跨铁路路堑公路桥箱梁吊装及起重机选型研究

2021-09-17谌文玉高伟宾李盼盼

铁道建筑技术 2021年8期

谌文玉高伟宾李盼盼

（中铁十六局集团铁运工程有限公司河北高碑店 030032）

1 引言

上跨铁路路堑公路桥梁架设采用吊装法时，由于对起重机的作业半径和吊装高度要求高、起重机作业空间受限等原因，需多台起重机协同作业、分步吊装就位，施工难度大、安全风险高。吊装方案设计和起重机选型是大跨度跨线桥梁架设施工的关键，国内外对相关问题有大量研究。古兰玉［1］分别研究了在实际工程案例中使用单机和双机进行上跨铁路运营线高架桥梁吊装的顺序和作业流程。王雨楠［2］研究了在复杂的区域交通及施工环境影响下跨线高价箱梁桥的起重机选型和吊装顺序。Al-Hussein M等［3］提出一种基于最小吊臂长度和（或）最小半径的起重机选型和站位方法以获得更高的起重能力。但是针对上跨在建铁路路堑大跨度公路桥梁的吊装施工方法及起重机选型问题研究未见报道。本文依托某跨在建靖神铁路深路堑公路桥箱梁吊装施工工程，为实现大跨度、大重量箱梁的平移吊装，提出了堑顶、路基面多工位多台起重机协同炮车喂梁的架设方法，并研究多机协同、分步吊装施工中起重机的选型及配置方法。

2 工程概况

新建靖神铁路在DK166＋929处与既有公路交叉，铁路以路堑形式下穿公路。根据工程设计，铁路路堑主体工程完成后，会在其上方以修建公路桥的形式恢复原有公路。该段铁路为深路堑地段，路堑边坡高27.7 m，分四级，边坡坡率1∶1.25。公路桥址平面概况如图1所示。

图1 桥址平面

公路桥为先简支后连续预应力钢筋混凝土连续箱梁桥，桥跨设计为3×40 m，桥梁宽度7 m，每个桥跨横向布置两片箱梁，箱梁宽度为3.1 m，重161.2 t，桥墩高度为25.7 m。公路桥桥型布置如图2所示。根据现场实际情况，分别在铁路 DK166＋800及DK166＋900两侧修建制梁场，同时，通过修便道连通既有道路的方法，将梁运至桥头堑项，并由路基和堑顶多台汽车起重机吊运平移架设。在实际工况中，坡脚距桥台的横向距离超过43 m，竖向高度接近28 m，并且起重机在深路堑内作业，作业范围内有桥墩等障碍物，多机吊装过程也需要转换吊点。因此，需要极大提高对起重机作业幅度和吊装高度的要求，以此来避免吊臂与桥墩、梁之间，以及起重机吊臂之间存在的碰撞风险。因此，科学设计吊装工艺流程、合理选择起重机性能参数是安全、高效、经济地完成桥梁吊装架设的关键。

图2 公路桥桥型布置（单位：mm）

3 吊装方法研究

3.1 吊装方案

箱梁架设过程中，在炮车运输箱梁时，路堑堑顶的起重机和路基面多工位的多台起重机协同喂梁。

箱梁吊装按由右至左的顺序进行，其右跨、中跨、左跨中的每跨箱梁均依从侧边起吊的原则。

左右边跨箱梁递送过程中，在桥头既有道路用炮车倒推递送。当箱梁接近路堑边坡与原地面相交位置时，箱梁由炮车配合堑顶处起重机平移，同时炮车尾部先撤离。当运梁炮车的车体接近堑顶时，在完成箱梁左右吊点转换后按原路线回程，箱梁由现场的多台起重机多机协同平移就位。

中跨箱梁递送过程中，吊装方法同边跨类似，即同样在桥头既有道路和已架设的箱梁上用炮车倒推递送。而后箱梁由路基面上多台起重机合作平移就位。按此方案，操作简单，并可解决存在的施工难题。

3.2 吊装工艺流程

（1）边跨箱梁吊装工艺流程

边跨箱梁的吊装以多工位多起重机相互配合的工艺为主，在炮车运输箱梁时，协同堑顶、路基面多起重机喂梁，以右边跨箱梁吊装架设流程为例，其主要工艺流程如图3所示：在桥头既有道路用炮车倒推递送，待梁左端与堑顶接近后，箱梁左端吊点由堑顶起重机A钩吊，钩吊工作完成后，撤离炮车尾部；后箱梁由炮车配合堑顶处起重机平移递送；行进至炮车车体靠近堑顶时，由路基工位上的起重机C配合炮车完成吊点转换，并通过平衡梁完成箱梁的吊点转换工作，即左端吊点由路基工位处起重机B、C钩吊，起重机A自左端吊点摘钩并移至右端吊点钩吊。完成上述工作后，炮车按既定路线撤离。最后箱梁的平移就位由堑顶与路基工位上的起重机A、B、C三机合同协作完成。

