自锁爬行顶推架设大跨度钢梁技术-secret.doc

自锁爬行顶推架设大跨度钢梁技术1 前言对于大跨度钢梁，目前架设的主要方法有拖拉法、浮运法、浮运拖拉法、悬臂拼装法等，在特殊条件也有采用悬索吊装法和转体架设法的。顶推法在钢梁的架设中不多见，它主要适用于短距离纵移桥梁，或用于横移架梁、横移更换旧梁等，对于大跨度钢梁采用顶推法时不便于设置连续的上滑道和顶推反力座，或者能够设置也不经济，因此，在架设钢梁时桥梁建设者一般不采用顶推法。龙泉港特大桥是上海浦东铁路的控制工程之一，该桥主跨为1-80M下承式钢桁梁，总重400T。该桥的钢桁梁架设难度较大，经过对浮运拖拉法、单点顶推浮运法反复比较，认为这两种方法都有一定的局限性，投入大、安全程度低、作业程序烦琐。在反复调研国内外资料的前提下，提出了自锁爬行顶推浮运架设钢桁梁的方案，就是在桥头路基中线上拼好钢梁，液压自锁油缸工作使液压自锁器紧卡在下滑道钢轨上作千斤顶反力座提供反力，顶推液压缸则开始顶推，钢梁稳速前进，顶推液压缸到达预定位置时，顶推停止，液压自锁器松开，顶推液压缸回程并带动液压自锁器一同前移，顶推液压缸回收后，液压自锁器再度卡紧钢轨，开始顶推。如此循环，将钢梁顶推前进。2 自锁爬行顶推法施工的技术原理自锁爬行顶推法施工原理是沿桥轴纵轴方向的台后设置钢梁预拼场,分阶段将钢梁拼装完成。顶推液压缸一端连在钢桁梁下弦尾端，另一端连在液压自锁器上，每桁一套。液压自锁器在油缸的作用下锁紧钢轨, 顶推液压缸开始顶推，当顶推液压缸活塞到不超过一个行程的预定位置后,停止顶推，液压自锁器松开，顶推液压缸回程并带动液压自锁器一齐向前运动。待顶推液压缸活塞收回后，液压自锁器再度锁紧在下滑道钢轨上，又开始顶推并借助履带小车运行装置，就这样将梁逐段向前顶推，就位后落梁，更换正式支座。自锁爬行顶推的动力学原理可用下述数学表达式表示：当集中的顶推力HKRi（fii）时，梁体才能向前移动。式中：K是安全系数，一般取1.52.0；Ri第i个履带小车承受的垂直支反力；fi履带小车的滚轮与轨道间的静摩擦系数；i桥梁纵坡坡率，“+”为上坡顶推，“”为下坡顶推。这个表达式的物理意义是：如果千斤顶施力之和大于水平摩阻力梁的水平分力之和（上坡顶推为+，下坡顶推为），则梁体移动，反之，则梁体不动。液压自锁器的自锁动力学原理可用下述数学表达式表示：自锁力fN（LL*）顶推力KH时，才能提供足够的顶推反力。式中：N液压自锁器油缸提供的顶力；L液压自锁器油缸中心至支点的距离；L*液压自锁器钳口中心至支点的距离；液压自锁器钳口与钢轨间的摩擦系数；K是安全系数，一般取1.52.0H顶推力。这个表达式的物理意义是：如果液压自锁器提供的自锁力大于顶推反力，则液压自锁器在水平顶推力作用下不会移动，反之，液压自锁器会移动。3 自锁爬行顶推设备自锁爬行顶推设备主要包括液压自锁器、顶推液压缸、集中控制泵站以及履带小车等设备。见下图3.1履带小车履带小车为顶推架梁设备中的上滑道，链板传动，多轴滚动，体积小、宜安装布置,与钢轨轨道接触长度不小于60cm。为控制钢梁前进的方向，在履带小车前后的竖板上增设了导向轮，导向轮与钢轨间的间隙为5mm。3.2液压自锁器液压自锁器是承受顶推反力的主要装置，由自锁油缸、钳臂和铰轴、铰轴连接板组成。通过液压自锁器锁定钢轨产生摩擦阻力，提供顶推反力，共四套。3.3顶推液压缸其结构与普通液压缸基本相同，有滑塞、油缸和注排油孔等，油缸长度1.2m，最大行程1.0m。不同的是顶推液压缸前端与履带小车相连，设计采用了可自由旋转的圆环形接头，后端与液压自锁器相连，设计采用了圆环形接头。4 龙泉港特大桥钢桁梁架设施工4.1工程概况龙泉港特大桥是上海浦东铁路的控制工程之一，该桥主跨为1-80M下承式钢桁梁，总重约为400T。特大桥主跨与龙泉港河道相交呈36角。龙泉港河面宽度43m，为级航道，最高水位时，通航净高为5.0米。河道中心水深常年保持在4m左右，两侧河岸水深较浅，在0.81.5m之间。4.2总体施工方案龙泉港特大桥钢桁梁跨度大且为特别设计，同时根据施工现场的水文地质情况、通航要求、工期的要求等，从多方面考虑，龙泉港特大桥钢桁梁架设方案决定选用自锁爬行顶推设备顶推浮拖法。具体做法：在台后路基两侧设杆件存放、预拼及拼架场地，利用桥台、1#桥墩和桥台后的路基，搭设临时膺架和临时支架，在临时膺架和台后路基上拼装钢桁梁，拼装完毕后，利用浮船和自锁爬行顶推设备将钢桁梁浮拖至2#桥墩上。