悬拼桥面吊机在节段梁施工中的应用

杨连休

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350)

近年来，我国桥梁建筑取得了高速发展，桥面吊机在桥梁施工中具有突出的贡献。为更好地提高桥面吊机的应用效果，需要重点把关悬拼吊机的施工工艺技术，采用适当的工程技术和施工机械设备，保证施工安全和质量，加快施工进度，降低工程成本。本文以天津市滨海新区轨道交通Z4线一期工程土建施工第2合同段双线连续U梁为例，对桥梁节段梁架设施工技术进行系统分析，以供类似工程参考借鉴。

1 工程概况

轨道交通Z4线一期工程土建施工第2合同段标段起讫(DK28+640.846)～(DK39+550.866)，区间线路总长10.91 km，主要包括航安道站、航母公园站、玉砂道站，以及滨海南开中学站—航安道站区间、航安道站—航母公园站区间、航母公园站—玉砂道站区间、玉砂道站—中心渔港站区间。标段内悬臂拼装连续U梁共12联，其中双线桥梁8联、单线桥梁4联。预制节段梁数量共328块。标段沿线各吊装位置U箱组合梁的吊装方案中全线共10个吊装位置。本工程双线连续U梁梁顶面宽1 086 cm，U梁底截面宽954.3 cm，其中U箱梁组合节段箱梁底截面宽540～640 cm。

2 桥面吊机选用

本工程U箱组合连续梁各节段梁均由 TJ160 型悬拼吊机进行吊装。

2.1 机架结构

机架结构主要由上主梁、上横梁、下主梁、下横梁、前斜杆、中斜杆、后斜杆、卷扬机平台等杆件组成，是吊机的主体结构，是承受起重机荷载的骨架。其上安装卷扬机和天车系统，主要杆件为箱型梁结构。

2.2 走行系统

走行系统主要由前滑靴连接支座、前滑靴、后滑靴连接支座、后滑靴、顶升支腿、行走油缸座、轨道组成，采用步履式行走，油缸行程为600 mm。

2.3 卷扬机

卷扬机型号：JM2×115 kN；单绳拉力：2×115 kN；出绳速度：12 m/min；卷筒规格：Ф700 mm×600 mm；钢丝绳直径：Ф28 mm；容绳量：2×130 m；减速器：ZQ75；功率：45 kW。钢丝绳采用抗扭钢丝绳，绳径为Ф28 mm，能较好地解决高空吊钩组的打转情况[1]。

2.4 天车系统

天车系统主要由定滑轮组轮箱、横梁系统、导向轮系统三大部分组成，主材主要为型钢及部分钢板。通过固定在上主梁上的纵移油缸调节天车的纵向位置，纵移油缸的行程为1 200 mm。通过固定在横梁系统上的横移油缸，可以调节轮箱的横向位置，横移油缸的行程为200 mm。

天车横梁系统上设有 4 个临时吊点孔，待混凝土梁段提升并调整到位后，从天车上的临时吊点孔穿下 4 根精轧螺纹钢吊杆连接吊具横向分配梁(分配梁 1)上相应的吊点孔，使混凝土梁荷载能通过精轧螺纹钢吊杆直接传递到天车系统，避免卷扬机长时间受力。精轧螺纹钢上下部均必须使用双螺母，螺纹钢露出螺母长度不少于40 mm。

2.5 旋转吊钩组

旋转吊钩组主要由动滑轮组轮箱、吊杆系统等组成。其中，吊杆系统为栓接结构，中间加置推力调心轴承实现吊钩旋转，吊钩两端以螺母栓接固定。

悬挂上横梁与悬挂下横梁之间设有锁定装置，当梁段起吊并旋转 90°后，安装悬挂上横梁与悬挂下横梁之间的锁定螺栓，限制吊钩旋转，防止梁段在提升过程中自由旋转，梁段提升到位后，可拆除锁定螺栓，使吊钩组恢复旋转功能。

2.6 吊具分配梁

吊具由转换节1、横梁、调节块、转换节2、纵梁、精轧螺纹钢锚具等组成。在横梁1上设置横移油缸，横移油缸的行程为 300 mm，在分纵梁上设置有纵移油缸，纵移油缸的行程为300 mm，通过调节纵横移油缸可以实现梁段的纵横向微调。调节块与横梁之间设置有调节丝杠，可实现横向吊点间距在 4 840～5 360 mm之间无级调节。

