高速铁路特大桥钢横梁吊装关键技术研究

张彦军

（中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

在现阶段，因钢横梁具有主梁跨度大、外观线性流畅、受力性能好、刚度大、结构自重轻等优势，故而在特大桥施工中得到广泛应用。随着高速铁路建设里程的不断增加、钢横梁跨度的不断扩大，致使跨路施工难度系数不断上升[1]。为保证钢横梁吊装施工顺利进行，避免或减小对施工现场周边环境的影响，施工单位需熟悉与掌握钢横梁吊装关键技术。

1 工程概况

某高速铁路工程，位于山西省朔州市，其中冯村跨韩原铁路特大桥起讫里程为DK16+641.87—DK32+868.25，全长为16226.38m，线路在DK23+944.45 处上跨韩原铁路（下行52km+175m），交叉右角为171°01′00″；交叉处既有铁路为路基，填土高度为5m 左右，采用6～24m 框架墩简支梁跨越，钢横梁跨度为30m。224#～229#框架墩采用φ1.25m 钻孔桩基础、双层承台，框架墩墩身高度为13m，钢横梁采用厂内分段加工，运输至现场拼装完成后使用1000t 履带吊整体吊装架设。

2 施工重难点分析

第一，该结构上跨韩原铁路，韩原铁路属于太原铁路局干线，承台结构侵入韩原铁路路基边坡，其中230#墩承台钢板防护桩距离加强线只有1.06m，施工难度大，安全风险高[2]。

第二，在该高速铁路工程中，框架墩横梁采用钢结构，224#～229#墩钢横梁跨度为30m，钢横梁为单箱带肋截面，224#、226#～229#墩钢横梁箱内宽为3200mm，箱内高为3500mm，225#墩钢横梁箱内宽为4440mm，箱内高为3500mm。墩顶区域的钢横梁底板开孔，墩柱主筋从底板穿入延伸至钢横梁顶板，施工方法为钢筋从钢箱内向下穿过底板与墩柱对应钢筋连接。综上，钢横梁单片重量、跨度大，厂内制作、运输、现场拼装及吊装施工难度大，安全风险高。

3 钢横梁吊装关键技术分析

3.1 钢横梁制作施工技术

3.1.1 施工流程

针对该工程的现场情况、钢箱梁的结构特点、道路运输情况，采用分节段制作，厂内节段拼装合格后，运输至现场进行安装的总体施工方案[3]。具体施工流程如下：

设计交底、图纸会审—钢箱梁分块方案（报设计单位、监理单位批准）—编制原则工艺—统计材料、钢材订货—材料进场复检—焊接工艺评定—编制施工组织方案（报监理单位、业主单位审批）—胎架制作—厂内加工—（胎架上）厂内预拼装—厂内涂装—（监理单位、业主单位）厂内验收—产品运输、拼装、防护—吊装—工地焊接—工地涂装补修—（设计单位、监理单位、业主单位联合）竣工验收。

3.1.2 钢横梁制作

钢横梁制作应依次完成底板单元、顶板单元、腹板单元、隔板单元，最后组装完成。组装与焊接是钢横梁制作的关键工序，其工艺的合理与否直接关系着钢横梁的制作质量和进度[4]。钢横梁采用“倒装法”制作，即组装按照“胎架检测—顶板单元—横隔板—腹板单元—底板单元—剪力钉”的组装顺序进行。钢横梁的具体制作内容如下[5-6]。

一是在胎架上定位顶板单元，并用马板将顶板单元与胎架固定，并检测顶板与胎架的密贴度。二是按照顶板上隔板位置线组装隔板，保证隔板纵横向位置和垂直度等项点满足标准要求。三是按照顶板上腹板位置线组装腹板，保证腹板纵横向位置和垂直度等项点满足标准要求。四是组装尺寸检查合格后，焊接隔板与顶板、腹板之间的焊缝。五是组装底板单元，保证底板纵向位置和平面度等项点满足标准要求。组装尺寸检查合格后，焊接底板与隔板、腹板之间的焊缝，并修整焊接变形。六是按剪力钉布置线组装箱内及箱外侧剪力钉。组装端封板，并焊接与顶、底、腹板的焊缝。修整焊接变形。

