摘　要:針對客運專線鐵路中等跨度預應力混凝土箱梁的特點,介紹適應客運專線中等跨度預應力混凝土梁施工的新型造橋機及作業原理,并以干接縫為例,對造橋機節段預制拼裝施工工藝進行闡述。

關鍵詞:客運專線; 鐵路橋; 預應力混凝土箱梁; 節段拼裝法

中圖分類號:U445.36　　文獻標識碼:A

文章編號: 100422954 (2008) 0220042203

1　概述

　　客運專線鐵路已成為世界鐵路發展的大趨勢,已建成和在建的客運專線鐵路,采用高架橋的線路里程一般占線路總長的一半或更多,客運專線鐵路要求開通能力大、速度快( 350 km /h以上) ,而整孔箱梁抗扭和抗彎剛度大,受力簡單,形式簡潔,能夠滿足高速行車平穩性要求,因此,客運專線鐵路基本上采用整孔箱梁。

　　針對客運專線鐵路小跨度橋梁,其跨度有32、24、20 m等幾種,我國已經開發出900 t架橋機整孔架設,而個別地形條件復雜的橋梁也開發出了移動模架造橋機進行原位澆筑;但由于客運專線鐵路線路平、縱曲線要素以及深谷、河流通航能力的限制,某些橋型不得不選用中等跨度預應力混凝土箱梁,而目前我國對這種橋型的架設設備仍是一塊空白。

　　另外,在國外預制節段施工技術發展較快、應用較多的今天,我國預制節段拼裝技術卻應用較少,尤其是在預制節段逐跨拼裝技術方面,尚處于起步階段。隨著我國新建鐵路工程環境的變化,橋梁所占比例越來越大,長橋也越來越多,制約施工的條件越加苛刻,同時對快速施工的必要性也越顯緊迫,因此,客運專線64 m及以下跨度箱梁節段拼裝造橋綜合技術則成為了今后鐵路建設至關重要的施工配套技術。

預制節段拼裝施工技術的主要優點有:

　　(1)梁體分段預制,施工質量好,風險小;上部結構幾何線形容易控制;

　　(2)施工速度快,工期短,上部結構節段預制與下部結構施工可同時進行;

　　(3)施工機械化程度高,特別適合于長大橋梁的快速施工;

　　(4)節段養護時間長,加載齡期晚,成橋后梁體徐變上拱和預應力長期損失小;

　　(5)對橋址周圍自然生態環境破壞小,對橋下現有交通及周邊社區環境影響小。

　　另外,預制節段逐跨拼裝施工節段運輸較少受到運輸設備和運輸通道(如隧道)的限制,可以簡化制梁工藝,減小梁體徐變上拱,跨度選擇不受運輸和起吊設備能力的限制,減少了存梁用地,節省了制梁和存梁臺座基礎處理費用,施工工期與整體預制梁相當等諸多優點;與移動模架逐孔灌筑施工法相比,施工速度快、施工質量容易得到保證;與懸臂現澆施工相比,施工速度快,成橋線形易控制,施工質量容易得到保證。

2　客運專線中等跨度箱梁典型構造

　　客運專線梁的基本結構形式是雙線單箱單室預應力混凝土梁,具有箱梁截面尺寸較大、梁重較重、頂板較寬等特點。下面以56 m跨預應力混凝土箱梁為例作一介紹。該橋箱梁的截面尺寸如圖1所示, 56 m跨箱梁混凝土量約628.3 m3 ,整孔梁質量約1 665 t。

　　該橋設計為造橋機節段預制拼裝法施工,整孔梁分為11個梁段,單個預制梁段重量控制在160 t以內,分段在預制梁場預制后在造橋機上拼裝建造而成。

3　客運專線節段拼裝造橋機簡介及性能特點

3.1　主要技術參數

　　造橋機全長: 156 m;整機自身質量: 1 400 t;整機功率: 155 kW;龍門吊額定起重量: 160 t;適應最小曲線半徑: ≥2 500 m;造橋機前移速度: 0.3 m /min;適應橋型: 64 m及以下跨度客運專線預應力混凝土梁;龍門吊走行速度:變頻調速0～10 m /min;龍門吊起升速度: 0.6 m /min。

3.2　主要結構組成

　　客運專線節段拼裝造橋機是滿足客運專線中等跨度預應力混凝土箱梁架設需要的一種大型聯合鐵路施工裝備,主要由支架、懸吊系統、龍門吊、自行牛腿、運梁車等部分組成。結構總圖如圖2所示。

(1)支架

　　支架是造橋機的主要結構組成部分,為變截面結構,高度由6.4 m變化到3.4 m,支架總長大于2倍跨徑,便于造橋機在各墩之間移動,其主要包括前后導梁、主梁和橫梁等。造橋機前后導梁和主梁均為桁架結構,由23種基本桿件組成。組裝后以4.8 m為1個基本節間,可以根據預架設橋梁的跨度和等強度理論進行靈活調配,使造橋機在合理的受力狀況下適應不同的跨度需要。

