移。移位台车可在主横梁上横向滑移，以满足曲线施工的需求。

(5)4号支腿。过孔时4号支腿托辊机构在桥面铺设轨道上运行，保证整机有足够的纵向稳定性。运梁车从架桥机尾部喂梁时，4号支腿通过齿条传动机构横向打开下横梁。

(6)主天车。主天车的额定起重量为180 t，满足节段块的吊运和调整，吊具组件配备纵、横向调整油缸及360°回转机构，可将节段块进行多自由度空间姿态调整，实现节段块精准对位要求。

(7)吊挂系统。吊挂系统包含短吊挂和长吊挂。短吊挂通过吊杆连接在主框架底部，单个吊挂整体为四点受力、三点平衡。架桥机在适应桥后喂梁后，利用长短吊挂的分布优势，节段块无需错层摆放，提高施工效率。

(8)湿接缝模板系统。浇筑湿接缝时通过全液压系统合模，预应力钢筋束张拉完成后，湿接缝达到一定强度级别，湿接缝模板旋转打开，操作简单方便。

3 施工流程

青连铁路跨胶州湾特大桥架设采用原位张拉、整孔落梁的施工方式。

3.1 对称布置1#～8#节段梁(施工步骤一)

(1)架桥机过孔到位，调整好支腿高度，对架桥机各项性能进行检查，各项指标合格后，架桥机处于待架状态。

(2)打开主框架中间联系梁，运梁车运节段梁至架桥机尾部，主天车吊具与节段梁块上吊具横梁连接，依次将1＃～8＃节段梁按照大小里程对称方式逐个提挂布置在主框架上。

3.2 依次架设9#～11#节段梁(施工步骤二)

(1)主天车提9＃～10＃节段梁布置在主框架挑梁上。

(2)主天车提最后一节段梁，旋转到位后悬挂在主框架上，提升9＃～10＃节段梁至拼装位置，如图2所示。

图2 架桥机架梁状态(单位：mm)

3.3 浇筑湿接缝，整机卸载(施工步骤三)

(1)利用主天车依次调整各节段梁空间姿态，完成精确对位→调整湿接缝尺寸→旋转关闭湿接缝模板系统→浇筑湿接缝混凝土→等待混凝土强度→预应力钢筋束张拉→打开湿接缝模板。

(2)整孔张拉完成后，2、3号支腿油缸收缩，整机卸载，拆除吊挂。架桥机过孔时安装3号支腿与梁面的锚固撑杆。

3.4 支腿锚固，准备过孔(施工步骤四)

(1)架桥机准备过孔，所有吊挂向上提升约3.5 m。

(2)利用撑杆将2号支腿与1号节段梁梁面预埋螺纹钢进行锚固。过孔时，2号支腿与桥面、墩顶分别进行锚固，3号支腿与梁面进行锚固。

3.5 架桥机过孔，1号支腿到位(施工步骤五)

(1)主天车及辅助天车运行至3号支腿上方，利用2、3号支腿的液压系统推动主框架向前纵移18.4 m，1号支腿到达前方墩顶垫石支撑位置。

(2)主框架向前推进过程中，主天车及辅助天车同步后移，始终保持与3号支腿相对位置不变，调整1号支腿支撑油缸，使1号支腿在前方墩顶支撑，如图3所示。

图3 架桥机过孔状态(单位：mm)

3.6 2、3号支腿自行纵移到位(施工步骤六)

(1)主天车和辅助天车运行至2号支腿上方，3号支腿处于脱空状态，启动3号支腿液压系统，3号支腿自行过孔至前方已架设桥面位置，支撑3号支腿，并与梁面进行锚固。

(2)解除2号支腿与梁面锚固，使2号支腿处于脱空状态，启动2号支腿液压系统，2号支腿自行过孔至前方墩顶，2号支腿在前方垫石上支撑并锚固。

3.7 再次过孔到位，准备架梁(施工步骤七)

(1)主天车和辅助天车运行至前方导梁位置，1号支腿脱空，启动2、3号支腿的液压系统推动主框架纵移。

(2)启动2、3号支腿的液压系统推动主框架纵移19.6 m，达到架梁位置，架桥机过孔到位，调整吊挂吊杆，4号支腿下横梁横向打开。

(3)调整吊挂吊杆，准备架梁。

1 800 t级架桥机施工现场见图4。

图4 架桥机施工现场

4 关键技术

(1)分步安装再过孔到位

因拼装场地条件受限，架桥机采用分步安装。首先对桥墩位置的地面作硬化处理，利用小型吊车把主支腿提至墩顶及现浇梁桥面，通过在现浇梁面上后退过孔，依次空中对接主框架的各节主梁和导梁，再安装其他各部件，整机安装完成后架桥机过孔至待架设位置。整个拼装过程安全可靠，利用小型吊车在固定位置可把千吨设备安装到位，经济合理。

(2)节段块无需错层

架桥机在适应桥后喂梁后，通过对主框架及长、短吊挂的特殊布置，保证最后1节段块有足够的旋转空间，且节段块无需错层摆放，施工效率提高。

(3)整孔张拉及卸载

在墩顶支撑的主支腿设计为“L型”结构，在保证安全、承载能力及墩顶站位需求的前提下，主支腿的结构型式有效地避开了各张拉孔道，保证端部预应力施工不受支腿站位影响。主支腿配置大吨位卸载机构，整孔张拉完成后便于整机卸载，安全性高。

(4)多功能专用吊具

主天车专用吊具设计理念先进，自动化程度高，吊具配置纵、横向调整油缸及360°回转机构，可将节段块进行多自由度空间姿态调整，实现节段块精准对位要求。

(5)湿接缝模板系统

架桥机配备10套湿接缝模板以及对应的施工平台。预应力钢筋束张拉完成后，浇筑湿接缝时通过全液压系统合模，预应力钢筋束张拉完成，湿接缝混凝土达到一定强度后，湿接缝模板旋转打开，方便高效、安全可靠。

5 结束语

随着我国建设资源节约型、环境友好型社会的不断发展，预制节段梁施工技术将会进一步得以推广和应用[14-15]。近年来国内大跨度大吨位的跨海、连岛桥梁项目逐渐增多，对架设施工装备也提出了更高的要求。1 800 t级预制节段梁架桥机在青连铁路跨胶州湾特大桥工程建设中成功应用，对其他预制节段梁架设施工具有借鉴意义。