预制拼装连续梁桥大悬臂T构架桥机过孔技术研究*

曹 虹，孙九春，薛武强

(腾达建设集团股份有限公司，上海 201204)

0 引言

在连续梁桥预制节段拼装工艺中，步履式架桥机已成为施工主导装备。采用预制节段整跨拼装及悬臂拼装工艺时，架桥机支腿一般支撑于墩顶结构上，节段拼装完成后，架桥机通过支腿倒换进行步履式过孔。在不同工程应用中，步履式节段拼装架桥机结构设计略有不同，但过孔方式基本一致[1-4]。

在上海市轨道交通10号线二期跨越6号线节点桥建设过程中，应用了创新的拼装工艺，即首先采用架桥机先施工东侧T构，然后利用已建成的单T构悬臂作为支撑，架桥机在30m高空过孔至西侧T构，最后完成西侧T构拼装。架桥机须在大悬臂T构梁上过孔，由于过孔过程中涉及T构力学状态控制问题，相关文献较少[5-8]，有必要开展深入研究。

1 工程概况

在上海轨道交通10号线二期跨越6号线(高架桥梁)节点处设置1座(40+75+40)m变截面连续梁桥，主梁断面为U形箱结构，采用预制节段悬臂拼装工艺施工。新建桥梁共有40个块段，除0号块与合龙段为现浇外，其余均为预制节段。

由于受周边环境限制，传统悬臂拼装工艺无法适用，为此，创新性地提出单T构悬臂拼装工艺，主桥分为东(19号墩)、西(18号墩)侧T构施工，首先悬臂拼装东侧T构，然后架桥机过孔至西侧T构，再以相同方式施工西侧T构。

架梁设备采用最大起重量120t的节段拼装架桥机，结构自重433.470kN，总长84m。主要结构包括主梁、1～3号支腿、天车、辅助支腿、电器系统、液压系统等，各支腿下均设置了液压油缸，可调节支腿高度，其中1号支腿下方设置了压力传感器。东侧T构施工完毕后的架桥机状态(过孔前)如图1所示，自19号墩左侧起，节段编号依次为1～9，自19号墩右侧起，节段编号依次为1’～10’。

图1 东侧T构施工完毕后的架桥机状态示意

2 架桥机过孔方案比选

2.1 步履式整体过孔方案

由于场地狭小，东侧T构桥施工完成后，架桥机不具备拆卸条件，仅可采用高空过孔的方式移动至西侧T构桥。为此，确定以下步履式整体过孔方案工艺流程：①东半幅架设完毕后，收起2号支腿，沿主桁梁移动至1号支腿后部，放下2号支腿并收起1号支腿，此时2，3号支腿受力(见图2a)；②将1号支腿与主桁梁锁定，前推主桁梁悬臂段(见图2b)；③前推至1号支腿到达下一跨墩顶(见图2c)；④将3号支腿转移到17号墩顶，主桁梁顶推至17号墩顶，将2号支腿转移至18号墩顶，完成过孔(见图2d)。

图2 步履式整体过孔方案工艺流程

在架桥机主桁梁前行过程中，1号支腿悬吊于主桁梁前端，2号支腿支于T构悬臂端头，主桁梁前端为悬臂段，则1号支腿到达对岸墩顶但未接触的状态为架桥机主桁梁弯矩和T构桥端头压力达最大的工况。按照最不利工况进行结构建模(见图3)，并进行验算，结果如表1所示。

图3 计算模型

由表1可知，在最不利工况下，架桥机及T构均不满足安全控制条件，可见步履式架桥机整体成孔方案难以满足安全性要求。

表1 步履式整体过孔计算结果

2.2 支腿局部拆解、剩余结构过孔方案

架桥机主桁架和T构在过孔时均呈悬臂受力状态，而作用于架桥机主桁架悬臂端的支腿和主桁架自重是引起架桥机与T构应力超标的主要原因。受现场环境限制，架桥机主桁架和天车不具备拆解空间，须整体高空过孔，仅支腿具备现场局部拆解条件。为此，通过支腿局部拆解降低作用于架桥机悬臂端的荷载；通过在西侧T构端部增设辅助支腿，以减少主桁架悬臂跨度，进而降低主桁架和T构应力；在主桁架边跨侧，过孔时采用天车和3号支腿悬吊进行配重，进一步降低作用于T构悬臂端的支腿反力，从而减少T构倾覆力矩。

过孔时，1号支腿立于悬臂段端头，2号支腿立于墩顶，3号支腿立于2号支腿后侧，并在对岸墩顶距跨中最近位置处设置辅助支腿，主桁架顶推时2台天车始终保持在墩顶(见图4)，此时为最不利工况。主桁梁逐步向前顶推，至悬臂段长29m时，将3号支腿悬吊于主桁梁上作为配重。主桁梁端部顶推至对岸并支撑在辅助支腿上后，将3号支腿拆下，通过汽车式起重机安装在对岸墩顶上。

图4 改进方案最不利工况示意

根据改进后的方案进行计算，最不利工况下的受力结果如表2所示。由表2可知，架桥机与桥梁结构受力均有明显改善，架桥机主桁梁最大压应力满足控制应力要求，保证了施工过程中设备安全；悬臂端下压力和抗倾覆墩拉应力大幅降低，仅略高于限值，桥梁T构整体倾覆力矩明显减小，结构顶缘拉应力迅速降低。

表2 改进方案过孔计算结果

2.3 T构力学状态控制

改进过孔方案虽通过工艺优化最大程度降低了过孔过程中作用于悬臂端的荷载，但最不利工况下仍存在T构拉应力和抗倾覆墩拉应力超出安全限值的风险，因此，须考虑在桥梁结构上设置力学辅助控制措施。