整个顶推过程分三个步骤：一、悬臂顶推；二、浮顶推；三、浮船撤出。见下图4.3施工工艺流程见下图施 工 准 备下 滑 道 调 整浮 墩 试 运 行安装履带小车浮墩进入工作状态同 步 调 整拼 装 钢 梁安装顶推设备试 顶 推悬 臂 顶 推浮 墩 到 位压 重排 水 起 顶半浮顶推架梁钢 梁 就 位拆除各系统结 束施工工艺流程图4.4施工工艺4.4.1安装下滑道首先对桥台处的路基进行碾压、平整，压实度须达到95%以上，再铺设碎石。利用桥台、1#桥墩搭设六五式军用墩临时支架和六四式军用梁临时膺架，在桥台处路基和两侧膺架上安放枕木、钢枕，两侧临时膺架之间中心间距为6.4M，枕木或钢枕之间中心净间距不大于为15CM，在两侧枕木或钢枕上各铺设两根P50钢轨，一侧下滑道的两根钢轨间距为55CM（略比下弦宽度46CM宽），两根钢轨与钢桁梁下弦中心线平行且对称分布在下弦中心线两侧，保证两根钢轨受力均均衡。在下滑道上完成钢桁梁拼装。4.4.2安装上滑道（履带小车）用千斤顶将钢梁顶起，将履带小车按设计布置逐个与钢梁节点连接。4.4.3安装顶推设备将事先调好、油缸同步的顶推设备顶推油缸的一端连在履带小车尾端的连接件上，另一端连在自锁器上，每桁一套，将泵站装到钢梁尾部，上述完成后连接管路并接通电源，加油进行试运转，一切正常后待用。4.4.4拼组浮墩首先在岸边适当位置造一台座，在台座上将15个中-60浮箱按35形式拼组成9m30m的平台，再顺滑道送入水中，在船体四角各设置四个电动锚机，电动锚机和岸边的四个地垄通过19.5mm钢丝绳连接，将平台固定（也可以在水中直接拼组平台，但有水中作业，不太方便）。在平台上拼组两个“六五”式军用墩，高度为4.8米。两个军用墩的中心间距为6.4米，军用墩设置在船体的中心，保证顶推时，前支点中心与浮拖船中心相重合。并在军用墩上安放两片12.66M栈桥梁，同时在栈桥梁上设置两个临时枕木支墩，临时支墩的中心距为6.4米，作为钢桁梁浮顶推时前支点。浮墩拼组完成后，向浮箱内注水达设计标高后待用。4.4.5顶推架梁钢梁拼装完成后，开始进行钢梁顶推架设，整个顶推过程分三个步骤：第一步：悬臂顶推在钢梁两桁E0节点处布置4台履带滚动小车，其中每桁下一个小车与顶推器连接，在钢梁两桁E3节点处布置两个履带滚动小车，整个钢梁由6个履带滚动小车承重。逐步向前顶推，钢梁E3节点行进至1#桥墩临时支墩处，停止顶推，将顶推设备自锁。第二步：浮顶推第一步完成后，浮墩注水下沉进入钢梁E4节点下，精确定位后，抽水上浮顶起钢梁，拆除E3节点处布置的两个履带滚动小车，钢梁前端由浮墩承重。顶推前进，直至梁体到位，停止顶推。第三步：浮船撤出第二步完成后，向浮船的浮箱中注水，浮船下沉，将钢梁落在事先搭好的枕木垛上，浮船与钢梁脱离，启动浮船四周的锚机，撤出浮船，拆除顶推系统，使用千斤顶交替落梁，钢梁就位。4.4.6钢梁顶推架设操作要点（1）浮墩定位要准确，并保证两侧高差不大于5mm，浮箱注水、排水要对称进行，第一阶段顶推前，再次检查各系统，无误后方可开顶推。（2）方向控制。采用全站仪设置在2#墩墩中心上，观察钢桁梁在浮拖过程中的中心线的调控，出现偏差时要停止顶推，纠偏方法为：在桥头顶推和悬臂顶推阶段由单侧油缸纠偏，半浮顶推阶段用浮墩方向缆绳纠偏（两侧缆绳要对应收、放）。（3）顶推时浮墩缆绳收、放要对称。水位变化超过4cm时，浮箱要对称排水或注水。4.4.7质量控制施工中除必须严格执行铁路桥函施工规范的有关规定外，还必须满足以下技术要求：（1）加强对工作人员的岗位培训。（2）2台顶推油缸的同步误差不大于10mm。（3）顶推前下滑道装置的滑动面必须涂油，钢轨接头高低差不得大于2mm，滑道中线偏差不得大于5mm，两侧滑道高差小于10mm。（4）顶推过程中，梁前端设中线观测标志，偏差超过100mm时须通知纠偏。（5）浮墩到达处的河床水深不得小于2m，必要时要疏浚河道，以防搁浅。（6）在架设过程中，要保证钢梁倾覆稳定系数大于1.3，浮体倾覆安全系数大于2，倾角小于5，浮体的承载能力为荷重的1.1倍以上。5 结束语自锁爬行顶推架设大跨度钢梁技术，投入少、安全程度高、作业程序少、机械化程度高、顶梁平稳、梁位方向控制准确，利用该技术圆满完成了龙泉港特大桥80m钢桁梁架设。此后，自锁爬行顶推架设大跨度钢梁技术，又被成功地应用于上海浦东铁路阮巷至平安段第二合同段金汇港特大桥64M钢桁梁的架设中，取得了明显的经济效益和社会效益，使用效果良好。自锁爬行顶推架设大跨度钢梁技术，还可用于铁路应急抢修