连续钢箱梁拖拉系统设计及施工.pdf

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·桥涵工程·收稿日期:20151201基金项目:中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司2014年度科技研发项目(科研[2014-04]号)连续钢箱梁拖拉系统设计及施工李志伟(中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司上海200070)摘要以丹阳市齐梁路上跨沪宁城际铁路、京沪铁路立交工程第七联(30+35+35)m连续钢箱梁采用拖拉施工为例,通过设计的整体支架体系,使卷扬机、滑轮组形成的施力系统与连续钢箱梁结构优点结合,研发了一整套连续钢箱梁跨铁路拖拉施工技术。该技术解决了现有连续钢箱梁顶推施工速度慢,增加临时辅助墩对铁路运营安全影响大的问题。关键词连续钢箱梁拖拉施工重物移运器纠偏中图分类号U445.461文献标识码A+B文章编号10094539(2016)04002804DesignandConstructionofContinuousSteelBoxBeamDraggingSystemLiZhiwei(ChinaRailway24thBureauGroupShanghaiRailwayCo.Ltd.,Shanghai200070,China)AbstractTakingtheexampleofthedraggingconstructionofcontinuoussteelboxbeamappliedtoShanghai-NanjingInter-cityHigh-speedRailwayoverQiliangRoad,DanyangCity,andtheBeijing-ShanghaiRailwayflyoverengineering7thunit(30+35+35)m,thestudydesignedanoverallsupportsystemtocombinetheforcedsystemconsistedofwindingengineandpulleywithcontinuoussteelboxbeams,anddevelopedasetoftrans-railwaydraggingconstructiontechnologyofcontin-uoussteelboxbeam,whichsolvedtheproblemsofslowjackingconstructionspeedandnegativeeffectoftemporaryauxiliarypieronrailwayoperationsafety.Keywordscontinuoussteelboxbeam;draggingconstruction;weightshifter;rectification1概述新建丹阳市齐梁路上跨沪宁城际铁路、京沪铁路立交工程第七联为总长100m连续钢箱梁上跨沪宁城际铁路、京沪铁路。钢箱梁顶宽21.2m,底宽16.88m,梁体位于竖曲线上,钢箱梁底设计为水平,采用单箱四室变高截面使梁顶适应竖曲线线形。连续钢箱梁分为76m直线段和24m曲线段,直线段钢箱梁通过拖拉方法[1]跨铁路架设完成后拼装剩余曲线段钢箱梁。通过本工程的实施,连续钢箱梁跨铁路拖拉施工技术具有施工影响铁路行车时间短且能够有效保证铁路行车安全的优势,将成为新建桥梁跨铁路施工技术发展的新方向。2方案选择由于该连续钢箱梁同时跨越沪宁城际铁路和京沪铁路两条繁忙干线,根据铁路相关规定和确保铁路运营安全,连续钢箱梁架设方案的确定尤为重要。依据连续钢箱梁跨铁路运营线施工经验,并结合该桥施工所受铁路运营影响及工期要求,对顶推施工和拖拉施工两种方案进行比选。