连续梁转体后中跨合龙段支架设计与施工

时间：2024-07-28

余常俊，刘建明，张翔，贺厚

(中交集团第二公路工程局有限公司，西安 430075)

哈大铁路客运专线北起哈尔滨市，南抵辽宁省港口城市大连，途经3个省会城市、大连和6个地级市。线路全长903.939 km，按照200 km/h速度目标建设，基础设施预留速度350 km/h。中交第二公路工程局施工段 DK602+407.3～DK650+231.4，全长 47.824 km。其中刘房子哈大铁路立交特大桥起讫点桩号为DK645+946.49～DK649+965.13，全长4.018 6 km。主孔上部结构为(48+80+48)m现浇预应力混凝土连续梁，与既有线斜交角度为25°。设计为单箱单室连续梁，箱梁顶宽12 m，翼缘板长2.6 m，支点处梁高6.80 m，跨中梁高3.85 m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。底板厚度为40～100 cm，腹板厚 48～100 cm，顶板厚度40～65 cm。既有铁路为深路堑路基，顶面宽7.6 m，底面宽12.7 m，为双线电气化铁路，日通行量为248列。为不给既有铁路营运造成更多的负面影响，将该桥原设计48#墩、49#墩位2个T构的挂篮法施工改为平行于既有铁路线完成桥体后，旋转25°到既有线铁路上空，用吊架进行中跨合龙段施工。合龙段全长2 m，混凝土方量21.9 m3。吊架的结构不仅要承受施工荷载，还要考虑风载等不安全因素。施工对铁路交通干扰大，“天窗”时间与次数有限，吊架设计务必考虑其承重能力、防水、防坠、防电方案，施工时要有严密的安全措施。

1 吊架的设计与加工

1.1 吊架的结构组成

吊架由承重系统、悬吊系统、模板系统、防护平台、行走牵引系统、锚固系统6部分组成，各系统中的型钢全部采取焊接的形式联结。

1)承重系统由前后上横梁、平联、斜撑、立柱、滑动槽钢等组成，2根主承重梁分别采用2［32a焊成。

2)悬吊系统设前后吊带各4根，通过主桁前后横梁与底篮前后横梁联结。吊带均采用长8 m的φ32精轧螺纹钢。

3)模板系统采用20 mm厚竹胶板及截面为8 cm×10 cm、间距40 cm的方木组成，方木外采用［10为纵向加劲肋，平均间距80 cm。在合龙段高度范围内，外侧模板间并排均布5道φ16 mm对拉螺杆，螺杆纵向间距为1 m。

4)防护平台由防水、防坠、防电平台组成。主承重梁下翼缘按2.5 m间距焊接［20a的防护平台分配梁，作为防护平台主骨架。平台分配梁［16a下部焊接∠75角钢形成平台框架，紧贴∠75角钢焊接4 mm厚防水、防坠钢板;4 mm厚钢板在平台底面四周向上卷起60 cm包住防护平台骨架，形成封闭向上开口防坠箱，防坠箱最底缘安装10 mm厚防电板，并通过绝缘螺栓固定于∠75角钢上。

5)行走牵引系统:本吊架行走方式分为竖直行走和水平行走。竖直行走是通过安装在底篮前后横梁两端各1个100 kN的手拉链条葫芦实现的，4个手拉链条葫芦同步提升或下放，吊架就随之升降;吊架前移时由卷扬机牵引滑行。

6)锚固系统由精轧螺纹钢、小分配梁、锁定螺栓等组成。吊架到达设计位置时，通过手动链条葫芦将吊架提升到设计高度并锁紧。小分配梁将下横梁、顶模内撑架分别固定在箱梁悬臂的底板、顶板上;利用螺栓将外侧的4根精轧螺纹钢固定在上横梁上。