图3 边跨箱梁吊装工艺流程

（2）中跨箱梁吊装工艺流程

路基工位双起重机协同炮车喂梁平移法吊装是常见的一种中跨梁吊装方法，其工艺流程为：将箱梁用炮车倒退递送至梁左端与跨箱梁右边左端相近时，用起重机B钩吊箱梁左端吊点；撤离炮车尾部，用起重机B协同炮车进行喂梁，当炮车与右边跨箱梁左端相近时，炮车停车；将起重机C钩吊箱梁左端吊点，再用起重机B钩吊箱梁右端吊点，将B钩吊点从左端转到右端，最后撤离炮车；在起重机B、C钩协同吊起箱梁，将平箱梁放置在正确位置。吊装流程如图4所示。

图4 中跨箱梁吊装工艺流程

4 起重机选型研究

由上述吊装工艺流程可知，在吊装过程中，3台起重机一次站位、多工况作业，经转换工位、空中换钩等一系列协同动作接力传递梁体安装到位。因此，应合理选配起重机，以满足各个工况对起吊重量、吊装高度与幅度等起重机工作性能参数的要求［4－5］。同时，尽量最大可能利用起重机的能力，降低对起重机工作性能参数的要求，降低起重机配备标准，节省机械费用［6－7］。

（1）起重机工况分析

首先根据施工工艺流程，对吊装过程中起重机A、B、C作业工况进行分析，共有8种工况。各工况起重机站位及作业工况描述等如表1所示。

表1 起重机站位及作业工况

对吊装工况分析可知，部分工况对起重机的性能要求显然低于其他工况，因此不会对起重机的选型起到决定作用。经对比分析，对起重机A工作性能参数选择起决定性作用的工况为CB2，对起重机B、C工作性能参数选择可能起决定性作用的工况为CB2、CZ3。由于起重机B、C在边跨、中跨吊装中均需双机抬吊作业，因此宜选用相同型号［8］。而工况CB2对各起重机性能的要求，取决于吊点转换的位置，对3台起重机的性能要求互相关联。因此首先通过CZ3工况确定起重机B、C的性能参数；然后，根据起重机B、C的性能参数，确定吊点转换的位置，进而确定起重机A性能参数要求。

（2）起重机 B、C 选型

通过CZ3工况确定起重机B、C的性能参数。工况CZ3起重机、梁、环境的平面关系如图5所示。

图5 工况CZ3起重机、梁及环境平面关系（单位：m）

起重机B、C的起重要求相同，均为：

式中：G0为起重机分担的吊物重量、吊耳及索具重之和，G0＝161.2／2 ＋2.0 ＝82.6 t；K1为动载系数，取1.1；K2为双机抬吊不均衡系数，取1.2，计算可得 GjBC＝109.0 t。

起重机B的作业幅度RB应满足18.39 m，起升高度HB应满足HB＞33.0 m。起重机C的作业幅度RC应满足起升高度HC同HB。

根据 GjBC、RB、HB、RC、HC，考虑起重机 B、C 选用相同型号，参考起重机性能表，起重机B、C可选用QAY500型汽车起重机，起重量G＝118 t，工作幅度R＝20 m，臂长L＝48 m，起升高度43.63 m，即可满足吊装要求。

（3）起重机A选型

根据起重机B、C的性能参数，确定工况CB2的吊点转换位置后，再确定起重机A性能参数要求。工况CB2起重机、梁、环境平面关系如图6所示。

图6 工况CB2起重机、梁及环境平面关系

吊点转换后起重机B、C的起重量要求为：

式中：G0为起重机B、C共同分担的吊物重量、吊耳及索具重之和，G0＝161.2／（2 ×2）＋2.0 ＝42.3 t；K1、K2分别为动载系数和不均衡系数，分别取1.1、1.2。计算可得GjBC＝55.84 t。根据QAY500型汽车起重机性能表，起重机B、C的操作工况选用起重量G＝69 t、臂长L＝66 m工况，起升高度59 m，对应最大工作幅度R＝30 m。

由计算可知，要实现工况CB2起重机B、C与起重机A的吊点转换，需起重机A的最小工作幅度RA≥17.64 m。起重机A的起重量要求计算同式（1），可得GjA＝109.0 t。参考起重机性能表，选用QAY500型汽车起重机，适用起重量G＝138 t、作业幅度R＝18 m、臂长L＝30 m的工况，起升高度H＝，可满足吊装要求。