2.1连续钢箱梁顶推施工方案连续钢箱梁顶推施工[2-5]采用ZLD自动连续顶推系统,根据已有顶推施工经验,在沪宁城际铁路一个检修时间段(4h)内连续顶推最长距离为24m,而上跨两条铁路线的单孔桥跨距离为35m,根据高速铁路运营安全相关管理规定,高速铁路运营期间上方不得出现悬臂状态结构物,进而需在沪宁城际铁路两82铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·桥涵工程·侧增设临时辅助墩方法缩短顶推时悬臂长度,临时支墩作为顶推时悬臂钢导梁的竖向临时支点悬停之用。同理在顶推跨京沪铁路线时必须在京沪铁路线两侧增设临时辅助墩,以减少悬臂长度。此方案的实施较为困难,首先在沪宁城际铁路和京沪铁路两侧增设临时辅助墩存在较大安全隐患,为满足条件要求,临时辅助墩必须设置在沪宁城际铁路和京沪铁路路基上,而辅助墩基础加固处理须采用钻孔灌注桩基或扩大基础,其施工使沪宁城际铁路和京沪铁路的运营安全难以保障,特别是两线之间不具备辅助墩施工条件;其次根据铁路运营安全管理规定,顶推施工需全部在沪宁城际铁路检修时间段内,此时间段内京沪铁路线需停止运营6趟列车以上方才有足够时间完成连续钢箱梁顶推跨京沪铁路线,其对铁路运营影响非常大。因此连续钢箱梁顶推施工方案不适合该工程。2.2连续钢箱梁拖拉施工方案通过将钢箱梁拼装支架与桥梁下部结构相结合形成的整体稳定结构体系作为连续钢箱梁拖拉施工平台,根据滑轮组机械原理将钢丝绳往复穿绕的动、定滑轮组与功率、容绳量选配合适的电动卷扬机相结合[6],作为连续钢箱梁拖拉施工动力系统。定滑轮组固定在沪宁城际铁路北侧17#桥墩盖梁上,动滑轮组设置在钢箱梁底部后方单次拖拉所需长度位置处,每步拖拉结束后根据下步拖拉长度向后方调整位置与钢箱梁底重新焊接加固。利用连续钢箱梁底为平面的优势,将其作为滚动滑移上滑道,同时设计加工一套连续滚轮支点设备(重物移运器[7])和钢箱梁拖拉走行方向纠偏控制设备(纠偏导向轮)。连续钢箱梁拖拉方向由北向南依次跨越沪宁城际铁路和京沪铁路。此方案充分利用了连续钢箱梁自身结构和配套设备2点,经计算,连续钢箱梁拖拉施工速度能够控制在0.6m/min以上,既能在一个沪宁城际检修时间段(4h)内完成跨沪宁城际铁路施工,同时分步骤进行跨京沪铁路拖拉施工,可以最大程度降低对京沪铁路运营的影响。采用连续钢箱梁拖拉施工能够取消在沪宁城际铁路和京沪铁路两侧增设辅助墩的辅助措施,大大降低了施工对铁路线运营安全的影响。因此该工程选择连续钢箱梁拖拉施工方案更为合理。3连续钢箱梁拖拉系统设计3.1支架设计设计原理是将拖拉动力系统、钢箱梁、支点滚轮设备、整体支架形成力学平衡体系,即卷扬机给钢丝绳施加拉力,经滑轮组机械转换,使17#墩上定滑轮提供水平拉力,水平拉动钢箱梁向前滑动抵抗支点滚轮设备的摩擦力,摩擦反力通过支架纵梁又传递至17#墩成为与拖拉力大小相同方向相反的力,如此拖拉动力系统、钢箱梁、支点滚轮设备、整体支架构成了一个力学平衡体系。此体系中支架、纵梁与桥墩必须进行纵向顶紧、加强,以保证力的有效传递。3.1.1支架与基础支架除作为钢箱梁拼装平台以外,还作为拖拉施工平台。重型支架钢立柱[8]采用φ609×16mm钢管,纵、横梁采用45#型钢,3条纵梁位于横梁上方,纵向贯通整个支架,与桥墩盖梁相交处加焊钢板和盖梁顶紧密贴。钢立柱之间连接剪刀撑采用22#槽钢,节点板采用厚度12mm钢板。支架基础采用三条钢筋混凝土地梁纵向贯通,横向设置钢筋混凝土联系梁进行加固,纵向混凝土地梁轴线与拖拉行进轴线平行,以保证支架整体稳定性,见图1。图1整体支架体系图3.1.2桥墩加固由于静摩擦力大于动摩擦力即钢箱梁拖拉启动时存在冲击力,通过计算17#墩盖梁顶需承受最大780kN的水平力,为确保安全对17#墩采取钢管斜撑加固,钢管斜撑底脚部位采用扩大基础与支架的钢筋混凝土地梁同时浇筑形成整体。3.2拖拉动力系统设计在地面混凝土基础上固定2台JM8B(80kN)卷扬机作为动力输出源,在17#墩盖梁顶安装2组定滑轮组,在钢箱梁底安装2组动滑轮组,选用直径为φ21.5mm的6×19+FC纤维芯钢丝绳(抗拉强度不小于1770MPa,最小破断拉力不小于263kN)将卷扬机,动、定滑轮组联系成一套拖拉动力系统,见图2。92铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·桥涵工程·图2拖拉动力系统构造图3.2.1拖拉力计算[9]钢箱梁拖拉段总长92m,总重量为1080t(包含76m主梁950t和16m导梁50t,以及80t监测网基础等),钢箱梁与重物移运器之间的静摩擦系数为0.06,滚动摩擦系数小于0.04。(1)最大静摩擦力FF=K×(G×f+G×I)(1)式中:K—安全系数,取1.2;G—顶推结构重量,为10800kN;f—静摩擦系数,取0.06;I—结构设计的坡度,本工程i=0。经计算:F静=1.2×10800×0.06=780kN(2)滚动摩擦力(滚动摩擦系数取0.04)由公式(1),得:F动=1.2×10800×0.04=520kN3.2.2拖拉速度计算选用JM8B(80kN)慢速电动卷扬机2台,每台配置动、定6门轮滑轮组穿绕牵引钢丝绳拖拉钢梁。钢丝绳倍率:i=2×5=10牵引力:2×80×10=1600kN>780kN(启动静摩擦力)每台卷扬机容绳量为460m,平均出绳速度为6m/min,滑轮组钢丝绳倍率i=10。因此,选择电动卷扬机牵引速度:6/10=0.6m/min。卷扬机拖拉钢箱梁时必须留5圈,约计10m,地面导向轮与卷扬机之间距离约为25m,定滑轮与导向轮之间距离为15m,所以允许最大拖拉距离为(460-10-25-15)/10=41m。3.3滑轮组设置动滑轮选用500kN级6门滑轮组安装在钢箱梁底反力架上,反力架与钢箱梁底采用电焊连接,根据实际需要动滑轮第一次安装位置离导梁端头20m处作为试拖拉14m之用,第二次安装位置离导梁端头40m处作为一个铁路检修时间段(4h)内跨沪宁城际铁路之用,第三次安装位置离导梁端头80m处作为后两次拖拉跨京沪铁路之用,第四次安装位置距导梁前段92m处作为连续钢箱梁拖拉架设就位之用。3.4施力同步控制为使实际拖拉施工中2套动力系统运转时钢箱梁后端受力与前进轴线统一,2套动力系统钢丝绳采取串联方式,以确保钢箱梁按照预定轴线前进,从技术层面上减少纠偏工作量,使每阶段施工所用时间最短,降低对铁路运营安全的影响,见图3。图3钢丝绳排绳布置3.5连续滚轮支点设备(重物移运器)设置连续钢箱梁滑动轨道为左右两条轨道线,位于动、定滑轮组施力轴线内侧,见图4。图4拖拉走行轨道与施力轴线关系图设计、加工16台规格为400t重物移运器和16台规格为200t重物移运器,其中6台400t重物移运器固定14#、15#、16#桥墩盖梁上,为防止拖拉过程中钢箱梁后端悬臂过大,在400t重物移运器中间加设200t重物移运器作为跨中支点。在17#、18#桥墩上分别固定4台400t重物移运器,其中2台1组,在19#桥图5400t重物移运器墩上固定2台400t重物移运器。重物移运器安装在两条拖拉轨道线上,其顶面标高误差不大于2mm。图5为400t重物移运器。03铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·桥涵工程·3.6纠偏导向轮设置钢箱梁在拖拉过程中可能会出现行进轴线偏移现象,须在重型支架、桥墩上设置10套横向可调节的纠偏导向轮,分别设置在14#至16#桥墩间重型支架上的重物移运器外侧和17#、18#桥墩上。纠偏导向轮为横向可调式,由导向滚轮、可调顶丝底座和30t级螺旋顶构成。拖拉过程中利用纠偏导向轮对钢箱梁进行主动纠偏[10],拖拉过程中竖向滚轮与钢箱梁底板预留2cm间隙。为避免导向轮在导向纠偏过程中与钢箱梁侧腹板接触力过大,造成钢箱梁侧腹板变形,要严格控制导向轮安装高度,使导向轮施力点在钢箱梁底板侧边缘。3.7导梁导引钢箱梁前端连接16m长导梁[11],导梁前端设置船头坡,长度2m、坡度12.5%,同时在导梁端头焊接辅助接收托梁,若拖拉过程中导梁前段挠度大于250mm时,不能顺利过渡到重物移运器上时,安装顶升油顶在400t重物移运器上,将导梁顶升至水平后继续拖拉使导梁顺利前移至400t重物移运器上,减少导梁前移对桥墩的冲击破坏。见图6。图6导梁接收装置构造图4连续钢箱梁拖拉施工4.1连续钢箱梁拖拉施工步骤第一次拖拉在沪宁城际检修时间段内,拖拉距离为37m,导梁到达18#桥墩形成简支结构,拖拉和纠偏需要62min。