3.1.3 钢横梁涂装

厂内涂装时，现场焊接部位两侧各留指定宽度（一般为50mm）不涂装，采取保护措施，待现场焊接完毕并经检验合格后再进行补涂。

各道涂料之间的涂装间隔时间应满足涂料说明书要求，上一道油漆干燥后方可涂装下一道，涂装后4h 内不得淋雨。

3.2 钢横梁现场拼装施工技术

钢横梁现场拼装施工技术要点具体包括：一是在胎架上定位钢横梁节段，并调整预拱度；二是组装剩余节段，匹配件复位同时检测两块体之间纵横基线对位精度，检测合格后接口间采用马板临时固定；三是施焊节段顶、底、腹对接缝；四是采用热矫正工艺，修整焊接部位的局部变形；五是对油漆损伤部位进行打磨，清除表面污染物，进行油漆补涂装；六是针对天窗点内上跨铁路施工风险高、时间紧等问题，对钢横梁附属工程施工工序进行优化。钢横梁吊篮、围栏、泄水管、垫石全部在吊装之前完成施工[7-9]。

3.3 钢横梁吊装施工准备

3.3.1 场地布置及吊机选择

（1）场地布置

依据工程特点，为满足钢横梁拼装、吊装需要，依据设计图纸要求，在韩原铁路左线设置吊装场地。

（2）吊机选择

由构件重量表可知，钢横梁吊装重量为276.4t（225#），考虑1.4 的安全系数，选用1000t 履带吊的超起工况，主臂长为78m，旋转半径为32m，超起半径为27m，超起重为500t，车身压重为96t，转台配重为210t，查吊机性能参数表可知，在此种工况下履带吊载荷为482t，载荷安全系数为482/276.4=1.74，大于1.4，满足规范要求。

（3）履带吊组装及拆除

履带吊在229#墩柱处进行拼装，从229#钢横梁开始吊装，依次进行，直到224#钢横梁吊装结束之后，在223#～224#墩柱处进行拆除。

按照对应工况组合吊车并验收备案：1000t 履带吊按490t 超起配重安装相应的配重构件，施工现场配备一名特种起重设备维检员（需具备熟练检查及维修1000t 履带吊的相应资质），吊车操作人员必须取得特殊工种资格证并持证上岗。当履带吊安装完毕，经调试运转正常后，进行自检验收，合格后通知监理部门进行验收，检查结果形成检查验收记录并由检查小组、监理部门签字确认，同时该履带吊还需要报当地政府专业部门进行检测、认定、备案，并取得地方特种设备监督管理部门颁发的《安装验收检验报告》和《安全检验合格证》，方可投入使用[10-11]。

3.3.2 施工平台

钢横梁吊装及墩顶临时支座施工时搭设施工平台，沿墩柱四周搭设双排盘扣式支架，间距为90cm 和120cm，钢横梁下方工作平台设置高度为1.2m 的安全护栏。

3.3.3 地基处理

（1）地基承载力计算

ZCC16000/27Z 履带起重机履带轮迹范围铺设路基箱。1000t 履带起重机吊装框架墩钢横梁时的地基承载力计算如下：

一是1000t 履带起重机履带宽度为1.83m、长度为12.37m。每个履带下铺垫5 块路基箱，规格为3m×6m×0.25m。

1000t 履带起重机吊装工况下对地面的荷载：

式（1）中：G1 表示吊车自重（主臂长为78m，增加45m超起桅杆，车身压重为96t，转台配重为210t，500t 型吊钩重为7.4t），G1=813.4t；G2 表示超起配重，G2=500t；G3 表示钢横梁重量+垫石+吊具（最重梁段），G3=276.4t（225#墩）。

二是受力面积：

铺垫在履带下面的路基箱面积计算：

式（2）中：a 为垫板宽度，a=3m；b 为垫板长度，b=6m；c 为路基箱数量，c=5。

三是承载力：

结论：验算钢横梁吊装时履带吊站位区域地基承载力不小于86.5kPa，履带吊走行区域地基承载力不小于44kPa。

经现场地基处理后承载力检测试验最低为236kPa，最低安全系数为2.7。

（2）地基处理措施

在原地面基础上进行分层填筑碾压，其地基承载力为260kPa；钢横梁吊装时的履带吊站位区域采用25cm 路基箱+30cmC30 混凝土；履带吊行走区域采用25cm 路基箱。

