澳门城市高架轻轨TP35m/60t架桥机施工技术研究

李文尚,焦燏烽,王文敬,梁斌

（1.中铁十五局集团有限公司,上海200070；2.河南科技大学土木工程学院,河南洛阳471023）

澳门城市高架轻轨TP35m/60t架桥机施工技术研究

李文尚1,焦燏烽2,王文敬2,梁斌2

（1.中铁十五局集团有限公司,上海200070；2.河南科技大学土木工程学院,河南洛阳471023）

以澳门城市高架轻轨项目为背景,针对短线匹配预制拼装箱梁施工特点,进行了TP35m/60（t650）节段拼装架桥机的组成、技术条件、作业程序和总体结构设计的研究.通过对拼装式架桥机结构进行建模,分析表明：架桥机的结构完全可以满足施工的要求,且结合缓和曲线施工的特殊要求,在架桥机钢梁间设计了3个平铰,均可转动12°,达到了走行平顺、操纵方便、安全可靠的目的.通过对架桥机结构设计及施工流程的分析和论述,可为今后同类型架桥机的设计提供借鉴.

高架轻轨；拼装式架桥机；结构；设计；施工

架桥机作为一种重要的桥梁施工设备,已经成为路桥建设不可缺少的作业装备[1-4].随着这些装备的大型化、高效化,对其结构设计提出了更高的要求,以满足施工作业的效率和质量[5-6].针对节段预制拼装桥梁,需要将整孔（联）桥沿横桥向分割成若干节段块,每个相连节段块之间设有剪力键,依据桥梁线形相互匹配,因此要求架桥机能够全方位调整（含微动）节段模块进行胶拼.我国的桥梁建设在节段施工方面的应用比较早,但与国外大规模地使用节段安装施工相比,总体上所占比例仍较小.如2008年建成通车的苏通长江大桥的深水区引桥,采用了75 m跨预制节段悬臂拼装施工,并且采用了体内体外混合配束的预应力体系[7-8].广州地铁4号线高架区间的标准桥式为节段预制拼装简支梁桥,主要跨度为30 m、25 m,采用下行式架桥机逐跨施工[9-10].预制节段拼装连续梁桥逐渐在我国得到了认同和应用,本文结合澳门轻轨C370项目采用的短线节段预制施工方法,介绍其架桥机的组成、技术条件、作业程序和总体结构设计.

1 工程背景

澳门轻轨C370一期氹仔口岸段建造工程由高架桥和高架车站组成,共设3座高架车站,4段高架区间及2条车厂连接线；采用短线预制法施工,区间高架桥节段梁430片,其中匝道梁181片.区间段节段梁长一般为2.5 m,标准梁高为2.1 m,标准梁宽为9.54 m,质量约30 t,非标准段最大块质量约45 t.车厂连接段节段梁长一般为2.5 m,标准梁高为2.16 m,标准梁宽为5.61 m,质量约20 t.高架区间节段梁在预制场进行预制,运输至现场后,车厂通道箱梁和标准内跨箱梁采用架桥机整跨拼装工艺进行拼装,在桥面宽度变化或半径很少的区域采用钢管支架工艺进行安装.施工总体平面图,如图1所示.

图1 施工总体平面图Fig.1 The overall construction plan

2 TP35m/60t节段拼装架桥机概况

2.1 总体方案

TP35m/60t（650）架桥机中的“T”是指通联,“P”是指节段拼装,“35m”是指最大跨度,“60t”是指最大节段块重量,“650”是指最大跨内重量的总和.根据澳门轻轨C370标IS20段工程的施工要求,架桥机采用上行式方案,主框架采用钢箱梁加前、后导梁的形式,前后导梁对称布置以适应逆向走行需要.架桥机下部支撑结构由前辅助支腿、两个中支腿和后辅助支腿组成；架桥机可在后辅助支腿上面滑行,后辅助支腿亦可在梁面走行；架桥机上部设有60 t起重天车一台,其下配有回转吊具一个,如图2所示.