此步骤全部可以在沪宁城际检修时间段内完成,对京沪铁路不产生影响。第一次拖拉完成后动滑轮组向后移,其安装位置离导梁端头80m处作为后两次拖拉跨京沪铁路之用。第二次拖拉距离为15m,导梁前端悬臂在京沪铁路上行线上方,为1/2跨距处,拖拉和纠偏需要25min。此步骤需在沪宁城际检修时间段内的京沪铁路封锁点内完成,充分利用京沪铁路列车运营时间间隙完成拖拉各项施工作业。第三次拖拉距离为20m,导梁前端到达19#墩形成简支结构,拖拉和纠偏需要34min。同样此步骤与第二次拖拉相同,充分利用京沪铁路列车运营时间间隙完成拖拉各项施工作业。动滑轮组向后移,其安装位置距离导梁前端92m处作为第四次拖拉架设就位之用。第四次拖拉距离为14m,连续钢箱梁拖拉架设就位,拖拉和纠偏需要24min。同样此步骤与二、三次拖拉步骤相同。第五次拆除导梁,连续钢箱梁落梁及曲线段钢箱梁拼装施工。见图7。图7连续钢箱梁拖拉架设施工步骤(单位:mm,标高除外)4.2连续钢箱梁落梁施工在17#、18#、19#桥墩上各布置2台320t油顶,并各配1台泵站。将钢箱梁均匀顶起,边顶边垫钢板,使钢箱梁暂时支撑在钢垫板上,拆除重物移运器等设备后进行落梁施工[12],钢箱梁落梁时两侧同时抽取20mm×400mm×400mm钢垫板进行落梁,边落边撤钢垫板,使梁的脱空距离保持在2cm,防止油顶破坏造成钢箱梁倾斜。依次从18#-17#-19#桥墩上落梁,这样循环下落直到钢箱梁完全落(下转第52页)13铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)·隧道/地下工程·(2)分析现场监测数据可知,考虑应变软化的围岩与支护结构相互作用关系更符合工程实际情况,采用收敛-约束法计算隧道安全稳定性更加直观,提出的软弱围岩力学模型及围岩稳定性计算方法对工程实际具有一定指导作用。(3)针对煤系岩层的力学特征,在开挖支护过程中应加强对裸露岩层的保护,应及时初喷混凝土,防止岩体风化及被水侵蚀,可适当增加系统锚杆的长度,提高煤系岩层锚固圈的自承载能力。参考文献[1]刘成禹,何满潮.深埋隧道地质构造发育段围岩压力的特点[J].岩土力学,2014,35(4):1101-1110.[2]L.R.ALEJANO,E.ALONSO.Applicationoftheconver-genceconfinementmethodtotunnelsinrockmassesex-hibitingHoek-Brownstrain-softeningbehaviour[J].In-ternationalJournalofRockMechanicsandMiningSci-ences,2010,47(6):150-160.[3]CaiM,KaiseraPK,UnobH,etal.DeterminationofresidualstrengthparametersofjointedrockmassesusingtheGSIsys-tem[J].InternationalJournalofRockMechanicsandMin-ingSciences,2007(44):247-265.[4]张运庭.浅埋软弱地层隧道围岩稳定性分析及综合施工技术[J].铁道建筑技术,2014(5):86-88.[5]蔡超.公路隧道施工过程分析及支护参数评价[J].铁道建筑技术,2014(1):86-89.[6]汪成兵,朱合华.埋深对软弱隧道围岩破坏影响机制试验研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(12):2442-2449.[7]Carranza-Torres,C.Fairhurst.Applicationofconvergence-confinementmethodoftunneldesigntorockmassesthatsatisfytheHoek-Brownfailurecriterion[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,2000,15(2):187-213.