连续梁桥悬臂浇筑菱形挂篮行走装置改进及应用

张滢 ZHANG Ying

（中铁二十五局集团第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概况

1.1 工程简介

新建南玉铁路，经南宁、贵港、玉林三市，项目连接北部湾城市群与桂东南城镇群，是南深高铁中的重要组成部分。中铁二十五局承建新建南玉铁路站前工程No1 标线路全长16.848km，共有34 座桥梁（特大桥4 座）。那舅特大桥起止里程 DGK0 +277.14 ～DGK2 +167.32，桥梁全长1890.18m，全桥共设7 联连续梁和32 片不等跨简支梁，连续梁跨越既有线2 处，最大跨度100m。连续梁采用挂篮悬臂现浇和支架现浇法两种施工方法，其中共五联连续梁采用挂篮悬臂现浇法施工（含两处跨既有线转体），挂篮采用菱形挂篮，需投入8套挂篮同步施工，其中有3 处为邻近既有线施工，悬臂挂篮距离铁路轨道最近距离不足10m，挂篮施工安全风险控制要求极高，对挂篮平移过程中的稳定性和抗倾覆性严格控制，确保推进速度可控，安全性能可靠。（图1、图2）

图1 33# 主墩转体示意图（本文以此挂篮为例）

图2 菱形挂篮示意图

1.2 挂篮行走装置改进的目的

通过对项目早期完工的32+48+32m 连续梁挂篮悬臂施工过程进行分析得知，挂篮行走系统由行走小车、行走轨道、轨道扁担梁、牵引手拉葫芦组成。挂篮行走时，先松去后锚精轧螺纹钢，在前支腿处采用8t 手拉葫芦施加牵引力牵引挂篮行走。挂篮每行走30cm，需拆除挂篮前进方向的轨道扁担梁，小车通过后再恢复已拆除的轨道扁担梁。依次循环直至挂篮行走到预定位置。由于轨道向上的挤压力作用，可能造成挂篮结构整体变形、开裂、倾覆等风险，轨道扁担梁拆除及安装操作较为困难，挂篮行走过程速度较慢，拆除安装扁担梁过程中还存在轨道失稳的安全风险。需改进挂篮行走工艺，简化挂篮形走过程的繁冗工序。采用现有的菱形挂篮行走系统，挂篮行走过程需反复安装和拆除扁担梁，挂篮行走需10 人配合进行，其中4 人操作手拉葫芦，4 人安装和拆除轨道扁担梁，2 人观察挂篮行走状态及滑梁动情况；行走需耗时约10h，配合吊车1 台。（表1）

表1 32+48+32m 连续梁挂篮行走过程情况分析表

由表1 中可得，行走挂篮的过程不仅耗时长，每米挂篮行走平均用时39.8÷14.5=2.75h，还消耗大量劳动力和机械设备台班，每米费用为44000÷14.5=3034 元。那舅特大桥7 联连续梁共8 套挂篮同时投入使用，此挂篮行走工艺无法满足业主对项目施工节能降耗和施工工期的要求，需对挂篮行走施工工艺进行优化改进，在确保安全稳定情况下不仅要提高挂篮同步行走效率，而且要节约人工及机械费用，为项目创效。

2 挂篮行走装置改进技术主要内容

2.1 主要构造形式改进

通过对现场已安装好的挂篮进行结构、工艺方法的研究和分析，确定同时对“行走小车和扁担梁行走体系”进行优化创新，改进行走小车结构，将原来的平底型改成“八”字型，小车底部的空间由原来的2cm 增加至20cm，便于轨道扁担梁通过；优化扁担梁结构，取消原设计轨道扁担梁，改用28cm×25cm×3cm 钢板作反压走行轨道，降低扁担梁占用的空间，便于行走小车通过，反压梁钢板上设垫片+双精轧螺母，按要求50cm 布置一道。改进后的挂篮行走系统在挂篮行走过程中无需拆除反压梁钢板，挂篮可连续一次连续行走到预定位置，缩短了挂篮行走时间，减少了人力以及设备的投入，并且行走过程安全可靠。（图3、图4）

