强化施工组织-顺利完成浍河特大桥钢梁辊轴支座更换工作

强化施工组织,顺利完成浍河特大桥钢梁辊轴支座更换工作 摘 要：浍河特大桥位于侯月线翼城东-桥上间，建成于1995-1996年，其中钢梁部分为9-64m栓焊连续上承式钢桁梁，为我局唯一的大跨度上承连续钢桁梁设备。2012年我段在设备检查中发现上行21号墩、下行24号墩钢梁辊轴活动支座存在转动与伸缩不灵活，支座上、下摆间不密贴，极端温度条件下辊轴倾斜、偏移超限等病害，导致明桥面线路几何尺寸变化频繁。在路局工务处大力支持与精心指导下，我段多方聘请专家现场调研指导，并远赴南京长江大桥现场考查与咨询，克服了施工技术难度大、作业标准要求高、高空作业场地狭小、构件笨重区域受限等困难，于2015年10-11月圆满完成了病害辊轴活动支座更换任务。 关键词：施工；设备；特大桥钢梁辊轴支座 中图分类号： U 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-97-4 1 浍河特大桥设备基本概况 侯月线上行浍河特大桥中心里程k47+964，全长1312.7m；侯月线下行浍河特大桥中心里程k47+963，全长1311.4m，其中钢梁部分为9-64m栓焊连续上承式钢桁梁，钢桁梁主梁高度为8m，桥面系为明桥面样式，是我局唯一的栓焊连续上承式钢桁梁设备。此次需要更换的辊轴活动病害支座分别位于上行21号墩月方、下行24号墩月方，其中21号墩高70.1m，24号墩高63.1m。本次施工更换的支座为4个（上行21号墩与下行24号墩各2个活动支座）。 2 浍河特大桥支座病害情况 随着设备运营时间的增长及侯月线运量的不断增加，浍河特大桥的病害不断发生，尤其是钢梁辊轴活动支座，存在主要问题： 钢梁辊轴活动支座（上行21号墩、下行24号墩）工作状态异常，表现为梁跨对荷载作用所要求的转动与伸缩不能灵活实现，支座处梁底与支座间脱空，使梁端在列车作用下存在约4mm初始竖向位移（21号墩静态时有4mm缝隙，车过本孔时支座上摆与下摆压死，车到前孔时支座上摆与下摆开合5-10mm；24号墩静态时有2mm缝隙，车过本孔时支座上摆与下摆压死，车到前孔时上摆与下摆开合3-4mm），与设计要求不符。 3 桥梁病害整治设计思想 3.1 更换钢梁辊轴活动支座 对于病害较为严重的21号墩和24号墩辊轴活动支座，可以参照国内类似钢桁梁辊轴活动支座病害的处理方法，即将辊轴活动支座更换为铰轴滑板钢支座，梁跨的一端2个活动支座同时更换。 铰轴滑板钢支座主要利用上、下摆之间的铰轴连接来适应梁端的转动（提供转角变形），用下摆滑动面与底板滑动面进行平面滑动来适应钢梁的水平、纵向及温度影响的各种位移（提供纵向位移），下摆横向限位起到平衡列车的横向力、风力、限制梁体的横向位移的作用，同时也起到抗震的作用，可以从根本上改善钢梁的工作条件。 3.2 顶升方案选择及应满足的技术条件 为了保证既有线运营的安全，通过方案对比研究，本次顶升施工方案采用：21#墩、24#墩封锁点依次逐个顶升更换支座。 顶升高度按照100mm控制，以满足支座下摆可以顺利取出。 顶升过程中，应控制钢梁左、右两片主梁保持水平且左、右两片主梁同时顶升及回落相同高度，确保新支座可以水平就位。 顶升过程中，为防止杆件应力集中或因其它原因造成杆件破坏，应对顶升钢梁各重要杆件进行应力及变形状态监测。 4 计划施工方案 更换如此类型的大跨度连续钢衍梁支座不仅在太原铁路局为首次，在全国铁路桥梁系统内也几乎没有先例，可借鉴的实际经验有限。在路局工务处牵头领导、其它相关处室大力支持下，我段收集多方面施工经验，多次组织施工单位、设计单位、钢梁监测单位共同商讨施工方法，优化施工组织设计，初步拟定了更换支座的施工方案，计划施工方案如下： 本工程主要为顶升既有线钢桁梁更换支座施工，施工前先安装监测设备对钢梁进行24小时全天侯监测，直至施工结束后停止。 更换21号墩、24号墩辊轴活动病害支座采用PLC同步顶升系统，利用封锁点分别对其2个墩4个钢梁辊轴活动支座（浍河桥上行21号墩2个，浍河桥下行24号墩2个）依次同步顶升后，更换新支座。 5 具体施工方法 5.1 施工准备工作 筹备人员、设备；细化方案并申请审查；“施工天窗”申请、签订施工配合协议等。 施工作业平台及围挡防护。 本次施工作业主要在钢桁梁和桥墩上，施工作业平台利用竹胶跳板安放在钢桁梁杆件上，以扎丝固定。