沪杭高速铁路箱梁安全高效架设施工技术

李 艾，史绍明，尹华东

(中交二航局沪杭铁路客运专线项目部，上海 201501)

1 工程概况

沪杭高速铁路位于长江三角洲西南缘及杭嘉湖平原地区，东连我国经济中心城市上海，西接国际知名旅游城市杭州，途经松江、金山、嘉兴、桐乡、海宁、余杭等市(区)，线路正线长度160 km。本标段主要工程有:路基1.986 km;桥梁15.203 km，其中特大桥有2座，分别为横潦泾特大桥和跨沪杭高速公路特大桥，共建2个预制场，分别设在2座特大桥中部，横潦泾特大桥共架设箱梁298榀，其中32 m箱梁245榀，24 m箱梁49榀，非标梁4榀，连续梁8座，架设过程中变跨30余次，过连续梁8次，调头3次。跨沪杭特大桥共需架设箱梁277榀，其中32 m箱梁226榀，24 m箱梁42榀，非标梁9榀，连续梁16座，架设过程中变跨35次，过连续梁16次，调头4次，变跨频繁、连续梁多、调头多是箱梁架设难点所在。

2 总体架设方案

2.1 主要施工设备

在沪杭高速铁路建设中设备配备有:HZQ900t级双线整体预制箱梁架桥机1台、MG450t级可纵横行走提梁机 2台、MBEC900t轮胎式运梁车 1台、TLMEL900t轮胎式搬梁机1台。

2.2 架设方案

两梁场均采用单梁单架方案，箱梁由场内900 t轮胎式搬梁机运输到提梁区，由设置在该处的2台450 t提梁机从地面提升到桥面900 t运梁车上，再沿桥面运梁。

箱梁架设采用900 t架桥机，架桥机前天车从运梁车上拖拉取梁，吊梁纵移到前方待架跨，下落、横移并微调箱梁就位后，将箱梁落放到墩顶4个500 t液压同步千斤顶上，经测量、调整高差无误后(4个千斤顶同时供油至计算值，达到4个支点受力均衡、高程一致)，灌注支座锚栓孔。支座砂浆达到强度后，架桥机尾部电动驱动轮子沿钢轨走行、前支腿步履纵移过孔，下导梁过孔就位，架设下一片箱梁。HZQ900型架桥机架梁工艺流程见图1。

图1 HZQ900型架桥机架梁工艺流程

3 高效架设箱梁施工工艺及要点简介

箱梁架设工作包含六大工序:提梁、运梁、喂梁、落梁、支座锚固、架桥机过孔。

3.1 架设准备

3.1.1 箱梁及设备检查

各种类型架桥机的安装、调试和架梁作业前应编制相应的架设工艺和安全质量保证措施，并符合现行《铁路架桥机架梁暂行规程》要求。成品箱梁架设前由制梁单位向架梁单位提供《箱梁制造技术证明书》，并共同对成品箱梁外观进行检查，成品箱梁外形尺寸及外观质量检查应符合《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》中表 6.1.12—2及表 6.1.12—3的规定［1～2］。

(1)确认设备已通过技术监督部门的审查认证，并具有产品合格证和形式试验报告单。

(2)确认设备已通过桥涵及路基设计单位的施工荷载验算。

(3)确保所有机组人员均已培训合格，并持证上岗。

(4)运架前设备操作员检查制动器、限位开关和紧急制动开关，保证其处于完好状态。

(5)设备操作员检查发动机、电气装置是否处于完好状态。

(6)机组人员检查钢丝绳是否处于张紧状态，卷筒槽、滑轮内的钢丝绳缠绕是否正常。

(7)机组人员检查设备及墩台上有无遗留工具和其他物件，以免在作业中坠落造成人员和设备事故。

3.1.2 梁下工程准备

(1)箱梁架设前由业主组织架梁单位、梁下施工单位、监理，对梁下工程进行交接。

(2)混凝土墩台交接前，墩台施工单位应对全桥中线、高程、跨度贯通测量，将相关资料移交架梁单位。并用墨线标出各墩台中心线、支座十字线、梁端线及锚栓孔位置。

(3)箱梁在运架前，梁下施工单位应及时清除路基、桥梁墩台上的障碍物［3］。

3.2 提梁

准备工作及要点简介。

(1)在准备安装箱梁内将架设需要物资(支座砂浆、水、支座锚锭钢棒等)放入箱梁内腔。

(2)提梁时，2台450 t提梁机同步提梁，在时间允许的情况下用1挡提梁，但为提高箱梁架设效率，可用2挡提梁，根据多榀箱梁的统计，从开始提梁到放置运梁车上时间70 min左右。