图2 架桥机总图Fig.2 The layout ofbridge erection machine

本项目设计的架桥机对称,可正反向施工,满足各种跨度.其起重天车可过大折线,其吊具可±180°旋转,双向调整度4%.并在主箱梁内外侧安装吊挂纵梁,内外侧均可悬挂箱梁.采用长吊杆设计,缓解了梁体张拉对边吊杆的影响.针对项目中较多的缓和曲线段,架桥机钢梁间设计有3个平铰,均可转动12°,且中支腿及前、后辅助支腿的台车均可实现12°的平转功能,两榀主框架间无任何横联,依次来实现小曲线的架设.全部操作均可采用遥控完成,实现就近喂梁,操控性强.架桥机施工状况,如图3所示.

图3 TP35m/60t（650）架桥机施工状况Fig.3 The construction ofTP35m/60t（650）bridge erectingmachine

2.2 主要技术参数

（1）桥梁跨度：25 m,28 m,29 m,30 m,31 m,33 m,35 m；

（2）最大跨质量：≤650 t；

（3）节段块质量：≤60 t；

（4）喂梁方式：桥面下及桥面后喂梁兼顾,曲线梁段及双室梁段只可桥面下喂梁；

（5）运梁车高度：≤1 100 mm；

（6）整机装机容量：200 kW；

（7）架桥机纵向抗倾覆系数≥1.5；

（8）架桥机横向抗倾覆系数≥1.5；

（9）整机驱动方式：液压驱动；

（10）天车最大横向调整距离：±1 200 mm；

（11）天车吊具调整功能：±180°回转,双向±4%坡度液压调整；

2.3 工作原理

先移动架桥机起重天车至靠近第一榀梁段上方,将天车上的主吊具与第一榀梁的悬挂吊具用销轴连接,提起梁段并松动悬挂吊杆.调整箱梁标高、平面位置及纵、横坡,使之符合线型控制精度要求.使吊具保持纵、横坡不变,提升梁段到一定高度,人工涂抹环氧黏结剂,将梁段与墩顶梁精确拼接,张拉第一梁段与墩顶梁段之间的临时预应力.再重新安装第一榀梁段的悬挂吊杆,将该梁段吊挂于架桥机主桁架上,解除第一榀梁天车主吊具,重复以上步骤,直至完成整跨梁段的拼装.此时安装湿接缝定位骨架和模板,并穿入体内索预应力筋,安装湿接缝预应力连接管和模板,浇筑湿接缝混凝土,施加体外永久结构合拢预应力,完成整跨桥跨的施工.整个施工步骤如图4所示.

图4 节段拼装架桥机作业流程Fig.4 The operation process ofsegmental bridge erectingmachine

3 架桥机主要构件结构设计

架桥机所有板材全部采用Q345b,所有型材全部采用Q235b.

3.1 前辅助支腿

前辅助支腿主要由下横梁、伸缩系统、平转系统和锁定小梁等4大部分组成.其功能是在架桥机倒运支腿工况时,起到临时支撑的作用.前支腿安装在主桁前端,在架桥机走行时将前支腿支撑在前方墩顶并起顶主桁,以方便中支腿的滑移和安装.设计采用的平转系统包括有上旋转架和下旋转架两部分,上、下旋转架通过中间的定位铰轴既将两者联成一体,还可以相对整体平转12°.锁定小梁的作用一是将前辅助支腿和导梁通过高强度精轧螺纹钢筋有效的锁定成为一个整体,使其受力可靠；作用二是这种联接方式可使前辅助支腿无级变跨.前辅助支腿如图5所示.