　　兩主梁中心距為13.995 m,兩主梁間用橫梁連接,橫梁布置3道,分別為前、中、后橫梁,除連接兩主梁外,還兼作倒裝自行牛腿時支撐造橋機和后支點小車用。

(2)懸吊系統

　　懸吊系統主要起支撐預制梁段的作用,由扁擔梁、吊具、縱橫移裝置、墊槽等部分組成。扁擔梁為獨立的箱形結構,可以根據預制梁段分段的長短進行縱向調整,適應性較強。梁段在三維方向上的調整均采用液壓驅動,具有機械化程度高、操作簡單、調整精度高等特點。

(3)龍門吊

　　主要由龍門架、走行臺車、起升系統、走行動力系統、電氣液壓系統等部分組成。可以在主梁范圍內自由走行,主要負責將運梁車運送到造橋機尾部的預制梁段吊運到安裝位置,并進行預制梁段的粗略調位;同時,該龍門吊的吊具具有旋轉功能,可以將預制梁段旋轉90°,以方便預制梁段的吊裝。在龍門吊的主梁上安裝有5 t電動葫蘆,可倒運造橋機施工中使用的小型機具和材料等。龍門吊的大車走行采用變頻無極調速技術,啟動平穩,對造橋機的主梁影響很小。

(4)自行牛腿

　　自行牛腿作為造橋機的支撐機構是造橋機的關鍵部件,是聯系造橋機和橋墩的紐帶。在客運專線造橋機的設計中充分調研了國內外造橋機的支撐形式,以牛腿倒裝方便靈活、結構簡單明確、對橋墩的要求盡可能少為原則,采用了墩旁三角架支撐,掛輪懸掛倒運,推進小車頂推過孔的形式。自行牛腿的效果如圖3所示。

　　自行牛腿主要由懸掛系統、推進系統、橫移系統、支撐系統、滾輪箱、對拉螺紋鋼、液壓動力系統等部分組成。由造橋機傳遞的豎向力靠墩身預留的方孔承受,一般應根據墩身混凝土的強度等級和豎向力的大小對預留方孔進行局部加強,一個橋墩的左右兩牛腿之間靠對拉螺紋鋼連接,克服水平內力,使兩單邊牛腿將墩身牢牢抱住。造橋機前移過孔工況和架梁工況下分別支撐在滾輪箱和機械自鎖千斤頂上,使得造橋機走行時滾動阻力小,架梁時承載能力大。該自行牛腿在倒裝時懸掛在主梁兩側的吊軌上,解除對拉螺紋鋼并利用牛腿的橫移系統將牛腿三角架身預留方孔后,啟動推進系統便可自行到下一安裝位置。自行牛腿單邊有9個液壓缸,全部動作均由液壓缸完成,具有操作簡單,對位準確等特點。

(5)運梁車

　　運梁車為輪胎式,平臺高度為1 500 mm, 2縱列6軸線, 12套懸掛。運梁車裝載質量160 t,車輛自身質量35 t,軸載質量16.3 t,行車速度0～12 km /h。該車運行靈活,可直行和八字轉向,最小轉彎半徑為7 m。

3.3　結構模型建立及計算

　　采用M IDAS2006大型空間結構計算程序進行結構分析,按照造橋機的實際情況建模。

　　造橋機桿件(包括前橫梁)采用空間梁單元,中、后橫梁用板單元建模,而梁與板單元之間采用剛性連接。

　　荷載用梁單元或板單元壓力荷載輸入,分兩大工況:工作狀態和拖拉狀態。工作狀態按照梁段擺放順序進行逐級加載,拖拉狀態按照造橋機每移動1個節間(4.8 m)進行模擬。計算結果均在容許應力范圍內。

3.4　主要技術特點

(1)造橋機組拼靈活多變

　　造橋機主結構采用桁架式,由一系列基本桿件組成,以4.8m為1個基本節間,同時還有1.6、2.4 m輔助節間,可以根據施工橋梁的孔跨不同組拼成不同跨度的造橋機,既減少了造橋機的自重又提高了造橋機的施工靈活性。

(2)牛腿自行倒裝

　　牛腿懸掛于主梁上,自帶動力和調位系統,可以不借助其他機具自行倒裝至前方墩,并且對橋墩無特殊的要求,尤其適合深溝峽谷及跨江跨河的高墩,使得造橋機的使用不受地面條件的影響。

(3)采用節段預制后拼裝化整為零

　　由于起重及運輸設備的限制,客運專線整孔架設的箱梁一般限制在32m跨及以下跨度,節段預制拼裝法則將整孔梁劃分為若干個梁段(一般單個梁段的重量控制在150 t左右) ,單個梁段在預制場內生產,達到一定強度和齡期后吊運至造橋機上拼裝張拉成形。由于梁段的預制是在預制場內生產,降低了天氣對梁段生產的影響,在施工中采取自動化生產的程度較高,施工的速度大幅度提高,生產的成品質量有保證,施工誤差及意外發生的機率可降到最低。