3 节段梁拼装施工技术

节段梁悬臂拼装施工主要包括悬拼吊机的前移校正、节段梁拼接、拼接缝施工、预应力施工等。采用三跨一联的连续梁，主要梁段组成为：中墩0#块、悬拼节段梁、0#与1#块湿接缝、边跨湿接缝、中跨湿接缝、边跨支架现拼段。施工过程中以0#块为基准段，在其上安装TJ160 型悬拼吊机作为预制节段梁的起重设备，起重节段梁，完成节段梁之间拼接缝施工及预应力施工等工作。节段梁安装采用悬臂拼装施工，根据设计分段长度、梁段重量、外形尺寸、断面形状及各种施工荷载[2]，确定采用TJ160型吊机，单个吊机重量为70 t。根据现场施工及工期进度配置1组(4 套悬拼吊机)进行施工。节段拼装连续梁的施工总体步骤如下。

3.1 墩顶0#块浇筑

待墩身完成浇筑后，搭设墩顶0#块现浇支架，完成墩顶0#块浇筑。墩顶0#块浇筑完毕后，拆除墩顶相关支架，完成体系转化，使墩顶0#块支撑在钢管混凝土柱上，张拉临时墩锚固钢筋。利用汽车吊安装悬拼吊机，并进行检查、载荷试验。悬拼吊机支腿位置设置在吊装孔处，由卷扬机带动钢丝绳通过吊装扁担将节段梁从地面吊起，前部设置由电动葫芦控制方向。

3.2 吊装并安装1#节段

1) 1#节段梁架设。首先，1#节段梁经2台起重天车起吊至与已拼装梁段相同高度后停止，缓慢调整天车纵移油缸，使1#节段梁与0#段的间距为20 cm。等梁段稳定后，通过吊具的三向调整功能调整起吊梁段的位置。其次，安装天车及吊具分配梁之间的辅助吊杆，节段梁左右方向每侧2根吊杆上端由横梁相连，并在横梁与天车之间设置1个60 t液压千斤顶。通过辅助吊杆上的千斤顶对节段梁标高及左右高度偏差进行微调，使节段梁精确对位。最后，对节段梁拼装过程进行调整：①通过起重小车的纵向移动调整节段梁的纵向位置；②通过起重小车上的卷扬机调整节段梁的高度；③通过起重小车上的横向水平千斤顶微调节段梁的横向位置；④通过吊具上的千斤顶调整节段梁的纵向倾角；⑤通过吊具上的千斤顶调整节段梁的横向倾角；⑥通过辅助吊杆千斤顶精确调整节段梁高度及横向倾角。

2) 1#劲性骨架安装。节段梁悬臂拼装过程中，首节预制梁与墩顶现浇 0#块采用20 cm 湿接缝连接[3]。其主要施工方法为：先采用悬拼吊机对称吊装 1#节段，纵向移动到位后，安装固定好钢楔块，通过天车上的三向调节装置调节 1#节段的空间位置，焊接已经预留好的劲性骨架已锁定梁段。

在0#块与1#节段共设置 4 道劲性骨架，单道劲性骨架需在0#块与1#块施工过程中预埋6根Ф25 mm×0.45 m 的钢筋，其中埋入混凝土内尺寸为0.35 m，外露0.10 m。钢筋上部为20 mm厚钢板，钢板尺寸为0.5 m×0.5 m，距离梁端0.5 m，钢板与钢筋通过2个M25螺帽相连。钢板上以232b槽钢作为劲性骨架刚性支撑，其中翼缘板与箱室顶板上部刚性支撑长度为2.2 m，下部箱室结构内刚性支撑长度为1.5 m。双拼槽钢与钢板双侧焊接[4]，焊缝高度满足10 mm，单侧设置5道加劲板。劲性骨架布置立面图如图1所示。

(a) 0#块劲性骨架预埋横断面图(单位：cm)

3.3 悬拼吊机移位

悬拼吊机铺设轨道至下一节段前端头附近，天车退回至桥面吊机最末位置，将全部锚固连接器拆除，解除吊机锚固，启动走行机构顶推装置。利用走行机构油缸的伸缩功能，两端油缸同步顶出500 mm，解除油缸反力座销轴，油缸缩回500 mm，安装油缸反力座销轴。重复步骤，以步进的方式吊机移动至下一节段指定位置，连接锚固连接器进行桥面吊锚固，开始架设下一预制节段梁，对称起吊，纵移到位后进行节段预拼对位[5]。

