高危空间受限下改造架桥机安装混凝土箱梁技术

曹良海

南京交通建设管理集团有限公司 江苏南京 210037

1 工程概况

秦淮河老桥净高、净宽均不满足升级后四级航道要求，需对老桥进行拆除重建。新建后秦淮新河大桥全长837.2m，主跨为（55+100+55）m 变截面钢箱梁，引桥为混凝土小箱梁，先简支后连续。第18、19 跨上跨南南河，河道与主线交叉桩号为K5+180.0，交角为37°，同时第18、19 跨上方有110kV 高压线斜向穿过，主要影响右幅第18和19 跨箱梁架设施工。

2 施工可行性分析

在保证绕城公路交通不中断条件下，新建秦淮新河大桥半幅拆除新建，右幅新建同时左幅仍在通行，右幅第18、19 跨上跨南南河且邻水，桥下无吊车站位，现场无法采用吊车吊装。第18# ～19# 跨上方110kV 高压电力线主供南京市雨花台区、江宁区干线网，若停电或电压升高严重影响城区电网运行，电力部门不同意停电且不同意在安全距离不足的情况下仅对架桥机防护就进行箱梁安装作业。若安排在停电“空窗期”或电压升高后在施工，则严重影响工期。经过电力公司与项目部共同对110kV 高压线进行测量并与桥面设计高程进行了对比，在最热不利气温条件下，新建桥面距高压线垂直净高度最低点为10m，架桥机极限安装总高度7.90m，架桥机与110kV 高压线最低净空高度仅为2.10m，不符合《施工现场临时用电安全技术规范(附条文说明)》（JGJ 46—2005）规定的5m 安全距离要求。高压线测量数据见表1。根据规定，起重设备距离高压线路（110kV）的最小安全距离为沿垂直方向5m，沿水平方向4m。本工程中，起重机与架空线路边线的最小安全距离见表2。

表2 起重机与架空线路边线的最小安全距离

综合以上条件，需对架桥机结构进行改造，使其与110kV 高压线垂直距离达到规范要求5m 安全距离的要求，方可进行架梁施工。

3 架桥机结构改造

3.1 架桥机现场概况

现有架桥机的起升天车横梁是水平的，安装好起升天车和横梁后，设备顶部高度较高。JQ140t- 40m 型架桥机起升天车顶至桥面距离为7.90m，其中起升天车总高度3.60m，中支腿高度1.30m，因高压线最低点与起升天车的距离达不到安全距离，电力公司不同意现场使用架桥机架设箱梁。

3.2 架桥机外形几何尺寸高度降低

3.2.1 起升天车高度改造

利用动滑轮组动力臂与阻力臂为2∶1 的杠杆原理，对架桥机起升天车进行改造，把起升天车起重卷扬机以及增高筒去掉，只保留了起升天车行走系统，增加悬挂吊动滑轮组，将起重卷扬机固定在混凝土箱梁顶面上，采用定向导向轮将卷扬机起重钢丝绳与动滑轮组连接，形成了起吊系统，降低了起升天车高度，改造后起升天车高度为1.0m，降低2.60m。

3.2.2 中支腿改造

将架桥机的中支腿轮箱马鞍双连支撑取掉以降低高度，同时将后支腿降到最低，通过改造，可将架桥机高度降低0.50m。经过对架桥机高度进行优化，降低总高度为3.10m，改造后架桥机高度为4.80m，通过改造后的架桥机最高点与高压线最低点的距离为5.2m，满足高压线5m 安全距离要求。

3.3 起重结构改造

起升天车横移轮箱上改造成可行走悬挂定向滑轮系统。增加动滑轮组，作为起重动力系统。

按30m 箱梁最重边梁重94t 计算。提升天车承受重量为94/ 2=47t。现场采用6t 卷扬机提供动力，需要滑轮组股数为：47/ 6=7.83≈8 股，用4 个滑轮组即可满足要求。考虑1.5 倍安全系数：47×1.5/ 6=11.75≈12，现场采用6 个动滑轮，12 束钢丝绳进行编组。

4 验算

4.1 箱梁吊装

4.1.1 箱梁吊装结构

项目部对架桥机进行了改造，通过改造后的动滑轮结构满足梁体吊装动力要求，动滑轮采用12 束钢丝绳进行编组，通过6t 卷扬机提供动力。卷扬机重量2t，钢丝绳反力由人孔位置处的箱梁混凝土提供。为保证受力均衡，经计算，在人孔处采用了I16 工字钢和圆钢管作为临时加固结构，将卷扬机用钢丝绳固结在圆钢管上[1-2]。

4.1.2 计算荷载

为准确模拟提升结构的空间受力状态，采用梁结构+板结构的混合模型进行计算。荷载包括局部荷载和预应力荷载以及重力作用，局部计算荷载为附加卷扬机引起的荷载。卷扬机引起的荷载包括其自身重力和作用在梁体上的集中力。其中梁体重量记为94t，单侧卷扬机荷载为：94/ 24=3.92t，在箱梁人孔上引起向下和水平方向的荷载各为3.92/ 2=1.96t。卷扬机自身重力引起的压力为：0.24MPa。箱梁腹板预应力荷载效应单独计算，然后与局部荷载效应叠加。

