客运专线铁路箱梁现浇用移动模架造桥机应用研究

杨齐海 高兴泽

(中国中铁大桥局集团有限公司 , 武汉 430050)

客运专线铁路箱梁现浇用移动模架造桥机应用研究

杨齐海 高兴泽

(中国中铁大桥局集团有限公司 , 武汉 430050)

以温福铁路移动模架造桥机应用实践为依托，文章重点探讨了单主梁、双主梁，上行式及下行式等几种常用移动模架的结构型式。以双主梁下行式前导梁移动模架为研究对象，着重揭示了移动模架的主梁、支腿及模板等主体结构组成、适用特点与范围，打开、合拢与走行等主要工况条件下的工作原理，主要技术参数、施工工艺流程和安全质量控制要素等方面内容；并对移动模架在实际应用中出现的结构细节及施工过程中存在的不合理方面，提出了改进完善建议。研究表明：该几种常用移动模架不仅安全、优质、如期完成了温福客运专线966孔箱梁的浇筑，也可以在今后高速铁路建设中推广使用。研究成果也可为同行们在今后同类工程施工中使用相同或类似设备时快速认识其实质、准确把握和熟练运用提供借鉴与参考。

客运专线； 箱梁； 现浇； 模架； 应用； 研究

随着国民经济的迅猛发展和高速铁路“走出去”战略的实施，铁路建设迎来了快速发展的良好机遇，特别是近几十年来，客运专线铁路的全面建设，使得移动模架[1]施工在铁路桥梁施工中全面推广应用，其范围之广、数量之大，是十分惊人的。如温(州)福(州)铁路浙江段全长仅69.206 km，拥有简支箱梁近966孔，投入移动模架32套，由此可见一斑。

由于移动模架具有占地少，对道路依赖性小，投入大型专用设备少，机动灵活，适应性强等优点，因此在铁路桥梁建设中的应用将更加深入和广泛。目前国内桥梁施工用移动模架结构形式多种多样(如上行式和下行式)[2]，其用途与功能亦千差万别(如用于浇筑连续梁和简支梁)，但万变不离其宗，其结构主要组成、工作原理和承载理念、施工组织与布置、施工工艺流程、安全质量控制等均大同小异。

移动模架根据其结构形式和主梁所处的位置、承载方式、传力路径、支承模式和过孔方式等可大致区分为上行式移动模架和下行式移动模架两大类，两类之中又可细分为几种，如上行式移动模架依据主梁的数目分为双梁式移动模架和独梁式移动模架，下行式移动模架根据导梁结构可分为无后导梁式移动模架和有后导梁式移动模架等[3]。

上行式移动模架主要由主梁系统、悬挂系统、横移机构及锁定机构、模板系统、后走行机构、支承系统、电气液压系统及辅助设施等部分组成。主梁位于桥面上，支承点即支腿位于桥面或墩台顶上，通过后走行机构可实现自动走行。模板系统及梁体荷载通过悬挂系统传递到主梁上，纵移过孔时通过横移开启悬挂系统和外模系统或横移打开底模系统或旋转张开底模系统以避开桥墩。

下行式移动模架主梁位于箱梁悬臂翼缘下桥墩两侧。主要结构组成基本相同，但稍有差异，即由墩旁支承(支腿)、主梁及滑道、横向联结、导梁、扁担、外模、内模及机电系统等配套辅助设施组成。

1 几种常用移动模架及其特点

1.1 上行式移动模架

上行式移动模架的优点在于：

(1)移动模架占用桥下净空小，对低矮桥墩具有很强的适应性；

(2)因支承点(支腿)位于桥面或墩顶上，与墩周不发生关系，对空心桥墩可不作处理，水中桥墩或桥墩形状与尺寸变化亦无妨碍；

(3)支承支腿可自行向前倒装，能实现自动走行，纵移过跨平稳快捷；

(4)由于主梁位于桥面上，模架可直接通过连续梁；

(5)拆除外模系统后模架主体可通过隧道，短距离转场较为方便。

该类模架存在如下缺点：

(1)由于主梁位于桥面上，加之两主梁间有着很强的联结系，因此占据了桥面的部分空间，对箱梁施工时材料、机具的吊入和混凝土浇筑带来不便，特别是钢筋骨架整体吊装无法实施；