为解决T构抗倾覆问题，在中墩内侧搭设钢支架，设置伺服液压千斤顶，当悬臂端支腿下压力监测值达2 000kN时，千斤顶施加相应反力；在边跨侧设置150t随动配重系统，通过顶、拉结合，抵消过大的倾覆弯矩，如图5所示。

为解决T构中部应力过大的问题，在主梁顶板设置通长的临时预应力束，防止过孔过程中主梁顶缘出现拉应力。在孔道H1，H2处设置临时预应力束，H1孔道穿5根钢绞线，H2孔道穿2根钢绞线(见图6)。对H1孔道钢绞线施加2 000kN总张拉力，对H2孔道钢绞线施加500kN总张拉力，以平衡可能超限的拉应力。在8，9号节段拼缝处，重新设置节段临时锁定预应力，以改善架桥机支腿处桥梁截面局部应力水平，如图7所示。

图6 孔道位置示意

图7 8，9号节段临时锁定预应力

施加上述辅助措施优化后，对计算模型进行修改，最不利工况下计算结果如表3所示。由表3可知，施加辅助措施后，T构受力情况明显改善，抗倾覆墩拉应力明显降低，顶缘拉应力完全消失，全截面受压。由此可见，改进过孔方案与力学辅助措施相结合，可将架桥机和桥梁结构均控制在安全范围内。

表3 施加辅助措施优化后过孔计算结果

3 架桥机过孔施工工艺

本工艺关键点在于利用辅助支腿临时支撑及天车和支腿的配重作用，安全地将架桥机移至西半幅墩顶。

东半幅桥架设完毕后，架桥机1号支腿位于中跨7号块上，2号支腿位于19号墩顶处，3号支腿位于边跨7’号块上，中跨伺服液压千斤顶已调整就位，1号支腿下方压力传感器开始监测支腿压力，过孔流程开始，如图8所示。

图8 过孔前姿态调整

在边跨2’号块上安装辅助支腿，并调节辅助支腿，使3号支腿卸载。将3号支腿从边跨7’号块移至边跨3’号块上锚固，并调节支撑力，使辅助支腿卸载，即通过辅助支腿临时支撑完成3号支腿位置转移。将辅助支腿移至中跨5号块上，将1号支腿从中跨7号块移至中跨9号块上锚固，前端距悬臂端头1.2m。将辅助支腿转运至18号墩0号块东侧8.5m处，2台天车行至距2号支腿两侧不超过4m处，并与主桁梁锁定，如图9所示。调整各支腿高度，在保证1号支腿高度满足过孔高度要求的前提下，使主桁梁形成2%的纵坡，以消除主桁梁悬臂引起的线形下挠变化。

图9 天车与主桁梁锁定

主桁梁开始向跨中顶推时，每次顶推行程2.5m。顶推时天车同步向后退，始终保持在墩顶位置，直至主桁梁前端悬臂29m时停止。3号支腿与主桁梁锁定，收起液压油缸，使其悬挂在主桁梁上作为配重，继续随主梁前移，直至主桁梁前端支撑在辅助支腿上。利用汽车式起重机将3号支腿整体拆除，并将其安装至18号墩顶中心处锚固(见图10)。

图10 3号支腿安装完成

主桁梁继续向前推移，2台天车同步向后移动，并一直保持在2号支腿上方，直至主桁梁前端行至18号墩3号支腿上。通过调整3号支腿受力，使辅助支腿卸载。利用天车a将辅助支腿吊运至中跨2号块上安装，但辅助支腿顶部不与桁梁底部接触，天车a回到3号支腿附近，如图11所示。

图11 辅助支腿安装完成

将2台天车运行至3号支腿附近(18号墩顶处)，主桁梁向前推移，2台天车同步向后移动，始终保持在3号支腿正上方，直至主桁梁后端脱离2号支腿。采用汽车式起重机将2号支腿拆除，并安装至17号墩顶锚固(见图12)。

图12 2号支腿安装完成

主桁梁前移至后端在辅助支腿上方时，将辅助支腿与主桁梁锁定共同前移。主桁梁继续向前推移，直至前端到达2号支腿上方，辅助支腿此时已随主桁梁行至中跨8号块上方，如图13所示。调节辅助支腿受力，使1号支腿卸载。

中跨9号块上的1号支腿通过主桁梁行走至18号墩0号块东侧7m处，调节1号支腿受力，使辅助支腿卸载并拆除，主桁梁继续前移至预定位置，如图14所示。

图14 主桁梁移至预定位置

至此，整个过孔过程全部完成，架桥机姿态微调后，即可开始西半幅桥架设。架桥机过孔过程中，各工况下结构受力均符合要求。

4 应力监测

为确保架桥机、桥梁结构安全，在U形梁施工过程中(包括过孔阶段)，对架桥机应力、支腿反力进行实时监测，过孔阶段监测数据如表4所示。

表4 过孔阶段监测数据

Q345钢容许应力取为172.5MPa，由表4可知，架桥机受力满足结构安全要求，且前支腿反力未超过控制值(2 700kN)，可保证主梁受力满足要求。

5 结语

本工程受周边环境限制，东侧T构拼装完成后已不具备架桥机拆解空间，须采用高空过孔的方式移至西侧T构。为此，本文提出大悬臂T构架桥机过孔改进工艺，通过桥面临时预应力加固、支腿局部拆解、设置辅助支腿、天车及支腿配重、支腿高度调整、边跨设置随动配重系统等多种方式的综合运用，解决了过孔过程中架桥机和T构力学状态控制问题，缩短了工期，提高了经济性。