运架一体机架设铁路整孔箱梁施工技术

李华月

(中铁二局集团新运工程有限公司，四川成都 610036)



运架一体机架设铁路整孔箱梁施工技术

李华月

(中铁二局集团新运工程有限公司，四川成都 610036)

WE-SC900H型运架一体机主要针对群隧地段900吨级整孔箱梁运输和架设施工技术，介绍了运架一体机结构、工作原理、施工工艺、架桥机稳定性、桥梁稳定性、过现浇段架梁，确保设备使用安全。

运架一体机； 工艺； 施工技术

近年来，国家高速铁路发展逐渐向山区转移，由于受隧道的影响，原有的运架分离式设备已经无法满足穿越隧道运架梁施工需要，本文通过对运架一体机结构、工作原理、施工工艺、架桥机稳定性、施工中桥梁稳定性，实现施工工艺标准化，确保设备使用安全。

1 设备简介

WE-SC900H型运架一体机由运架梁机(简称主机)和导梁机两独立机体组成，主机可分为主结构、动力系统、提升系统、走行系统、转向系统、液压平衡系统、电气控制系统；导梁机可分为导梁、轮组走行平台、架梁小车、滚轮支腿等部分。运架一体机主要结构示意见图1。

1-主梁 2-动力室 3-绞车 4-走行机构 5-吊梁装置 6-导梁 7-架梁小车 8-前鼻梁 9-滚轮支腿图1 运架一体机主要结构示意

WE-SC900H型运架一体机的主要技术参数见表1。

表1 WE-SC900H型运架一体机机主要技术参数

2 主要工作原理

2.1 架梁工作原理

运架一体机将运梁设备和架梁设备整合为一体，实现了取梁、运梁和架梁作业。运架作业一机完成，且主机高度满足穿越隧道地域桥梁架设。架梁工作原理是将导梁机作为被架桥墩之间的桥梁，支撑主机携梁运行到待架桥位，抽出导梁后把混凝土箱梁落放在待架桥墩顶上。

2.2 提梁机工作原理

为使梁吊运过程中不受扭，主机前端的两台绞车用一根通绳使前端两吊具作用力一致，主机后端两绞车分别用一根钢丝绳通过定、动滑轮作用，主机前端、后端形成“三点”确定平面。每个绞车都在闭环控制下工作，当绞车同步运行时，控制系统不断校正每台绞车转速使其与其它绞车同步，保持梁体平衡。

3 箱梁架设工艺流程

运架一体机箱梁架设施工工艺流程见图2。

图2 运架一体机箱梁架设施工工艺流程

4 架桥机结构稳定计算

架桥机出厂时，虽然生产厂家对几种通用梁型的稳定性进行验算，但针对具体的梁型，因梁重、跨度、桥的坡度等因素不同，在使用中应进行选择性的计算，架梁过程中进一步了解架梁过程中架桥机的稳定性，减少不利施工荷载。

5 桥梁强度计算

5.1 运梁通过时对梁的作用

5.1.1 携梁走行时梁体受力分析

(1)运架一体机携梁(350 km/h无砟轨道铁路24 m、32 m后张法混凝土双线梁[通桥(2008)2322A])走行时对轮胎对应的梁面的作用位置及荷载示意见图3。

图3 携梁走行时轮胎对应的梁面的作用位置及荷载(单位:mm)

(2)计算中考虑运架一体机走行过程中±200 mm的走偏量，运架一体机走行及架设过程中的动力系数取1.05。

5.1.2 携梁走行时对梁计算结论

运架一体机携梁(350 km/h无砟轨道铁路24 m、32 m后张法混凝土双线梁[通桥(2008)2322A])走行时，主梁检算的各项指标及局部应力均满足TB 10002.3-2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》的规定，验算结果见表2、表3，验算通过。

表2 运架一体机携梁走行工况下主梁纵向计算的各项控制指标

5.2 架梁作业时桥墩强度计算

架桥机进场时应对桥墩的强度进行验算，但针对不同的施工线，设计桥墩的不同，架桥机进场要以设计单位联系，通

表3 运架一体机携梁走行工况下主梁横检算的控制指标 mm

过架设时的支反力验算桥墩的强度、稳定性计算。以湘贵线桥墩为例进行计算。

5.2.1 计算模型建立条件

不考虑桥墩的自重影响，根据架梁工况取支反力最大值，支腿中心距离桥墩中心线距离为0.845 m，压力荷载为800 t，支腿对墩的侧向载荷为14 t。

设桥墩高度为H，当800 t×0.845 m≥14 t×H，即H≤48.28 m时，支腿侧向力不会对桥墩造成影响。

5.2.2 有限元模拟计算

为了能直观反映支腿站位和预埋件对桥墩的影响，使用有限元ANSYS软件对桥墩进行分析。

(1)支腿对桥墩的压力: 200 t(单个支点，共4个)。

(2)预埋件的拉力: 40 t(单根拉力)。

(3)支腿对桥墩的侧向载荷: 14 t。

在不考虑桥墩自重、风载荷、地震载荷的影响，计算结果见表4。

表4 桥墩综合应力应变

计算中未有发现模型出现开裂、压碎现象，因此，预埋件和支腿压力不会对桥墩产生影响(图4)。

图4 用有限元ANSYS软件对桥墩进行分析各种应力、应变

5.3 采用油顶作临时支撑回撤过孔对梁底的影响计算

运架一体机落梁就位临时支撑后，并在支座灌浆锚固前回撤过孔时，采用油顶作临时支撑、由于梁重、主机的重量对支撑位梁体反作用力，使梁体受影响，需验算梁体支撑位受力情况，以32 m、24 m整孔箱梁(350 km/h无砟轨道铁路24 m、32 m后张法混凝土双线梁[通桥(2008)2322A])为例说明。