4　造橋機主要施工工藝

　　造橋機節段預制拼裝工法是根據拼裝機具、運輸車輛的能力等,將橋梁沿縱軸線方向分成若干個適當長度的節段,在工廠或橋位附件的場地進行節段預制施工,在橋墩施工完成并達到設計強度后,利用梁段運輸車將預制好的梁段運送至現場,利用造橋機為依托將預制梁段拼裝到位,并按步驟施加預應力,完成整孔梁建造。根據節段的連接方式主要分為濕接縫和干接縫兩種,客運專線造橋機對這兩種節段拼裝的連接方式都能適應,下面以干接縫為例對主要施工工藝作簡單介紹。造橋機節段預制干接縫施工工藝主要分為預制梁段運輸起吊對位、環氧樹脂膠拼、臨時預加壓力頂緊、預應力張拉成梁、孔道壓漿和封錨等工序。

4. 1　預制梁段運輸起吊對位

　　預制梁段由運梁車從梁段預制場運送到造橋機的尾部,通過造橋機龍門吊將梁段吊運到安裝位置,調整預制梁段三維方向的位置,使其達到設計的線形。在梁段調整中,最重要的是起始節段的測量控制,它是整跨梁的起點,直接控制著整跨梁的線形,所以起始節段要在里程、軸線、高程3個方向上進行精確定位,并將其直接支撐于永久支座上,后續梁段均以此為標準進行調整。由于存在拼裝過程的累計誤差或起始梁段定位的不準確,梁的最后一個節段難免出現一定的偏差,為糾正偏差,可先采用臨時支座支撐,在梁體完成預應力束張拉后進行整體調整。

4. 2　環氧樹脂膠拼

　　在干接縫施工中,節段之間一般選用無溶劑型環氧樹脂膠結劑將相鄰的2塊梁段粘結成一個整體,它主要起潤滑、錨栓、防水、傳遞應力等作用。當一跨內預制梁段全部吊裝完畢后,從1號段起按預張拉順序進行涂膠作業,涂膠不能過厚,單個面以1 ～1.5 mm為宜。1號、2號段涂完膠后,縱移2號段向1號靠攏,調整節段位置,使其中線、高程接縫完全吻合后進行擠膠張拉作業。

4. 3　臨時預加壓力頂緊

　　臨時預加壓力頂緊是為了使接縫緊密接觸,將節段拼成整體,并保證在永久張拉前一段時間內節段之間不會發生錯動。預加壓力一般利用梁段頂板和底板上的凸塊,采用精軋螺紋鋼筋、JLM型錨具和YC60型張拉千斤頂進行張拉。張拉力的控制以使混凝土表面產生不小于30 N / cm2 的壓應力,并保證在大氣溫度下節段任何截面不產生拉應力為宜。

4. 4　預應力張拉成梁

　　預應力張拉應分節段對稱張拉,其張拉順序按設計規定進行。張拉力的控制一般以應力控制,以伸長值為校核,實際伸長值與理論伸長值之差應控制在6%以內,同時預應力筋斷絲、滑移控制也應嚴格按規范控制。

4. 5　孔道壓漿和封錨

　　孔道壓漿是為了保護鋼筋,以免鋼筋生銹、松弛,并通過水泥漿使鋼筋與孔道粘結、填充以達到結構的整體性。孔道壓漿如采用真空壓漿,則應用強度等級為42.5R以上的普通硅酸鹽水泥。為保證孔道壓漿達到飽滿和密實的效果,孔道內的預抽真空壓力應達到- 0.06～ - 0.09MPa,在真空壓漿前,如果節段拼接縫處有不密貼的情況,應先用環氧樹脂注漿填縫處理,待環氧樹脂固結后方可進行壓漿處理。

5　應用情況

　　該造橋機針對鄭西客運專線、太中銀鐵路以及包西鐵路的實際,分別形成了32、48、56、64 m全系列型號,目前,在鄭西客運專線磨溝河大橋和列斜溝大橋的32 m箱梁已采用本套造橋機進行施工,梁段連接方式為濕接縫,現正處于架梁準備階段。

6　結語

　　由于我國幅員遼闊,地形條件復雜,隨著客運專線鐵路的快速發展,必將有越來越多跨越深溝峽谷和大江大河的橋梁出現,而利用造橋機節段預制拼裝法建造中等跨度預應力混凝土梁正是適應這一趨勢,具有施工質量易控制、施工工期短、適應性強、預應力混凝土干縮徐變小、施工干擾小等特點,必將為我國客運專線的橋梁建設作出一定的貢獻。

參考文獻:

　　[ 1 ] 　李怡厚. 鐵路客運專線架梁鋪軌施工裝備[M ]. 北京:中國鐵道出版社, 2003.

　　[ 2 ] 　吳信然,楊啟兵. 秦沈客運專線箱梁和軌道工程施工新技術[M ].北京:中國鐵道出版社, 2003.