(2)模架纵移前行时，因其走行跨度大，导梁刚度也大；

(3)一般来讲，上行式移动模架结构构造复杂，且其自重较大，相应投资也高；同时其对支座安装尚存干扰；梁底线形调整难度亦大，大都需在箱梁顶板或底板开孔悬挂吊杆调节。

1.2 下行式移动模架

下行式模架均具有受力较明确、纵横向刚度较大、整体稳定性较好、施工程序简洁明了等优点。但无后导梁模架还有内模可自动伸缩走行和先行检修、高墩支腿自移的优点，有后导梁模架具备走行时不与梁体发生关系的优点。当然，两类模架均存在自重较大、结构局部稳定储备不足、操作要求高、辅助配套设施多等缺点；同时，无后导梁模架尚存在走行时对桥墩和梁体作用力较大的不足，有后导梁模架不具备支腿自动走行的缺点。

本文拟以温福铁路浙江段简支箱梁原位现浇施工为载体，重点介绍铁路双线32.0 m(24.0 m)简支箱梁现浇用下行式无后导梁移动模架，对其它型式移动模架仅作提及。

2 下行式无后导梁移动模架结构特点与施工方法[6-9]

2.1 移动模架主要结构组成及其作用、主要技术参数

铁路双线32.0 m(24.0 m)简支箱梁现浇用下承式无后导梁移动模架主要结构组成如图1所示。

该移动模架具有支腿自移过墩和内模全液压自动伸缩走行的显著特点。其主要技术参数如表1所示。

2.2 移动模架主要工作原理及传力路径

两组钢箱主梁支承模板，在模板内进行现场浇注混凝土箱梁。底模通过螺旋顶调整预拱度以控制梁体线形，侧模通过支撑螺杆调整梁体外形尺寸，以保证箱梁线形和几何尺寸正确。采用桥面下墩周支承方式，浇筑混凝土箱梁时，梁体的重量及模架的自重通过4个支顶油缸传递到墩旁托架上，再通过墩旁托架下部立柱传至桥墩承台上。若墩身较高，墩旁托架可支承在墩身预留孔或墩身预埋件上。模架走行时，先由3根扁担将模架托起并支承在桥面(中、后扁担)或桥墩上(前扁担)，支承油缸回油，台车解开，中支腿和后支腿自行过墩转换成前支腿和中支腿并就位固定，模架下放搁置到前、中支腿上并与后扁担一道承受模架荷载，解除前、中扁担并平推打开模架，前移过孔就位。

图1 无后导梁底模平开下承式移动模架示意图(mm)1-主梁、2-横联、3-前导梁、4-托架支撑、5-墩旁托架、6-支承台车、7-底模、8-侧模及平台、9-侧模支撑、10-前扁担、11-中扁担、12-后扁担、13-卷扬机牵引装置、14-梯子平台、15-防风装置、16-液压系统、17-配重、18-内模系统

2.3 主要施工步骤及工艺流程

移动模架主要施工步骤及工艺流程详如图2所示。

2.4 预拱度的设置

预拱度的设置是移动模架施工中的重要内容，是其与梁场采用台座制梁方式的重要区别。国内外各类移动模架在最大承重工况下的挠跨比一般按1/700～1/500控制，对于32 m标准跨度的铁路简支箱梁来说，其跨中最大挠度可达到45～64 mm。移动模架预拱度的设计原则是保证箱梁浇筑完成后其梁底线形达到设计的理想状态，并考虑各张拉阶段箱梁拱度变化对移动模架的影响。

预拱度的计算通常采用倒拆理论，即从设计给出的最终成桥状态出发，按施工逆过程对结构变形情况进行倒推，计算影响桥梁结构预拱度设置值的各种变形值，主要考虑梁段混凝土自重、箱梁预应力、移动模架自重、结构体系变化、混凝土收缩徐变、活载等。

预拱度的设置须根据计算成果实施，各类移动模架的具体结构可能有所不同，但大多都通过调整底模下预设的螺旋千斤顶来实现，外侧模和翼模也应相应调整。为保证预拱度的准确，施工前可采用压重等方式消除非弹性变形。