(3)在安装及拆除提梁机吊具时，配备6名工人，左右两侧同时安装和拆除吊具，可加快提运速度。

(4)在提完1榀箱梁完成后，将2台450 t提梁机吊具与下一榀箱梁连接，待需提梁时可立即提梁上运梁车。

3.3 运梁

3.3.1 运梁前准备

(1)运梁车应每天做好设备检查工作、包括燃油是否足够、胎压是否足够，做好维修保养，时刻让设备处于良好状态。

(2)应提前与桥面工作人员协商好，务必使运梁通道上无大件障碍物。

3.3.2 要点简介

(1)运梁车操作人员应非常熟悉操作程序，能准确地控制好运梁车方向，能稳住供油量使运梁车匀速前进。

(2)运梁车2名观察人员注意观察运梁车路线是否处于桥正中，并能及时清除桥面障碍，观察路基受力变化情况、箱梁平衡状态、轮胎受力情况以及减振油缸工作状态，遇有路面高差过大或桥缝错台严重时，应停车进行处理后再行驶。

(3)根据多榀箱梁的统计，重载运输箱梁到架桥机尾部需90 min左右，空载回梁场需70 min左右(运距为4 km)。

(4)根据以上的工序安排及时间统计，要确保提梁及运梁的高效施工，在运梁车喂完箱梁后开始返回时，提梁机开始提梁，待运梁车返回梁场后，箱梁也已提至运梁车位置，运梁车又可以进行下一榀箱梁的运输。

(5)运梁车装箱梁启动、起步应缓慢平稳，严禁突然加速或急刹车。重载运行速度控制在5 km/h以内，曲线、坡道地段应严格控制在3 km/h以内，当运梁车接近架桥机时应及时停车，在得到指令后才能喂梁。

3.4 喂梁［4］

3.4.1 工况步骤

工况1:运梁车运梁至架桥机(图2)。

运梁平车运梁行至架桥机尾部制动;

前吊梁行车与梁体前端通过吊具连接。

图2 运梁车运梁至架桥机

工况2:前吊梁行车吊梁前行(图3)。

前吊梁行车拖梁和运梁平车上后台车配合前移梁体;

梁体继续前移，梁体后端至架桥机尾部;

后吊梁行车与梁体后端通过吊具连接;

前后吊梁行车共同配合前移梁体。

3.4.2 要点简介

(1)运梁车喂梁时，安排6人安装1、2号天车吊具，每3人1组，左右2侧同时安装，可减少喂梁使用时间;

(2)检查架桥机发电机、卷扬机、制动器、各液压泵站、钢丝绳及吊具是否正常;

(3)待前天车和运梁车驱动链条拉直后，可用2挡喂梁，但到喂梁结束前必须提前减速，待喂到规定设计位置时，立即停止喂梁。此状态下的喂梁时间为40 min左右。

图3 前吊梁行车吊梁前行

3.5 落梁

3.5.1 工况步骤

工况1:前后吊梁行车行至架梁段落梁(图4)。

前后吊梁行车载梁行至架桥机架梁段;

降低梁体高度距离墩面200 mm。

工况2:梁体就位(图5)。

前后、左右调整梁体位置，梁体就位;

灌浆待砂浆强度达到20 MPa后架桥机准备过孔。

图4 前后吊梁行车行至架梁段落梁

图5 落梁就位

3.5.2 要点简介

(1)在设备正常情况下，移、落梁均可使用2挡，使用时间为20 min左右;

(2)移、落梁时，可将拆除的临时钢轨连接上，以便能及时拖拉钢轨;

(3)同时，还可将临时钢轨的放置基准线画好，使架桥机能在过孔时顺利沿钢轨行走，避免出现啃轨等不正常现象;

(4)在落梁至千斤顶上时，根据垫石上的墨线高程，大致将4个500 t吊梁千斤顶顶升到该高程位置，可略高于该高程，以便调整箱梁的高程;

(5)测量人员在报出箱梁实际高度与设计高程的高差后，应根据箱梁的4个观测点的测量高度全面考虑，使箱梁以较快的时间调整到位。

3.5.3 架设梁高程计算

预制梁架设后，与相邻预制梁端的桥面高差不应大于10 mm，支点处桥面高程误差应在+0～－20 mm。要达到此项规范要求应做好以下计算:

(1)进行桥墩台垫石高程的复测，计算出桥墩垫石的实际高程，然后与设计高程进行比较，得到实际高程与设计高程的差值为±X1;

(2)进行箱梁梁高的复测，复测支座中心线与线路中心线的交点处的梁高，在大里程、小里程方向共4个点进行测量，用测量出的同一端的梁高取其平均值，用同一端梁高的平均值与设计梁高进行比较，得到的差值为±X2;