图5 前辅助支腿截面Fig.5 The sectional drawingoffront supportingleg

3.2 中支腿

中支腿横梁总长14 000 mm,中分为两段,横梁上部铺设有3 mm厚的不锈钢板作为台车的横移轨道,可供台车横移距离±2 800 mm,以适应架桥机曲线过孔.横梁下部对称安装有4个升降油顶,支撑在墩顶块上,油顶横向相距4 500 mm/7 500 mm,纵向相距950 mm.横梁还设计有锚固结构,以保证中支腿横向及纵向的稳定性.中支腿如图6所示.

图6 中支腿截面Fig.6 The sectional drawingofintermediate leg

3.3 后辅助支腿

后支腿横梁全长15600mm,上部有供台车车轮走行的轨道,可以保证台车在横梁上横移距离±3800 mm,以适应架桥机曲线纵移过孔.横梁下部还设计有伸缩系统、走行系统和锚固装置.其中,伸缩系统的结构型式和前支腿相同,走行系统仅供自身空载走行,走行轨道为P24,锚固装置利用节段块的吊点孔进行锚固.厚辅助支腿如图7所示.

图7 后辅助支腿截面Fig.7 The sectional drawingofbehind supportingleg

3.4 配重系统

配重系统的功能是在架桥机曲线过孔时平衡主框架横向稳定性.曲线过孔前将配重系统安装在每榀主框架的外弧侧,过孔完毕后,将其拆除.安装及拆除动力均来自于天车的5 t电动葫芦.配重系统包括配重架和配重混凝土块两部分.每榀主框架的配重侧共计6块配重混凝土块,每块由两个配重架支撑.总共有12块配重块和24个配重架.

3.5 钢箱主梁

钢箱主梁采用箱梁结构型式,制造工艺成熟且再利用率高.材质为Q345B,总高2 566 mm,轨道中心宽为1 600 mm,长度40 000 mm,主梁分为4个节段,每个节段均为10 000 mm.钢箱主梁的中间接头为平转接头,可以平转12°,其动力来自于主梁平转油缸,平转完成后,可以由螺杆销住；其他接头为栓接接头,均采用8.8级承压型螺栓连接.

3.6 钢桁导梁

钢桁导梁分为前导梁和后导梁两部分,前、后导梁的结构型式完全相同,对称布置.采用三角形桁架结构,结构重量轻巧.弦杆为板材（Q345B）拼焊的工字梁,腹杆为槽钢（Q235B）扣成的箱形杆件.在桁架的上弦平面和下弦平面都安装有走台,方便施工.导梁根部接头为平转接头,可以平转12°.其结构型式与主梁中间接头完全相同,导梁的其他接头为销接接头.

4 计算分析

4.1 荷载计算

（1）架桥机自重：130 t；导梁：45 t；配重：50 t（配重仅在曲线桥施工过孔时安装使用）；液压及其他：15 t；考虑自重振动载荷后为（130+45+15）1.05=200 t.故主梁自重取150 t/40 m=3.75 t/m,导梁自重取50 t/42 m=1.2 t/m.

（2）直线桥混凝土梁段自重：主梁悬挂施工时共悬挂16个节段,取最大设计悬挂为650 t进行计算,重量为[650 t（最大悬挂重量）+65 t（吊具）+20 t（附属结构）]=735 t,故载荷重量取735 t/32.5 m=22.6 t/m；曲线桥混凝土梁段自重：主梁悬挂施工时共悬挂16个节段,取最大设计悬挂为400 t进行计算,重量为[400 t（最大悬挂重量）+65 t（吊具）+20 t（附属结构）]=485 t,故载荷重量取485 t/32.5 m=15 t/m.

（3）风荷载.架梁状态：按照《起重机设计规范》（GB3811-2008）[11]风力系数C取1.85,挡风折减系数η取0.16；过孔状态风载：按照《起重机设计规范》（GB3811-2008）[11]在7级以内才允许过孔时的计算风压为150 Pa.