4.1.3 计算结果

所有荷载引起的应力互相叠加可知，梁体顶板上下均处于受压状态。通过计算，箱梁在改造后的吊装荷载作用下，结构处于安全状态。

4.2 改造起升天车

（1）材料信息。架桥机厂家根据现场要求对起升天车担梁经过计算重新出图，改装结构采用Q345 钢材。

（2）荷载工况。考虑两个荷载工况：①纵向运梁状态和横向移梁状态。纵向运梁状态时，梁体位于起升天车中央；②横向移梁状态时，起升天车位于纵梁边缘50cm 处。

两个工况均考虑结构重力进行组合。本工程梁体重量采用94t，提升小车1.5t，考虑1.2 倍地冲击安全系数。

（3）计算结果。工况1：纵向运梁状态，此状态的最大应力为143.4MPa，满足Q345 钢材性能要求。工况2：横向移梁状态，此状态的最大应力为110.0MPa，满足Q345钢材性能要求。

综上所述，改造的起升天车能够满足混凝土箱梁的受力安全。提升小车能够满足94t 梁体的运输和移动状态的受力。

5 边梁就位

改造后的架桥机不能将边梁准确架设到设计中心位置，在两盖梁上放置双拼轨道，轨道下垫模板，使之成为斜面，轨道上放置带有滚轮的特制钢箱，滚轮放置在轨道中间的缝隙中，使之能在轨道上自由滑动。边梁纵向与盖梁中轴线平行且喂到准确位置后将边梁落至钢箱上，不解除箱梁上钢丝绳[3-4]。将千斤顶置于钢箱侧面，两端同时顶升千斤顶，使钢箱慢慢滑移，顶至最大行程时，钢箱与轨道间用木楔楔紧，循环此流程，直到将边梁顶至设计位置。在梁端下部放置2 个千斤顶，将箱梁顶升高于永久支座5～10mm，取走钢箱和轨道，设置临时支座，2 个千斤顶同时卸压，使箱梁就位于临时支座上，完成箱梁架设。

6 改造架桥机安装混凝土箱梁技术

6.1 混凝土箱梁出运

混凝土箱梁按照顺序装车，使用2 台200t 汽车吊将箱梁放在运梁车上，运抵至施工现场。出运道路修建分三层填筑，基底层为土料、地层为块石料、基层为碎石。

6.2 混凝土箱梁安装

本工程项目采用型号为JQ140t- 40m 的双导梁架桥机安装混凝土箱梁，施工流程如下：

（1）喂梁。通过运梁车将待安装的混凝土箱梁由预制场运送至施工现场，改用起吊天车吊起箱梁，此时运梁车与起吊天车以相同的速度运行，将混凝土箱梁运抵至指定部位后喂梁完成[5]。

（2）吊装。喂梁完成后，整机携带混凝土箱梁至安装位置下落，完成混凝土箱梁就位安装工作，为了保证本工程项目混凝土箱梁安装的可靠性和安全性，业主多次召开会议，及时与设计单位进行了各施工节点的受力核算，并邀请了专家为方案的可行性进行技术把关，要求监理工程师对方案进行认真审核，确保了工程项目的顺利推进，经研究决定该方案具有较高的可行性。

6.3 方案比对

经调查研究得出：在通常情况下，河行道拆除重建很长一段时间采取的都是起重船安装方法，为了避免不良因素影响，选择研究桥梁技术中的改造后架桥机安装混凝土箱梁施工方法，并与起重船安装方式进行对比，研究改造架桥机安装混凝土箱梁施工安全、施工质量以及施工进度，明确改造后架桥机在工程项目中的适用性。

（1）工序比对。起重船方案安装混凝土箱梁：先使用汽车吊将待安装的混凝土箱梁放至轨道台车上，通过轨道台车将混凝土箱梁移动至施工现场；起重船吊起混凝土箱梁装驳；起重船再吊起混凝土箱梁，以此类推。改造后架桥机安装混凝土箱梁：利用汽车吊将混凝土箱梁放置于运梁车上，运梁车直接将混凝土箱梁运抵至施工现场；架桥机再吊装混凝土再吊起混凝土箱梁。通过以上两种施工流程分析得出：改造后架桥机工序少、操作简单，可以避免恶劣环境影响，有利于加快施工进度，保证质量。

（2）安全风险比对。起重船施工流程繁杂，吊装混凝土箱梁频繁，成品保护困难，作业受河道风浪影响较大，也会因风浪是混凝土箱梁晃动，引起箱梁与箱梁，箱梁与墩台以及箱梁与船体的碰撞，使混凝土箱梁结构受损，修复后难以达到原来的质量，且既费时又费力，施工风险大、安全隐患多。改造后架桥机施工工序少，架桥机固定与两个墩台之间，安全性和稳定性良好，安装箱梁所使用的吊索短，有利于控制安装精度，施工风险小，安全隐患少。

7 结语

随着国家电网的高速发展和高速公路的改扩建，高速公路与电网形成交叉，从而出现众多施工难题，下穿高压线架梁也是诸多施工难题之一。下穿高压线梁板安装目前所采取的工艺大多是停电安装、改迁电力线路或者抬升电力线塔等。秦淮新河大桥在第18、19 跨下穿高压线、上跨南南河凭此方法架梁施工，仅用了7d 时间就完成了16片箱梁的架设，且保证了施工的质量和安全，秦淮新河大桥时南京市绕城高速公路的关键节点，能够顺利完成，为绕城公路全线贯通奠定了坚实的基础。此处的箱梁架设也为后续类似工程提供了技术支持及经验借鉴。