(3)控制梁底与垫石顶的高程，进行相关的计算，以32 m箱梁为例:支座高度为280 mm，设计的灌浆高度为28 mm，在实际架梁控制中，最终的梁面高程比设计低8 mm，计算公式为

前3步的计算结果应满足支座砂浆的厚度在20～30 mm，同时应满足相邻箱梁梁端的高差小于3 mm，还应满足4个临时千斤顶每支点反力与4个支点反力的平均值相差不超过±5%，如果计算结果不能满足上述条件，要求梁场对箱梁进行处理。图6为架桥机架梁现场。

图6 900 t架桥机架梁现场

3.6 支座锚固灌浆

3.6.1 支座锚固灌浆工序

(1)凿毛支座就位部位的支撑垫石表面，清除预留锚栓孔中的杂物，并用水将支撑垫石表面浸湿。

(2)安装灌浆用预制钢模模板，底面设1层4 mm厚橡胶防漏条，通过膨胀螺栓固定在支撑垫石顶面。

(3)架梁之前在梁的4个支撑垫石旁摆放千斤顶。

(4)利用架桥机调整梁体位置和高程，使螺母对准支撑垫石上预留锚栓孔，用薄型液压缸调整支点反力，使每个支点反力不超过4个支点平均反力的5%，拧紧薄型液压缸的锁定螺母。

(5)采用流动性非常好的灌浆材料灌注。在支座与支撑垫石之间进行重力式灌浆。灌浆过程中应从支座中心部位向四周注浆，直至从钢模与支座底板周边间隙观察到灌浆材料全部灌满为止，不允许中间缺浆。

3.6.2 灌浆要点

(1)灌浆前，将支座锚固孔中的水及杂物清除出来，放置好灌浆模板，并将模板下部缝隙堵塞，防止支座砂浆泄漏。

(2)根据锚固孔洞大小，计算好需要的支座砂浆量，实际用量可略多于计算量。

(3)支座砂浆水灰比控制在0.13～0.15，确保灌浆层的密实度和砂浆强度也能按时达到。

(4)使用2个重力式灌浆漏斗，可同时灌注箱梁一端2个支座，可缩短灌浆时间，使灌浆时间控制在30 min左右。

3.7 架桥机过孔［4］

3.7.1 架桥机准备过孔

箱梁支座灌浆见后面的支座安装工艺，箱梁就位进行支座灌浆，采用重力式灌浆法，当浆体强度达到20 MPa后，就可拆除千斤顶，前后吊梁小车的吊具及吊杆脱离梁体，架桥机开始准备移到下一跨。

3.7.2 主梁前行过孔

工况1:架桥机架设该孔完毕，架桥机准备过孔(图7)。

于桥面铺设架桥机临时轨道;

解除架桥机后支腿台车下部4个液压顶，台车轮落于轨面上;

顶升辅支腿油缸，使前支腿下调整节离开墩面。

工况2:架桥机前移(图8)。

图7 架桥机架设该孔完毕，架桥机准备过孔

图8 架桥机前移

开动后支腿台车电机，使架桥机前移;

架桥机前移至设计位置;

安装后支腿台车液压顶侧面4个调整垫块;

收回辅支腿油缸，调整前支腿，支平主梁。

3.7.3 要点简介

(1)待箱梁落至4个临时千斤顶后，方可拆除前后天车的吊具与箱梁的连接，并将“O”形腿油缸顶升，取出垫塞于架桥机下的铁板及木板拖拉钢轨，并用铁板垫塞钢轨下悬空位置，此工作可在灌浆时同时进行;

(2)主梁过孔时如轨道摆放居中并梁面平顺，可用3档运行，但在临近梁端时必须减速。主梁过孔的时间在20 min左右;

(3)在垫塞“O”形腿下部的铁板及木板的同时，可将前天车和导梁连接，做好导梁过孔第一步的工作。

3.8 下导梁过孔

3.8.1 工况步骤

工况1:下导梁纵移第一步(图9)。

前吊梁行车前移吊起下导梁后端;辅支腿台车吊轮吊起下导梁前端;

前吊梁行车前移，推动下导梁前移;

下导梁行至其中心稍后辅支腿1 m处停止，辅助天车捆吊下导梁。

图9 导梁过孔第一步

工况2:下导梁纵移第二步(图10)。

前吊梁行车和辅助天车吊下导梁同时前移;

前吊梁行车行至前支腿附近停止;

解除前吊梁行车捆吊。

图10 导梁过孔第二步

工况3:下导梁纵移第三步(图11)。

辅助天车继续拖动下导梁前移;

辅助天车拖动下导梁至设计位置;