3.3.4 结构复测

对框架墩结构进行复测，包含高程、里程、偏距、轴线等是否满足设计要求，如偏差较大，则需采取相应措施保证钢横梁的安装精度。复核钢横梁的几何尺寸、焊缝的外观质量及吊耳的质量。复核钢横梁与所对应的框架墩是否匹配及钢横梁安装方向是否正确。

3.3.5 照明灯具布置

主要施工灯具采用800W 探照灯8 台，当吊装229#墩钢箱梁时，分别在224#墩布置2 台，226#墩1台，228#墩1 台，229#墩4 台。

3.3.6 钢横梁接地措施

框架墩墩顶外包钢板和接地筋焊接时，必须现场测量其电阻，符合要求后，方可进行下一道工序；当钢横梁吊装就位后，钢横梁和外包钢板采用焊接的方式进行临时固结，通过焊接钢横梁和接地体系连为一体；焊接完成后检测电阻是否满足要求，之后进行下一道工序施工。

3.3.7 电缆保护

经现场排查，施工范围内铁路电缆外漏部分已全部用砂袋覆盖，无坠落物损毁风险。

3.3.8 其他施工准备

其他施工准备包括：第一，为了安全施工，现场设置照明灯及监控设备，发电机应急待命；第二，检查路基箱是否受损；第三，召开施工点前协调会、预备会。

3.4 钢横梁吊装施工技术

该高速铁路框架墩钢横梁吊装共计6 榀，分别为224#、225#、226#、227#、228#、229#钢横梁。根据钢横梁的自身重量及现场吊装的工作半径、吊装高度，确定采用1000t 履带吊进行施工。计划用6 个Ⅱ级天窗点（当日23：30—次日1：30，具体以批复计划为准）进行吊装作业，每次吊装结束，履带吊趴杆后走行。焊接、涂装、试吊等工序按邻近营业线B 类施工。

3.4.1 吊装顺序

跨韩原铁路钢横梁吊装施工，先吊装229#钢横梁，再依次吊装228#、227#、226#、225#、224#钢横梁。

3.4.2 钢横梁吊装安排

（1）钢横梁吊装前总体安排

钢横梁吊装前需要利用框架墩施工点完成框架墩复测、临时支座安装、临时操作平台安装等准备工作。

（2）钢横梁吊装作业程序

一是超起配重进场即摆放至229#钢横梁吊装时超起配重挂钩位置，并组装完成。

二是试吊：履带吊走行至229#钢横梁吊装区—转臂至229#钢横梁上方（制梁位置）—钢横梁挂钩—超起配重挂钩—229#钢横梁起吊至离地1m—向远离铁路线方向转臂5m 后静止并持荷30min—大臂回转—将钢横梁摆放至原位置（制梁位置）—超起配重落地摘钩—钢横梁摘钩—履带吊转臂至顺线路方向—大臂放下—试吊结束。

三是229#钢横梁正式吊装：接触网停电—履带吊大臂起臂—转臂至229#钢横梁上方（制梁位置）—钢横梁挂钩—超起配重挂钩—桥上防护人员就位—钢横梁起吊至指定高度—下达转臂命令—转臂至229#框架墩上方—落梁—就位—临时固结钢横梁—超起配重摘钩—钢横梁摘钩—转臂至顺线路方向—大臂放下—229#钢横梁吊装结束—履带吊行走至下一片钢横梁吊装位置依次吊装—直至224#钢横梁吊装完成。

4 结语

综上所述，本文结合高速铁路工程实例，详细分析施工中的重难点问题，深入研究钢横梁吊装关键技术，实践证明，在高速铁路特大桥工程施工中采用钢横梁吊装施工技术，可加快施工速度，缩短施工工期，提高施工质量。因此，应积极推广应用钢横梁吊装施工技术，并加强研究，以期进一步完善该施工技术，为我国高速铁路建设做出应有的贡献。