小半径大横纵坡T梁DJ180架桥机改制架设技术

李保明

(中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西西安 710024)

1 引言

由于匝道桥曲线半径小，纵横向坡比大，墩柱盖梁呈扇形排列，桥面宽度较窄，施工条件复杂、难度极大，普通架桥机仅有3个柱能够落在桥面上，另一个柱出现悬空现象，严重影响施工安全。处于匝道上大跨度、小曲线、大坡度的桥梁按常规设计和架设施工工艺是不可能完成的[1]，一般采用现浇箱梁方案[2]。本文介绍的互通匝道桥地处山区，位于喀斯特地貌区域，桥墩较高，地势恶劣，现浇施工安全风险极高，设计采用T梁预制架设方案[3]。国内公开的架设技术有双导梁斜拼正架法[4]，但需重新对架桥机进行特殊设计和复杂改造[5]，经济适用性较差；若采用吊车吊装方案，受既有公路和山谷高墩影响，安全风险大，施工成本极高[6]。本文介绍了一种采用DJ180架桥机局部改造进行T梁架设的简易方法。

2 工程概况

某高速公路桥位处地貌属构造剥蚀作用形成的侵蚀深切中山地貌，设双T型枢纽互通与既有高速公路衔接，实现“高接高”交通转换。该工程一匝道桥上跨既有高速公路，跨高速区段桥跨布置形式为(26.5＋39＋26.5)m连续梁，采用“先简支、后连续”方案施工，简支梁采用架桥机架设。桥位处曲线半径120 m，线路纵坡3.7%，最大横坡6%，墩高约70 m，处于小半径曲线段，属小半径大横纵坡坡架梁作业。

桥梁横向布设5片T梁，桥面宽度10.5 m，依次架设后浇筑湿接缝形成整体。同一孔内T梁为平行布置，受小半径曲线影响，上部结构T梁采用不等梁长的直梁预制方式[7]，主跨外边梁长度40.8 m，内边梁长度37.5 m，长度差3.3 m。

3 运架设备

3.1 架桥机架设存在的问题及其改造

匝道桥T梁单片自重约135 t，采用曲线适应能力较强的DJ180架桥机[8]，该架桥机适应最大跨度40 m，最大纵坡3%，最小曲线半径350 m，结构示意见图1。

图1 架桥机结构示意

3.1.1 120 m小半径曲线过孔架梁存在的问题

利用结构计算软件对过孔及架梁过程各个工况架桥机与桥墩、梁面的相对位置关系进行模拟，存在以下问题:

(1)由于小曲线影响，盖梁呈扇形排列且角度大，架桥机过孔时前方盖梁与后端盖梁相比水平旋转了18.8°，架桥机0号柱无法正常支撑在盖梁前端；喂梁过程中待架设T梁与架桥机2号柱夹角较大，无法通过2号柱内部空间；3号柱与待架设梁体存在空间干扰，无法完成运梁车喂梁作业。

(2)每孔梁片呈折线布置，架桥机横移对位梁片时架桥机主梁与柱体轨道夹角会产生较大变化，造成1号柱倾斜，无法安全横移就位。

(3)边梁一次落梁就位工况架桥机重心已偏出支撑梁支点外，架桥机有倾覆风险。

(4)架设方向为3.7%大上坡，超出架桥机适应坡度。

3.1.2 架桥机改造

针对上述问题，需对架桥机结构进行局部改造，方可完成小半径大纵横坡匝道桥架设。

(1)0号柱在原来升降和前后翻转功能的基础上增加水平旋转功能，0号柱旋转18.8°后可以与盖梁平行，保证安全支撑在盖梁前端，适应小曲线工况。

(2)将1号柱由原高度3.4 m节切割为2.8 m＋0.65 m，增加0.5 m加高节，增大1号柱纵坡调节能力，满足大纵坡＋高低盖梁的过孔通过性要求。

(3)将2号柱喂梁空间由原来的3 m加宽到4 m，同时将主梁横向行程加大，满足小曲线喂梁2号柱通过性要求。

(4)3号柱在原来具备升降、横移功能的基础上增加翻转功能，在喂梁时将3号柱向后翻转为水平状态避免与待架设梁体干涉，3号柱翻转结构见图2。

图2 3号柱水平翻转示意

(5)为1、2号柱增加独立驱动装置，使架桥机在重载吊梁工况下可调整1号柱垂直度，解决横移就位时1号柱倾斜问题。

(6)定制2号柱加强型横移轨道，增大轨道刚度；在轨道上增加梁面锚固装置，边梁架设工况，将曲线内侧轨道与梁面采用精轧螺纹钢有效锚固，防止架桥机倾覆[9]，解决了小曲线边梁一次落梁就位问题。加强轨道及锚固系统见图3。

图3 加强轨道及锚固系统

改造后的架桥机满足最小曲线半径80 m、跨度40 m、纵坡5%情况下梁片一次落梁到位。具有结构简单、重量轻、安全可靠、一机多用、自动化程度高、运输方便、自由度高、曲线和坡度适应能力强的特点，整机功能见图4。