图3 原挂篮行走系统设计

图4 小车与扁担梁行走体系创新改进

2.2 细部构造形式改进施工工艺

对“行走小车和扁担梁行走体系的改进创新”主要构造进行了进一步的深入分解细化，确定“轨道锚固扁担梁”、“行走小车”、“牵引设备”三大细部进行技术改进施工工艺。

①“轨道锚固扁担梁”改进采用28cm×25cm×3cm 钢板代替，3cm 钢板在车床进行切割钻孔及刷漆防锈，加工成型的钢板尺寸偏差为±5mm，孔洞加工尺寸偏差为+5mm。现场安装过程中将钢板放置于轨道上，通过钢板中心预留孔穿过φ32 精轧螺纹连接，加设双螺母并拧紧锚固，精轧螺纹钢预埋至梁体腹板1.5m 左右，高出双螺母顶2-3 丝即可。（图5）

图5 钢板现场安装效果图

②“行走小车”改进采用将小车底板钢板抬高，在两侧吊板出加楔形块加固，满足底部空间使用要求，小车底部的空间由原来的2cm 增加至20cm，便于轨道扁担梁通过。加工前采用solidworks 对小车结构尺寸及材料规格型号进行建模和标注，说明加工工艺，由原挂篮厂家进行加工，加工完需要检查焊缝、钢板完整性、小车滚轮滚动性等。行走小车按挂篮设计图和挂篮安装技术交底进行安装，安装完成后报监理单位验收。行走小车只在挂篮行走过程中受力，行走过程需检查小车的滚动状态。（图6、图7）

图6 行走小车加工效果图

图7 行走小车现场安装图

行走主桁抗倾覆受力分析，因挂篮整体结构未变化，只需计算行走过程抗倾覆系数是否满足规范要求，根据《那舅特大桥100 米主跨挂篮计算书》行走工况计算结果得，主纵梁后轴扣轮锚力P1=-176.3kN，倾覆力P=195.4kN，倾覆力矩：M=P×L 上=195.4×6=1172.4kN·m，4 个反扣轮最大抗力：=696.8kN（其中[τ]为规范中[32a 钢材允许剪应力。

4 个反扣轮抗倾覆力矩：M1=Q×L下=3052.0kN·m。行走轨道后锚共设6 根Φ32 精轧螺纹筋，考虑各精轧螺纹粗钢筋受力不均匀的强度折减系数取0.9，其抗力达到：P2=0.9×6×770×804×103=3343kN，行走轨道抗倾覆弯矩：M2=P2×L下=3343×4.38=14642.3kN·m。

③“牵引设备”改进采用装在走行轨前端的精轧螺纹钢固定端钢板座，钢板厚2cm 做成三角盒形状，φ32 精轧螺纹钢从固定端钢板座平行穿过前支点后安装60t 穿心顶，通过顶推力使挂篮两侧同步纵移向前，每次结束后，千斤顶回油卸载，前移千斤顶再次固定，循环操作直到挂篮前移到位，千斤顶行程一般为15cm，公称张拉力50kN。挂篮行走前在挂篮轨道上标记挂篮行走刻度，10cm 一道，并对行走终点作醒目标识。为保证挂篮两侧行走同步，应用一台主油泵控制两台千斤顶，两侧千斤顶相同串联，达到一台油泵同时控制两台千斤顶的效果。改进牵引方式后结构更加简便可靠便于操作，其作用力相对准确的作用于行走轨道上，能使挂篮更加准确、稳定、均衡的前行。（图8）

图8 挂篮行走改进牵引系统示意图

牵引力计算，整套挂篮重55t（含主桁、外侧模、内侧模、底模架、吊杆等），前支点钢与钢之间动摩擦因数取0.25，移动过程最大张拉力为69t，采用2 台60t 穿心顶满足顶推挂篮前移要求。