3.4 悬拼吊机移位前的验收

悬拼吊机移动至下一节段起吊前对吊机进行验收，验收主要内容有：①检查后锚精轧螺纹钢锚固位置(即吊装孔位置)，箱室节段梁横向间距4 984 mm，实心节段梁横向间距5 100 mm，均距离梁端500 mm；②检查后锚点是否为4根Ф40 mm PSB930精轧螺纹钢；③锚固点下方是否有垫板及2个螺帽；④检查后锚点外露丝杆长度是否大于3丝；验收完毕后形成验收记录。重复悬拼吊机走行、悬拼节段预制梁架设步骤架设剩余节段梁至合龙口，利用汽车吊拆除边跨悬拼吊机，拆除过程中保持原位对称拆除(汽车吊辅助)。

3.5 节段梁拼装、粘结固化

节段梁预拼完成后，脱开梁体向外平移 0.6 m，预留出涂胶作业空隙，张拉临时预应力。待粘结剂固化后，张拉体内正式预应力束，并在24 h内进行真空管道压浆，两侧起重天车同步松钩。

3.6 边跨现拼段施工

搭设边跨现拼段拼装支架，可在标准节段吊装过程中穿插进行。利用汽车吊或履带吊吊装边跨现浇段底部钢管支撑架体，调整标高位置[6]。边跨现浇段采用钢管柱支架施工，支架基础一部分落在承台上，一部分采用碎石分层回填，上部浇筑混凝土，四周做好排水系统。利用汽车吊或履带吊吊装边跨过渡段至拼装支架上，按预拼、涂胶、张拉临时预应力、张拉体内正式预应力束的施工工艺[7]进行边跨支架现拼段与边跨现拼段过渡节段之间的胶结作业。

3.7 合拢桥型

安装合拢口吊架、模板，进行合拢口钢筋、预应力管道的施工。临时锁定合龙口U 梁，再进行中跨合龙段施工。待混凝土强度达到要求[8]进行正式预应力张拉，并在24 h内进行真空管道压浆[9]。完成边跨直线段支架卸载，解除全桥临时预应力钢筋。混凝土采用C60微膨胀混凝土，在一天中气温最低时进行浇筑。

4 吊装施工各受力构件结构验算

4.1 设计指标

根据《起重机设计规范》(GB/T 3811—2008)，钢结构安全系数取1.5，吊杆强度安全系数取4。对于金属结构Q235 钢材， 拉、压、弯许用应力[σ]=155 MPa， 剪切许用应力[τ]=90 MPa， 端面承压许用应力[σc]=225 MPa。 对于销轴材质40Cr， 剪切许用应力[τ]=306 MPa。

4.2 主要结构强度计算

4.2.1吊杆计算

吊杆荷载基本值F=1446/4 kN=361.5 kN。吊杆采用PSB930精扎螺纹钢，公称直径Ф50 mm，屈服应力σs=930 MPa，有效截面面积Aj=1963.5 mm2。 吊杆最大拉应力σ=361.5/1.9635=184.11 MPa，吊杆安全系数K=930/184=5.05>4(满足要求)。

4.2.2吊具横梁强度计算

1)截面最大正应力

Mmax=1446×4.9÷4=1771.35 kN·m，

2)截面最大剪应力

Qmax=670 kN，

4.3 钢丝绳验算

按第Ⅰ类荷载组合，取起升荷载动载系数φ2=1.1，则起升最大荷载值：PQ=1.1×1446=1590.6 kN，相应钢结构强度安全系数取为1.48。

(1)

则最大工作静拉力：

钢丝绳：6×37-Ф28-1960，GB 8918—2006，钢丝绳破断拉力F=547 kN，则钢丝绳实际安全系数为：

5 结束语

结合轨道交通Z4线一期工程，根据悬臂拼装桥梁的结构设计，结合现场施工条件、运输条件及全线施工进度安排和规划，采用专门设计的 TJ160 悬拼吊机，对节段预制梁进行悬臂拼装。此桥面吊机结构简单，总体重量较轻，悬臂施工时在主墩处产生的临时结构弯矩较小，有利于结构安排，可适用全线施工，多头并进。悬拼吊机主桁架为2个棱型桁架，尺寸相对较小，重量较轻，近距离可转场，可以将棱型桁架直接运输，便于桥架机快速转场、拼装，能够适应悬臂架设施工的同步投入多台的需求，符合绿色施工理念，值得大力推广应用。