[8]孙闯,张向东,刘家顺.基于Hoek-Brown强度准则的应变软化模型在隧道工程中的应用[J].岩土力学,2013,34(10):2954-2961.[9]HoekE,Caranza-TorresCT,CorcumB.Hoek-Brownfail-urecriterion[C]∥ProceedingsoftheNorthAmericanRockMechanicsSociety.Toronto:MiningInnovationandTechnology,2002:267-273.[10]陆银龙,王连国,杨峰.软弱岩石峰后应变软化力学特性研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(3):640-649.[11]OresteP.P.Analysisofstructuralinteractionintunnel-susingtheconvergence-confinementapproach[J].Tunnel-lingandUndergroundSpaceTechnology,2003(18):347-363.[12]GunterG.Gschwandtner.Inputtotheapplicationoftheconvergenceconfinementmethodwithtime-dependentma-terialbehaviourofthesupport[J].TunnellingandUn-dergroundSpaceTechnology,2012,10(2):檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪13-22.(上接第31页)到永久支座上为止。落梁过程中各位置纠偏导向轮要与钢箱梁顶紧,防止钢箱梁出现横移偏位。5结束语采用连续钢箱梁拖拉系统设计解决了现有顶推系统运转速度慢的问题,拖拉系统运转速度能够达到0.6m/min以上;采用此项技术施工取消了铁路线两侧增加辅助墩措施,大大减小了对铁路运营安全的影响。通过本工程的实施,连续钢箱梁拖拉系统设计及施工对今后上跨铁路桥梁的设计和施工具有一定的参考价值。参考文献[1]侯景德.钢桁梁反向拖拉架设施工技术[J].山东交通学院学报,2007,14(4):68-70.[2]董启军.连续钢箱梁顶推施工[J].哈尔滨铁道科技,2005(5):20-22.[3]郭胜飚.公路桥梁钢箱梁顶推施工技术探讨[J].中外建筑,2008(7):202-204.[4]张晓东.桥梁顶推施工技术[J].公路,2003(9):45-48.[5]张银生.苏州市人民路北延宽幅钢箱梁顶推施工技术[J].铁道建筑技术,2011(11):14-17.[6]郭育宏.卷扬机滑轮组系统在锅炉汽包吊装中的应用[J].机械工程与自动化,2006(4):152-153.[7]曹振刚,刘旭.重物移运器在大型设备拖运中的应用[J].湖南电力,2010,30(2):40-42.[8]孙勇,刘洋,常绍杰.钢管格型构造柱在钢箱梁安装中的应用[J].港工技术,2011,48(5):38-40.[9]周水兴,何兆益,邹毅松,等.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2006:571-572.[10]乔宗林,陆凤翚.钢箱梁顶推施工方案和监控方案[J].华东公路,2007(1):46-48.[11]胡兴光.浅谈顶推法施工中导梁优化设计与施工技术[J].铁道建筑技术,2010(S1):125-127.[12]马明军,吴鸿胜,李雁鸣,等.跨越铁路主干线的钢箱梁落梁施工方法:中国,CN103556575A[P].2014-02-05.25铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(04)
布丁老师
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