支平、调整、稳固下导梁;

拆除架桥机临时轨道;

全面检查，架桥机准备架梁。

图11 架桥机导梁过孔完毕

3.8.2 要点简介

(1)下导梁过孔时，待行走平稳时可使用3档前进，但在每一步结束之前必须减速停止，做好下导梁过孔的下一步准备工作;

(2)导梁纵移过孔完成后，再整体检查1次，准备下榀箱梁的安装工作;

(3)导梁过孔时间和退前天车时间共计需要50 min左右。

3.9 其他工序安排

在箱梁安装前必须检查垫石预埋锚固孔位置是否正确，如不正确应及时修正，以免落梁后锚固螺杆放置不到预埋孔中，造成将箱梁提起，修整预埋孔洞，这样既延长箱梁安装时间又存在较大安全隐患，对设备也是一种损伤。

日常要注意各设备的维修保养，检查出问题必须尽快处理，很多大问题都是由小问题没有及时处理而造成的。因此，维修保养一定需要到位，尽可能地避免设备在工作进行过程中出现故障，影响施工作业。

高效架设安装工序见图12。

图12 高效架设安装工序

3.10 高效架设箱梁工效分析(不计等待砂浆强度时间)(图13)

图13 架梁功效分析

4 采用新工艺及设备改造意见

4.1 设备特点

(1)简支架设:可伸缩式的柔性前支腿、刚性O型后支腿两支点支撑主梁，形成架梁状态为一跨简支状态，受力明确;

(2)简支过孔:吊梁小车、辅助天车及辅支腿相互配合，使架桥机过孔状态为一跨简支状态，整机纵向稳定性较大，安全性高;

(3)梁体吊装稳定性好:2台吊梁小车相互配合，携梁三维运动，满足梁体同步吊运、横向微动调整，吊装梁体采用四点起吊、三点平衡，梁体受力状态好;

(4)作业效率高:架梁、运梁工序分离，提高施工作业效率;

(5)安全可靠:起吊装置配置监控报警、紧急制动装置、极限限位装置、超载保护装置、卷扬机双级制动、工作环境风力测控装置;

(6)变跨调整方便:辅支腿、前支腿等互相配合，满足架桥机变跨调整需要;

(7)配备梁体横向微调功能，对位误差≤2 mm。

4.2 新工艺简介

HZQ900架桥机正常变跨工艺为需变下导梁前支腿、前支腿及辅助支腿3个部件，由于沪杭高速铁路3标跨沪杭特大桥箱梁安装存在连续梁多、变跨的特点，根据架桥机设计情况、现场箱梁安装经验得出:当遇设计为大跨度中间夹一榀小跨度(如:32 m—24 m—32 m)的箱梁安装时，可采用变导梁前支腿、整机前支腿，不变辅助支腿的新工艺。采用此工艺可节约变跨时间3 h左右，具体工艺步骤如下:

步骤一:当32 m箱梁架设完成后，做好架桥机过孔准备(图14);

步骤二:架桥机前行24 m，架桥机前支腿到达前方墩顶(图15);

步骤三:架桥机到达前方墩顶后，插入架桥机前支腿销轴，垫好“O”形腿下部枕木。变下导梁为32 m，按照下导梁的过孔要求，调运下导梁过孔(图16);

图14 架设完毕32 m箱梁

步骤四:拆除前支腿上部螺栓，利用前支腿上部行走将前支腿变为24 m，再将整机前行8 m，将前支腿放置于墩顶，连接前支腿上部螺栓。插入前支腿销轴。全面检查，进入架梁工况(图17、图18)。

图15 整机走行到前支腿到达墩顶

图16 下导梁过孔边跨过孔(单位:mm)

图17 前支腿变跨(单位:mm)

图18 变跨完成，架梁状态(单位:mm)

4.3 设备改进意见

HZQ900t架桥机有具有以上特点，但有的部件还有待改进，如:架桥机掉头使用的吊装工具，安装和拆卸都比较困难，延长了调头转场时间，且安全风险较大;在调头后安装与连续梁相连接的中间一跨时，由于导梁不够长，需要再次安装前支腿下部分及导梁后支腿，并且待导梁后支腿安装后又立即拆卸，这样，也延长了架桥机调头转场时间。

5 结语

通过以上的工序安排后，从喂梁、灌浆、等待支座砂浆强度到架桥机过孔完毕具备安装下孔箱梁条件大约需要330 min到360 min。但在天气条件允许，各设备状况良好，工期比较紧张的情况下，实行带顶过跨方案，可节省等待支座砂浆强度时间120 min，从而达到安装一孔箱梁的时间缩短到210 min到240 min，能够实现24 h内架设5～6孔箱梁。

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