4.2 施工荷载工况

由于澳门轻轨IS20段各联各跨的跨度和跨内重量各不相同,而且其曲线半径亦不相同,因此,为了适当的简化,以各联为基准,架桥机对桥的作用力为每联各施工工况中最大的作用力.直线桥施工工况和曲线桥施工工况,分别如表1和表2所示.按设计图纸对TP35m/60t（650）架桥机设计工况进行设计计算,计算方法为容许应力法.计算中首先对架桥机施工的几个主要受力工况进行整体计算；其次,进行主要部件的受力检算.

表1 直线桥施工工况及荷载组合Tab.1 The construction condition and load combination ofstraight line bridge

表2 曲线桥施工工况及荷载组Tab.2 The construction condition and load combination ofcurve bridge

4.3 计算结果

主要杆件计算结果如表3所示.通过计算可知,各构件的受力均满足要求.

表3 杆件计算结果Tab.3 The calculation results ofbar

5 小结

项目设计的TP35m/60t节段拼装架桥机结构合理,可满足各种跨度的要求.通过对拼装式架桥机的结构进行建模分析,该架桥机的结构完全可以满足施工的要求,杆件应力及梁挠度均满足规范要求.在架桥机钢梁间设计了3个平铰,均可转动12°,走行平顺,操纵方便,安全可靠.

[1]肖新华,王新敏.ZQJ800型移动支架架桥机结构设计与分析[J].铁道标准计,2004（1）：26-29.

[2]王立新.移动支架造桥技术在我国铁路上的应用与展望[J].铁道建筑技术,2002（6）：6-8.

[3]展朝永,陈新轩.桥梁施工机械结构与使用[M].西安：西北大学出版社,1994.

[4]李自光.桥梁施工成套机械设备[M].北京：人民交通出版社,2003.

[5]刘志亮,汪伟,于海军.厦深铁路特大桥架桥机跨连续梁施工技术[J].施工技术,2011（11）：62-75.

[6]陈洪波.DF450／24型架桥机架设施工技术[J].铁道工程学报,2001（2）：101-103.

[7]张乐亲,邹燚.苏通大桥TP75节段拼装架桥机研究设计[J].桥梁建设,2007（4）：78-81.

[8]黄耀怡.苏通长江大桥TP75m/1200t架桥机结构总体设计[J].铁道建筑技术,2006（1）：12-18.

[9]申兆繁.广州地铁四号线节段拼装梁设计[J].铁道标准设计,2008（8）：64-68.

[10]李甲丁.南京长江四桥节段预制拼装刚构体系与抗剪性能研究[D].南京：东南大学,2010.

[11]国家质量监督检疫检验总局.起重机设计规范：GB3811—2008[S].北京：中国标准出版社,2008.

（责任编辑：卢奇）

Construction technique research of TP35m/60t bridge-erector for the elevated railway in Macao

LI Wenshang1,JIAO Yufeng2,WANG Wenjing2,LIANG Bin2
（1.China Railway15th Construction Bureau Group Corporation,Shanghai 200070,China；2.Civil EngineeringSchool,Henan UniversityofScience and Technology,Luoyang471023,China）

Taking Macao light railway viaduct as an instance,the composition,technical conditions,operating procedure and the overall structure design of TP35m/60t bridge-erector were surveyed.According to the constructions characteristics of the short-line match precast of box girder segments,the finite element model of the assembling bridge-elector was created.The results indicated that torsion,the structure of the bridge-elector could completely meet the requirements of construction.Three flat hinges were designed with rotating,that can reach the purpose of walks steadily,manipulation convenient,and safety-operation.Through the analysis of the structure design and the discussion of construction process,which can provide reference for the future design of the same kind of settled.

elevated railway；assembling bridge-erecter；structure；design；construction

U445.36

A

1008-7516（2016）03-0072-07

10.3969/j.issn.1008-7516.2016.03.016

2016-03-20

河南省科技厅产学研合作项目（2015HNCXY011）

李文尚（1984―）,男,陕西西安人,工程师.主要从事路桥工程施工研究.