3 挂篮行走装置改进后施工操作说明

主墩两侧挂篮必须在梁段的纵向预应力筋张拉压浆完毕后同时对称移动，应保持主桁处于水平状态，并应设专人指挥，挂篮移动速度不宜大于0.1m/min，就位时中线偏差不应大于5mm，挂篮移动时后端应有牢固可靠的防倾覆、防溜走的保护措施。

①在已完节段顶面找平并测量好滑道位置，找平、铺设滑道，并按照间距不大于0.3m 标识位移横向标线，用来观测和保证挂篮对称移动，同时对梁体上杂物进行清理干净，防止在施工过程中杂物掉落。②将承重的各吊杆慢慢松开，滚动吊架受力，同一断面的吊杆必须同步放松，当内导梁、底纵梁离开混凝土表面20cm 时停住，同时检查各处是否与混凝土脱离，清理行进路线上的障碍物。③当底模板、侧模板及内模系均与梁体脱离后，将挂篮底梁后锚松开，采用两台60t 千斤顶驱动使挂篮前移，并带动侧模、底模及内导梁整体滑移到位。④挂篮行走时，轨道一定要牢牢固定在箱梁顶面，后节点用两台10t 倒链葫芦作为保险，一端锚固在梁体预留洞或者未拆除的轨道上，作为保险设施，一边移动一边松倒链。箱梁两端由专人进行操控，专人进行观察，保证两端、两侧4 台千斤顶牵引前进速度同步。⑤挂篮移动到位后锚固后锚，重新安装联端处各类吊杆，到位后将各双螺母旋紧。⑥挂篮移动到位后调整立模标高，根据挂篮弹性变形值及线形监控确定的数据调整下一节段立模标高。

4 改进后施工效果

4.1 施工时间效果分析

对改进行走系统的挂篮行走过程进行跟踪统计，随机选取5 次行走过程绘制挂篮行走统计分析表，如表2。

通过对表2 数据进行分析，采用改制后的挂篮行走系统，每米挂篮行走平均用时：10.7÷18.5=0.578h，较原方案2.75h 每米节约2.17h，大大提高施工进度。

4.2 经济效益分析

优化的挂篮走行系统，需增加反压梁钢板材料和加工费用，反压梁钢板尺寸为28×25cm，一套挂篮需40 块小钢板，尺寸6×2×0.03m 钢板原材费用约6150 元/块，现场切割加工成型，一次投入人工+材料费约15000 元。

施工间接费用估算：如采用原方案进行挂篮行走，需投入作业人员10 人/次，行走时间约10h/次，优化后的挂篮行走系统，只需投入6 人用时2 小时即可完成挂篮行走作业。本桥共五联连续梁采用挂篮悬臂现浇施工，连同考虑本项目福庆特大桥的2 套挂篮，采用10 套同步进行施工，共计行走93 个节段共计梁长600m，改进后平均每米人工+机械费用为18500÷18.5=1000 元，较原方案3034 元每米节约2034 元，合计节约成本600×2034-15000=1205400 元（节约挂篮租赁费时间未算）。工人操作简单快捷，机械设备功效大大提高，更避免了后期因抢工期发生的额外费用，经济效益非常明显。

4.3 其他效果分析

采用本技术，最大限度地减少了挂篮行走作业时间，有效解决了拆除挂篮前进方向的轨道扁担梁后挂篮倾覆和长时间高空作业高处坠落的安全事故风险，施工安全可靠，无形中产生了巨大的经济效益。

本改进技术已获得国家实用新型发明专利，进一步提升了企业的科技创新竞争力。

5 结束语

悬臂浇筑连续梁采用挂篮施工工艺是很成熟的方法，在实际应用中，仍有很多的技术和经验需要总结创新，行走装置改进技术在该项目的应用非常成功，实现了既保证施工进度、节约施工成本，又能确保挂篮快速前移过程中的平稳性、安全性，取得了较好的经济和社会效益，值得在类似桥梁施工中广泛应用，也可供挂篮加工厂家提供参考。