图4 整机功能示意

3.2 运梁车小曲线运梁

3.2.1 运梁车概况

本工程采用轮胎运梁车[10]，横坡适应能力2%，最大转向角13°，无法满足6%大横坡安全运梁要求。

3.2.2 大横坡运梁适应性调整

采取运梁线路垫沙找平的方法，将运梁通道横坡调整到2%以内，解决大横坡运梁难题，见图5。

图5 垫沙调整运梁横坡

3.2.3 小半径运梁通过性模拟实验

通过小曲线通过性模拟，运输跨度40 m梁在40 m跨度120 m半径曲线上运行，运梁车托盘最大旋转角度为10.25°，满足小曲线运梁转向要求。

4 架桥机过孔架梁关键技术

因本桥主跨跨度大，小半径曲线对架桥机过孔架梁的影响更为明显，且上跨既有运营公路，安全风险更高[11]，下面以主跨架设为例进行运架梁关键技术介绍。

4.1 架桥机变跨过孔关键技术

(1)主梁水平旋转，保证0号柱支撑在盖梁前端

当架桥机过孔中主梁前移悬臂40 m时，受小曲线影响，0号柱与2号盖梁中部水平距离为12.7 m(见图6)，旋转主梁，满足0号柱支撑在盖梁中部。

图6 小曲线主梁过孔到位状态(单位:m)

为提高架桥机过孔悬臂平衡状态的安全系数，将前后天车行驶到架桥机尾部配重。操作如下:1号柱向右、2号柱向左交替横移；旋转主梁，使0号柱到达2号墩盖梁中间位置。在0号柱到达盖梁前旋转主梁，提高主梁旋转时前后平衡系数；观察并调整1号柱垂直度，保证旋转过程中各柱稳定。

(2)1号柱水平旋转技术

受小曲线桥墩水平方向扇形布置影响，架桥过孔过程中1号柱过孔后轨道要支撑在前方盖梁，柱体需水平旋转18.8°，在曲梁和1号柱上横梁安装小型旋转油缸，完成1号柱及轨道的精准旋转。

(3)2号柱二次前移减少架桥机悬臂量

为减少外边梁就位时架桥机向外侧横移量，过孔作业中将2号柱进行二次前移。即在常规过孔完成后将2号柱二次前移到已架梁端支撑，减少架桥机向外侧横移量，提高整机安全系数。操作如下:架桥机正常过孔完成；收起3号柱，1、2号柱驱动主梁前移，直到3号柱到达2号柱尾部；支撑3号柱并前后拉锚固定，收2号柱前移到前轨道中心距离梁端500 mm处，支撑2号柱；1、2号柱曲梁驱动主梁向后移动约14 m，锁定2号柱与曲梁销轴。

4.2 架桥机小曲线架梁关键技术

(1)小曲线喂梁技术

120 m小曲线工况下运梁车运输40 m梁喂梁时，运输梁片与架桥机主梁形成较大夹角，3号柱与运梁车干涉，无法顺利喂梁。为解决喂梁问题，采取以下措施:

①通过1号柱、2号柱横向反向移动，旋转架桥机主梁，尽量减少架桥机主梁与待架设T梁的夹角，减少喂梁难度。

②将架桥机3号柱改造为可向后翻转，使3号柱与主梁平行，为运梁车让出空间，满足喂梁通过条件。此时前行车悬臂吊梁，后行车在运梁车与前行车同步喂梁通过3号柱后，向下翻转并支撑3号柱满足吊梁。

(2)曲线外边梁架设一次横移就位技术

120 m小曲线外边梁架设要满足架桥机一次横移就位，架桥机重心已超出已架设边梁支点中心，架桥机会发生倾覆事故。采用以下措施:

①设计加强型轨道

架桥机原设计轨道满足2号柱轮组到支点悬臂最大量1 m，小曲线架梁工况2号柱轮组到支点悬臂量达到1.8 m，轨道强度无法满足要求。重新设计加强型轨道替换原轨道，解决架桥机边梁悬臂时轨道刚度不足问题。

②2号柱轨道与梁体锚固

在梁体预制过程中预埋精轧螺纹钢，边梁架设前用螺纹钢将架桥机加强型轨道与已架设梁体锚固，此时架桥机可以将曲线外侧边梁一次横移就位，不会发生架桥机倾覆事故。

③手拉葫芦锚固

喂梁完成后，2号柱横移油缸移动主梁到曲线内侧，架桥机整机横移到曲线外侧轮组距离外边梁支点中心1.8 m位置，将2号柱与已架设4～3号墩内侧梁片采用2个10 t手拉葫芦锚固为整体，增加安全性，将轨道锚固后架桥机横移油缸推动主梁及待架设T梁横移就位。

曲线外侧边梁就位时2号柱状态见图7。

图7 边梁就位2号柱示意

采取以上措施可安全实现120 m曲线边梁架设一次就位。架桥机架设完成曲线外侧边梁架桥机状态见图8。

图8 边梁就位状态俯视图

5 结语

结合喀斯特地貌条件下高桥墩、大跨度、小半径、大横坡、大纵坡、桥面窄、变跨工况匝道桥上跨既有高速公路T梁建造工况，在不具备吊车吊装和现浇作业的条件下，研究了采用DJ180架桥机设备改造(包括:0号柱增加水平旋转功能、1号柱增加调整节、2号柱加宽、3号柱增加翻转功能、曲梁增加独立驱动系统等)、设计架桥机加强型轨道与梁面锚固、对架桥机过孔工艺优化、对架桥机架梁采用多项技术措施等，克服了多个不利因素的复杂架梁工况，于2022年5月安全、顺利完成匝道互通工程建造任务。

改制的DJ180架桥机具有整机占用宽度窄、改造简单、自由度高、工艺简洁、安全可靠、投入少的特点，可架设最小曲线半径80 m工况下跨度40 m T梁及最小曲线半径60 m工况下跨度30 m T梁，突破了现有架梁技术的极限，实现了低成本安全高效的匝道梁架设，为后续高桥墩小半径大坡度匝道桥的设计和建造技术提供了借鉴和参考。