预拱度的设置并非一劳永逸，而是需要根据实际测量数据不断进行修正，但修正应逐步进行，不宜一次到位，随着浇筑次数的不断增多，对箱梁线形的控制会越来越准确。

3 施工安全控制[4]

移动模架作为一种专用施工装备，近年来在我国桥梁建设中得到了大量应用，发挥出十分重要的技术和经济价值，但也出现了不少安全事故，这些情况值得引起重视。

表1 下承式移动模架主要技术参数汇总表

图2 移动模架主要施工步骤及工艺流程框图

引发安全事故的原因通常是多方面的，在设计、制造、安装、使用及现场管理中，任何一个环节的缺陷或疏漏均可能造成严重后果，但主要原因可以归结为两个方面，即装备可靠性差和运行管理落后。因缺乏相关标准和制度，移动模架在监管、认证方面存在空白，对移动模架的设计、制造、试验检测也没有资质方面的要求和准入制度，操作人员的培训、考核存在同样的问题。此外，移动模架作为一种非标准的大型装备，因未进行定型试验(仅有型式检验)，可靠性无从验证，各家单位所设计的结构形式和操作方法也不尽相同，且大多未提供详细的使用、维护规程，而操作时需要多人协调配合，运行过程中需要检查和监控的内容也比较复杂，使移动模架的安全运行面临很大困难[4]。可以从以下几个方面改善移动模架的安全状况。

3.1 克服设计缺陷

在已知的移动模架事故中，大多与设计缺陷有关，这些缺陷包括：计算假定与实际不符、某些参数或指标取值不当、缺乏关联分析与系统集成研究、对某些功能的操作方法未考虑配套措施和必要的安全装置等。良好的设计是移动模架安全的基础，应慎重进行，从严控制。

3.2 提高制造质量

在移动模架事故现场经常会发现有材质、构件、焊接质量不合格的情况。制造质量是装备可靠性的重要保证，移动模架作为一种非标准产品，目前几乎不存在批量生产的可能性，各厂家提供的移动模架也从未做到设计和生产定型，可靠性无从检验。在验收方面，相比起重机械多达400余项的技术标准，移动模架的验收标准近乎空白。另外，钢材的负公差问题也是一个值得警惕的安全隐患，需高度关注。

3.3 加强现场管理

对于施工方来说，为了用好移动模架，除了研究设计图纸、了解其各项结构及功能外，还需要制定详细的安装和拆除方案、试验和加载方案、各工序的操作流程和作业指导书、各工况下施工偏差控制指标、施工监测内容和方法、日常检查项目与频次、维护与保养手册等技术文件，同时还要编制专项安全方案和应急预案，以及重要工序(如制梁、走行等)的作业组织、管理体系和制度。这些技术文件和管理制度是移动模架安全运行的基础。

对移动模架的操作是在相互协作配合下进行的，即使有过移动模架使用经验的人，如果不是完全相同的装备，其经验的适用性和有效性也是有限的。因此对人员的培训必不可少，且应针对具体岗位的需要分别编写相应的培训教材和操作手册，人员和岗位应相对固定，做到人机结合，这是实现专业化操作和维护所必需的。

4 各类移动模架走行方式与风险控制措施

根据研究资料，在所有移动模架事故中，大部分发生在空载走行状态， 说明移动模架的走行方式与风险控制极其重要。

4.1 上行式移动模架

其走行方式的特点是在桥面和墩顶支架上走行，各支点位于同一平面上。由于其走行不依赖地面支承，其风险主要来源于结构自身，特别是走行时必须将模板张开，导致其横向抗风稳定性较差，应密切注意风力状况。另外，前支点和中支点支架应注意检算其抵抗水平力的能力，必要时应采取斜拉、锚固等措施。

4.2 下行式移动模架

其走行方式的特点是在桥面下走行，各支点位于同一平面上，通常有前后导梁。这种移动模架在走行时的安全状况相对较好，很少出现安全事故，但曾发生过主梁与导梁结合处断裂的问题，其原因是此处的钢梁截面和刚度发生突变，其连接方式是薄弱环节，应重点关注，加强检查。

4.3 复合式移动模架[5]

