龙门吊卧拼技术在涉铁工程中的应用

2021-05-19孙晓迈

国防交通工程与技术 2021年3期

孙晓迈

(中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东日照 276800)

随着国内高铁及地方铁路的发展，跨越铁路的公路、铁路、市政桥梁越来越多，为降低桥梁工程施工对铁路运营线安全风险，跨铁桥梁的结构形式基本设计为平面转体。青岛新机场连接线涉铁工程转体桥为2×120 m T构钢箱梁，分为左右两幅错位布置，双幅同时转体。通过在技术、安全、工期方面对钢箱梁吊装设备进行比选，最终确定采用4台MQ120 t/16 t-28 m-30.5 m三角桁架双梁龙门吊(以下简称起重机)作为钢箱梁吊装设备。两铁路线间，尤其紧邻高速铁路和航空限高区内高度达33 m的特大龙门吊安拆是本项目的工作难点。

1 工程概况

新机场高速连接线西接女姑口大桥，东至青银高速，自双埠收费站西侧，以高架形式接拓宽的女姑口大桥，向东地面穿越双埠立交后，继续向东跨越既有铁路线及沿线道路后接入青银高速。其中上跨青荣城际等既有铁路节点采用跨径120 m+120 m变截面钢箱梁T构桥，同时跨越胶济货线、胶济客专双线、青荣城际双线、机场专用六条既有铁路线。钢箱梁转体前主要是在平行铁路方向临时支架上吊装焊接施工，钢箱梁左幅支架位于青荣城际、机场专用线间230 m范围，支架上方的钢箱梁投影西侧边缘距青荣城际铁路栅栏6 m，投影东侧位于机场专用线路基坡脚上，钢箱梁顶板距地面高度为21～27 m。右幅支架位于平行胶济线的安顺路上230 m范围，支架上方的钢箱梁投影东侧胶济线坡脚栅栏为12 m，钢箱梁顶板距地面高度为23.5～28.3 m，施工环境较复杂。为确保钢箱梁吊装焊接及铁路营业线的安全，吊装方案经多次比选，最终采用4台120 t龙门吊方案分别在左右幅支架上进行钢箱梁单元件吊装拼装焊接[1]。以铁路间左幅龙门吊为例，根据拼装支架上的钢箱梁断面尺寸及铁路间的作业空间，龙门吊两轨间距定为28 m，吊装净空高度为3.5 m，设计的龙门吊外形边缘距青荣城际接触网回流线仅为13.1 m，横梁高岀接触网为20.6 m。左右幅龙门吊与铁路位置关系如图1所示。

图1 龙门吊与铁路位置关系(单位：m)

2 龙门吊结构参数

龙门吊额定吊重120 t，设计跨度28 m，起重高度为30.5 m，设备安装总高度33.5 m。门式起重机主梁采用三角桁架焊接结构形式，共两列，其间距2.6 m，每列分3段制造，段间采用销轴连接，总长度30 m。主梁与支腿采用高强螺栓连接，主梁设天车导电架和走台。支腿采用一刚一柔结构，高度30.5 m。龙门吊结构如图2所示，主要部件如表1所示，另包括1台16 t小车机构、1个4 t钢腿托架、1个2 t柔腿托架、1个9 t梯子平台和1台5 t电器房。

3 龙门吊拼装方案比选

由于龙门吊处在铁路营业线狭小的空间，环境特殊复杂，传统的先支腿拉线后吊装主梁的安装无法操作，经反复比选，只能采用支腿的刚性支撑法或卧拼法安装龙门吊。

图2 龙门吊结构(单位：mm)

表1 龙门吊材料表

3.1 刚性支撑法

刚性支撑法主要采用4根刚度较大的型钢对龙门吊两侧支腿吊耳与地锚连接加固，然后再用吊车吊装主梁横梁与支腿连接。拼装主要步骤：施工准备→拼装场地布置→轨道检测、地锚的布置检查→刚性(柔性)支腿拼装→刚性(柔性)支腿刚性支撑拼装连接并调整→主梁吊装并栓结→起重小车吊装→附件安装→电气设备安装→调试、试运转[2]。龙门吊刚性支撑法拼装过程见图3。

3.2 卧拼法

拼装主要步骤：施工准备→拼装场地布置→轨道检测→走行大车固定→主梁拼装→主梁与支腿连接→两台汽车吊整体起吊→支腿与走行大车栓结→支腿与主梁栓结→起重小车吊装→附件安装→电气设备安装→调试、试运转。龙门吊卧拼法拼装过程见图4。

3.3 拼装方案确定

青荣城际间的铁路天窗点时间最多只有240 min，采用刚性支撑法安装时间无法保证且安全风险性极高，而利用铁路天窗点采用2台汽车吊进行卧拼抬吊方式安装龙门吊最多只需200 min，因此本工程龙门吊安装方式选用卧拼方式。

图3 刚性支撑拼装(单位：mm)

4 龙门吊卧拼施工技术

卧拼法施工工艺：施工准备→轨道、托梁的安装布置→主梁部件组装→支腿组装→大车行走构件定位→主梁及支腿组合→主梁、支腿件小车抬装→平台操作室配电柜等附件→电气安装调试→试吊、检测验收→正式交付使用。

图4 龙门吊卧拼(单位：m)

4.1 大车走行机构的定位

(1)大车走行机构的定位需事先在大车轨道上准确标示中心点，按照位置要求分别将4组台车定位(见图5)，其中有两组的位置为最终定位，用12.6#槽钢支撑牢固支撑在挑出去的12.6#槽钢对扣的支撑上。