5.3.1 计算模型建立条件

运架一体机落梁就位临时支撑后，并在支座灌浆锚固前回撤过孔时，32 m、24 m整孔箱梁(350 km/h无砟轨道铁路24 m、32 m后张法混凝土双线梁[通桥(2008)2322A])的梁体强度、抗裂安全系数、主应力及局部应力。

箱梁采用油顶作临时支撑，油顶的横向距离≥2.9 m，纵向距梁端距离0.75 m，顶梁时应在油顶上加垫600 mm×600 mm×40 mm的钢板。

5.3.2 荷载建立

运架一体机荷载的建立见图5、图6。

5.3.3 有限元模拟计算

为了能直观反映油顶对箱梁的影响，使用有限元ANSYS软件对桥墩进行分析，计算对位轮走行不偏和走行偏100 mm两种荷载工况；重点分析梁端部底板的横向应力分析，其主要计算模型和计算结果见图7、图8。

图5 梁端支点位置(单位:mm)

图6 运架一体机荷载作用于桥面(单位:mm)

图7 对称荷载作用下梁端支点处横桥向应力云图

图8 偏荷载作用下梁端支点处横桥向应力云图

从计算结果可知，梁端底板上缘的最大拉应力为2.90 MPa，反算底板弯矩为305.4 kN·m，根据梁端顶板的实际配筋考虑，钢筋最大应力为105.2 MPa，裂缝为0.118 mm，满足规范要求(Q235，176MPa；HRB335,253 MPa；裂缝为0.2 mm)。

5.4 架设现浇梁的前跨，导梁支反力对现浇梁强度计算

运架一体机架设通过组合现浇梁不同、组合现浇梁前跨的跨度不同，对应导梁支撑点位置也不同，导梁对现浇梁的反作用力点也就不同；架设前应对上述的工况进行计算，分析组合现浇梁的受力情况，从而采取对应的措施，确保架梁施工的安全。

5.4.1 架设现浇梁前跨施工工艺

以成渝线梁滩河双线特大桥过现浇梁架梁施工为例，架设前原施工工艺：距现浇梁梁端依次在7.5～10 m位、32 m位、64 m位摆放辅助滚轮；7.5～10 m位辅助滚轮踏面距离导梁底轨面不少于30 mm；末孔箱梁架设时，主机轮组施工荷载全部作用在现浇梁面上。经分析，最不利工况，落梁时导梁各支点反力见图9。

图9 架桥机支撑点反力(单位:mm)

5.4.2 实体有限元模型计算结果

根据架桥机的最不利布置情况，其对结构顶板的影响最大。通过空间有限元计算分析，得出结构上应力分布情况，采取对应的措施。混凝土材料采用规范中C55混凝土材料，各项参数指标见表5。

表5 梁滩河双线特大桥材料参数

(1)架桥机作用位置处主拉应力分布见图10。

图10 架桥机作用位置处主拉应力分布

(2)架桥机作用位置处横桥向正应力分布见图11。

(3)架桥机作用位置处顺桥向正应力分布见图12。

通过有限元模拟架桥机架设状态下的受力分析可知：架桥机作用下，横向预应力的箱梁顶板上缘产生-28.6 MPa的主压应力，下缘产生4.54 MPa的主拉应力。由于混凝土属于脆性材料，主应力超标会导致下缘开裂、上缘压溃。

5.4.3 采取的措施

导梁支撑点位改进：距现浇梁梁端依次在1 m位(新增)、7 m位、32 m位、64 m位摆放辅助滚轮；7 m位辅助滚轮

图11 架桥机作用位置处横桥向正应力分布

图12 架桥机作用位置处顺桥向正应力分布

踏面距离导梁底轨面不少于60 mm；使7 m位辅助滚轮支反力为零，这样将力转移到桥墩、距梁端32 m处，桥墩、梁端受力匀能满足要求，这样梁体在7 m处不受力，避开梁的中部受力。改进后，确保架梁安全。落梁时，导梁各支点反力见图13。

图13 架桥机支撑点反力(单位:mm)

6 应用实例

运架一体机架设铁路整孔箱梁技术的应用成功完成了钦北铁路、甘青铁路、大西铁路、成渝铁路的箱梁运输、架设施工，解决了运输箱梁穿越隧道、隧道口箱梁架设、末三孔梁架设、运架一体机调头的施工难题，工程合格率达到100 %，优良率达到97 %，实践证明，采用该施工技术作业安全、可 靠，值得在国内外进行广泛推广。

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李华月(1969～)，男，大学本科，高级工程师，从事铁路铺架设备管理。

U445.468

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[定稿日期]2016-05-20