属于下行式移动模架的一种改良型号，其特点是前支点和中支点位于桥下，后支点则位于桥面上，走行时各支点不在同一平面上，不便于监控监测，因此安全问题相对突出，但由于该型移动模架具有支腿自移功能，在很多情况下能够发挥出独特优势，在实践中应用较多，尾部的吊挂系统也出现了很多设计方案[5]。这类移动模架的安全问题主要集中在吊挂系统上，需要针对具体吊挂方式制定安全控制措施。

5 几点改进与完善的建议[6-9]

(1)施工时对移动模架的选型很重要，笔者以为，在下列情形下，宜优先选用上行式移动模架：①桥墩高度低于3.0 m或大于30.0 m；②桥梁跨越河流(沟渠)较多或主要在水上施工；③需通过连续梁(刚构)；④空心桥墩较多，其它条件下可重点考虑下行式移动模架。

(2)模架结构的强度、刚度及整体稳定性应有足够的安全储备，同时还应有较好的适应性。特别是导梁与主箱梁交界处断面应有较大的强度安全系数，扁担结构的刚度应较强，以避免变形过大、确保走行过孔时的安全稳定。模架应能很好地适应桥梁变跨、桥墩变化、小半径弯道及薄壁空心墩条件下施工。

(3)移动模架在保证足够强度、刚度及稳定性的同时，应处理好结构细节，以保证安全和方便现场操作。如连接螺栓应受力明确(普栓、精栓或高栓)；托架、台车、扁担等横向结构刚度应大些，以免走行时变位过大致主梁等移动结构产生侧倾而危及安全；滑道应光滑且变形小，以易于起动和滑行；模板面板不宜太薄，底模分节断开处宜在主梁横联上，以减少承载时的变形；内模走道除应方便内模台车运行外，还应与梁体底板匹配并固定牢靠等。

(4)现行移动模架安装、拆除施工均需另行配置吊机，如若场地狭小或桥墩较高，安装、拆除均很困难；另外目前首、尾跨施工也很麻烦。建议作专门课题加以研究解决。

(5)为了进一步发挥移动模架施工的优势，提高制梁质量，加快施工进度，宜在有条件的情况下尽量推行移动模架工厂化施工。主要体现在以下三个方面：①液压内模整体自动走行就位和拖出；②内模出箱后能及时加以检修；③梁体钢筋骨架能整体绑扎吊装入模。目前从技术上基本能够实现。

6 结束语

温(州)福(州)铁路浙江段双线32.0 m(24.0 m)简支箱梁基本采用移动模架现浇施工完成，模架型式主要为上行式和下行式两类。施工过程中未发生重大安全质量事故，尽管也出现过不尽如人意之处，但梁体质量和施工周期得到了很好保证，基本达到13天浇筑1孔梁的水平，最短只需9天完成1孔梁的施工。现通车运营已超过5年，尚未发现大的质量隐患，值得今后同类工程参考与借鉴。

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(编辑：苏玲梅 张红英)

Applied Research on Bridge Building Machine with Movable Formwork for Cast-in-place of Box Girder on Passenger Dedicated Line

YANG Qihai GAO Xingze

(China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd., Wuhan 430050, China)

Based on application practice of bridge building machine with movable formwork for Wenzhou-Fuzhou railway, this paper focuses on discussion on several common movable formworks of single girder, double girder, upper-deck type and under-deck type. The research of double-girder under-deck leading girder movable frame reveals main structure composition of girder, landing leg and form board of movable formwork, applicable? characteristics and scope, working principle under the opened, closed and running working conditions, main technical parameters, construction process flow and safety quality control elements, etc.. Some improvement suggestions have been proposed on the structure details in the practical application and unreasonable aspects during construction. The research results show that the several common movable formworks are not only safe, high quality and punctual in completion of cast-in-place of 966 hole box girders on Wenzhou-Fuzhou Passenger Dedicated Line, can also be used widely in the construction of high-speed railway in the future. The research results can also provide references for quick essence understanding, accurate grasp and skillful application of the same or similar equipment in the future similar engineering construction.

Passenger Dedicated Line; box girder; cast-in-place; formwork; application; research

2016-06-21

杨齐海(1963-)，男，教授级高级工程师。

1674—8247(2016)06—0083—06

U448.21+3

A