图5 大车走行拼装(单位：m)

(2)根据内侧地锚位置及单侧大车行走机构前后轮组距离，在轨道边做好行走机构车轮组定位标记，放置大车行走梁于轨道上，使车轮组放置于标记处，两根行走梁的车轮全部靠向轨道横向的同一侧，锁紧手动防风铁楔；每个行走机构用12.6#槽钢牢固支撑，保证其顶面的水平度。

4.2 主梁、支腿构件拼装

用70 t汽车吊，在地面依序完成大车行走梁(含大车行走机构)、刚性门腿(分两根)、柔性门腿(分两根)、2根主梁及各附属结构(走台、爬梯等、电缆滑车架等)的组装。在主梁组拼好的基础上，把刚性支腿和柔性支腿用销轴与托梁连接，支腿的下端采用滚轴的方式放在反扣在地面的作为滑行轨道的16#槽钢上(见图6)。

图6 龙门吊卧拼布置(单位：m)

4.3 龙门吊整体抬吊

利用两台500 t汽车吊共同起吊主梁(见图7)。2台500 t的吊车进入场地，并排立在主梁一侧，车身长度方向顺着轨道方向摆放。两台500 t吊车首先按预吊高度竖起大臂，放下吊钩至主梁吊点位置。

选好主梁吊点，将组装好的主梁吊起试钩，同时检查吊具和吊车支腿等，起吊的同时测量人员在一旁对地面沉降进行检测及时预警。起吊时两台吊车旋转半径内及其中间区域为作业区域，禁止人员入内，并用警戒带隔离危险区域。等试吊无误后将主梁慢慢吊起，对所有使用的机具布置、连接、捆扎等

图7 龙门吊整体抬吊(单位：m)

进行全面检查，确认无误后方能进行主梁吊装。主梁提升200 mm静悬空中10 min，查看所有机具确认安全可靠后，方能慢速将主梁提升，当主梁离开地面一定高度后，现场安装人员随时测量支腿下方的间距，当支腿间距等于设计值时迅速把支腿下横梁吊至支腿安装位置，立即组织人员进行安装，安装完成立即组织人员通过支腿爬梯进行拖梁与支腿的法兰连接，连接完成后人员迅速撤离。

两台汽车吊必须由一人统一指挥，吊车司机和指挥人员配备无线对讲机，确保两台吊车起吊的同步性和协调性。在起吊后在任何起吊高度，主梁都必须处于两端平衡。连接螺栓时，操作人员站在临时焊接的平台上进行作业，法兰螺栓紧固采用对角紧固，焊接必须牢固，并佩戴安全带进行作业。龙门吊吊装工序时间控制：①步骤一，吊车就位准备配重等，0 min；②步骤二，起吊大臂，挂钩，20 min；③步骤三，龙门吊起升到位，安横联，60 min；④步骤四，龙门吊与大车横联栓结，30 min；⑤步骤五，安装拖梁与支腿法兰，继续安装支腿横联、剪刀撑，拉揽风绳加固，吊车收大臂,90 min。共计200 min。

4.4 吊车、基础、钢丝绳结构计算

4.4.1 吊车选型及能力计算

(2)吊装主梁支腿组件吊机能力验算：已知主梁支腿组件地面组装后总重100 t，采用2台500 t汽车吊为主吊装设备，主臂L=47.3 m，作业幅度详见主梁、支腿组合件吊装工况(见表2)。

表2 安装工况

根据《建筑施工起重吊装安全技术规范》(JGJ276-2012)第3.0.17条规定，采用双机抬吊时，单机载荷不得超过额度起重量的80%，吊重不得超过两台吊机起吊能力的75%；刚性支腿侧吊机受力55 t，需要吊机满足负荷至少为55 t/80%=68.75 t；柔性支腿侧吊机受力45 t，需要吊机满足负荷至少为45 t/80%=56.25 t。

根据主梁、支腿组合件吊装工况表，查500 t汽车吊起重性能表，吊机主臂L=47.3 m，满足吊装要求。所以，选用两台500 t汽车吊。

4.4.2 地基承载力计算

主梁、支腿组件按件重100 t，由2部500 t汽车吊进行抬吊，受力最大500 t汽车吊自重96 t，配重135 t，吊车支腿下方分别铺设在长2.0 m、宽2.0 m的路基箱上，使吊车支腿受力通过钢板和路基箱均匀扩散至地基。

500 t汽车吊支腿全伸长度为9.6 m，在侧面吊重时(作业半径为13.8 m)处于不利工况，此时的地基承受力为汽车吊本身自重平均在4个路基箱的受力值，与吊重、汽车吊自重以非吊重侧支腿为支点产生力矩在吊重侧支腿处。

吊装过程中计算硬化路面的承载力，只要大于410 kPa即可满足要求。

4.4.3 吊车用钢丝绳计算

吊装重量P=G总×KA×KB。式中：G总是吊装总质量，KA是动载系数，KB是不平衡系数。

主梁、支腿组件重量100 t(主梁采用2台汽车吊，每台车两个吊点，每个吊点2股钢丝绳，因而钢丝绳计算以主梁抬吊计)，单个吊具0.5 t。

主梁采用两台500 t汽车吊抬吊，刚腿侧单台受力，动载系数取1.1，不平衡系数取1.2，即：P=(55+0.5)t×1.1×1.2=66.66 t。

P取最重设备来计算荷载，根据吊装过程计算角度取8.5°，按2点各吊装2股钢丝绳考虑。