1.2 吊架不平衡弯矩验算

吊架总重112 kN。49#墩既有线侧轨道总重48 kN，轨道安装后、合龙吊架滑移前在49#边跨悬臂端加砂袋80 kN，48#边跨悬臂端加砂袋50 kN。浇筑混凝土前，对称地在4个悬臂端进一步加载到250 kN。其中有200 kN荷载在合龙段混凝土浇筑过程中，与混凝土浇筑同步卸载。吊架产生的不平衡弯矩经计算，小于允许不平衡弯矩，有较大安全储备;变幅也较小，是方便可行的。

考虑静摩阻力和动摩阻力在吊架前移过程中的不平衡弯矩，经过有限元分析，合龙吊架移到指定位置前，在墩梁固结且转铰封铰的前提下，不平衡计算弯矩控制在6 000 kN·m，体系是安全的，变形是允许的。在悬臂端150 kN不平衡静载作用下，两悬臂端变形分别为下挠4.5 mm、上翘2.4 mm。为确保安全，同时考虑吊架移动等动载冲击影响，取实际控制不平衡弯矩为4 000 kN·m，基于此应施加必要的配重。

2 吊架就位前的准备工作

2.1 铺设轨道、吊架拼装

将吊架整体运至49#墩侧，上安装防护脚手架、底模、侧模，挂设密目防护网形成封闭区。在49#墩向中跨箱梁的顶面铺设2条轨道，轨道通过预埋在箱梁顶部的螺栓固定。在轨道上安装承重系统，用4个50 kN手动链条葫芦将底篮与承重系统连接，将吊架安装在49#墩顶梁体靠铁路一侧悬臂端(见图1)，然后进行纵移、预压试验。

2.2 合龙吊架的预压及行走试验

2.2.1 目的与意义

通过预压，掌握吊架的弹性变形和非弹性变形的程度及大小。准确地掌握吊架的刚度等力学性能指标，以便指导吊架立模高程的调整，为施工监控提供可靠的参照数据，确保合龙段的施工线型、高程满足设计和规范要求。检验吊架整个系统的结构受力，确保系统在施工过程中绝对安全。通过行走，掌握吊架前移时平衡性，施工人员的协调性。便于收集吊架在加载情况下的各个主要构件的变形值，检验各个构件和连接接头的安全性。

2.2.2 预压、行走

预压采用预制块法，分级加载，最大荷载等于1.2倍梁段重量(指吊架所承担的荷载)，预压时间不小于48 h。然后通过布置在48#墩箱梁顶中心线的卷扬机牵引吊架在轨道上向前滑移。为安全起见，行走成功后，将吊架退回至墩旁的地面上，同步卸下施加的平衡荷载，解除承重系统与底篮之间的约束。转体完成后，待转动系统精调完毕，再重新将吊架安装在49#墩旁跨中一侧的箱梁上。

3 牵引吊架至跨中

通过50 kN慢速卷扬机将吊架自49#墩纵移至中跨合龙段位置。整个纵移中，吊架距离梁底最小高度50 cm，距离接触网顶面最小高度170 cm，并根据要求利用50 kN链条葫芦调整平台高程。安装悬吊系统，整个施工过程控制不平衡弯矩在4 000 kN·m以内。

3.1 中跨合龙

利用滑移轨道将吊架牵引至合龙段上方，提升吊架，安装底板、顶板上的精轧螺纹钢吊杆并锁定吊架，再拆除滑移悬吊系统。吊杆固定后安装翼板外侧的防护体系(吊架就位示意如图2)，然后进行钢筋焊接、绑扎。其它工序与挂篮法施工连续箱梁相同，在此不再赘述。

图2 中跨合龙段混凝土浇筑吊架使用示意(单位:cm)

3.2 合龙段吊架纵移至49#墩并拆除

合龙段混凝土达到设计要求张拉后，拆除模板及钢管脚手架，安装滑移悬吊钢绳，解除精轧螺纹钢吊杆，利用卷扬机下放平台2.2 m左右。利用梁顶滑移系统纵移吊架至离49#墩8 m处，此时吊架及防护平台已移出既有线。纵移过程中，吊架距梁底最小高度50 cm，距接触网顶面最小高度159 cm，并根据要求利用链条葫芦动态调整平台高程。在既有线范围外放下吊架至承台附近，再完成平台及吊架拆除。