钢桁梁围挡防护采用防护网安装在钢桁梁底下，防护网与钢桁梁利用绳索连接。桥墩上利用钢管与检查台及桥墩相连，再利用防护网围挡，确保施工安全。 材料、设备进场。 施工作业平台及围挡防护设置好后，在封锁点外利用卷扬机将施工设备和材料吊装至作业平台和墩帽上。 检查螺栓、安装顶升牛腿和加固起顶部位的端横梁和竖向杆件。 顶升前，在封锁点外检查所有螺栓及安装顶升牛腿，同时对需要更换的支座螺栓进行拧松涂油再拧紧，保证在拆除支座时不出现螺栓无法取出的情况，加固端横梁与竖向杆件的连接，增加顶升点的强度，保证顶升过程中不对既有钢桁梁结构造成损坏。 安装施工监测设备。 本次施工更换的21号墩、24号墩支座单个支座反力恒载为490.8KN左右，顶升时在支座处钢桥端横梁下布置2个200t千斤顶，每个千斤顶顶力为恒载49t+附加活载80t=129t（附计算公式），单个千斤顶储备顶力为（200t-129t）/200t=35.5%。 为了确保施工安全，在顶升施工前一周内先安装监测设备，对桥梁进行24小时全天监测，直至施工结束后停止。同时对钢梁主要受力杆件粘贴应变片，顶升全过程监控钢梁受力情况。 5.2 顶升更换支座（以24号墩为例） 5.2.1 试顶 在钢梁试顶前必须做好所有准备工作，检查千斤顶安装是否垂直牢固；对操作人员进行技术交底，明确自己的职责，操作时统一指挥，协调作业。 在封锁点内将钢梁起顶影响范围内的线路主、护轨扣件松开（松开范围为顶升孔20m及另一侧15m，预计占封锁点内1020分钟），支座上下摆之间用临时联结件连接牢固。 采用PLC系统，同步顶升24号墩钢桁梁100mm，顶升系统启动后现场各组人员各就各位，检查PLC系统各部件、支垫、旧支座等设备是否正常，仪表显示读数是否在合理范围内。 顶升过程中控制顶升速度不超过2cm/分钟，最大顶升高度不超过100mm。顶升到位后，持荷5分钟，观察梁体及设备状况。如有异常情况，应立即回油、落梁，问题解决后再进行试顶，直至梁体受力及设备运行正常，然后落顶。 当既有支座拆除及界面清理后，首先安装对位新支座下摆。如支座与垫石螺栓无法对位，则采用备用机械可调支座做为临时支座。 落顶时，同样保持同步进行，并检查旧支座各部件是否异常，如有情况应立即停止，紧急处理。落梁后检查旧支座的受力情况，并恢复主、护轨线路扣件及钢梁梁端等处的联结设施。 待施工负责人检查、确认现场状态完好达到开通条件时方可开通线路，第一趟列车通过后，观测各部件是否正常，无异常情况说明试顶成功，继续做好下一封锁点正式起顶更换支座的准备工作。 5.2.2 正式起顶 按照钢梁试顶的步骤作好正式起顶的准备工作，采用PLC系统（机械锁双作用液压千斤顶做为顶升工具），封锁前将设备及加固件安装到位，在封锁点同步顶升24号墩钢桁梁100mm，保持一定顶力将千斤顶锁定，取出既有病害支座。 该项施工每个桥墩放置2个200吨自锁千斤顶（单个支座恒载49吨），共需6个千斤顶，2个作为备用。每个顶使用前需进行校验，和油泵配合校验，以确保能输出足够的支顶力。 千斤顶操作人员保证千斤顶位置必须准确无误。千斤顶顶面、底部加垫钢板和橡胶板，并予以固定。 在封锁点内首先拆除既有支座下摆螺栓，再用千斤顶逐级顶升，共顶升100mm左右，千斤顶锁定。以防止千斤顶意外回油、造成事故，从而增加施工的安全性。 顶升到位后，拆除既有支座上摆螺栓，将既有支座上摆横向抽出。留出位置后再拆除支座下摆。 支座拆除后，用角向磨光机或钢丝刷清理钢桁梁底部，并进行防腐处理；同时利用钢钎、手锤等清理工具迅速清除支座底部松动混凝土，露出干净界面，在界面上根据设计图纸标出支座位置中心线，安装支座捣砂支架，利用20mm厚自流平混凝土浇筑做垫层进行支座找平；同时在支座底板也标出十字交叉中心线，待自流平混凝土强度达50MPa时将支座安放在自流平混凝土上，使支座的中心线与墩台的设计位置中心线重合，支座就位准确，安装新支座，钢桁梁回落至原标高。 落梁后检查支座的受力情况，并恢复主、护轨线路扣件。待施工负责人检查、确认现场状态完好达到开通条件时方可开通线路，第一趟列车通过后，观测各部件是否正常，检查支座合格后拆除千斤顶、临时支承钢板等顶升设备，取出梁体与挡板间木板，清理施工现场。 施工监控：在顶升期间要对钢梁杆件的受力情况、顶升前后的桥梁线形及施工温度进行实时监控。 5.2.3 其他相关要求及注意事项 复核新支座型号与设计院提供的型号是否一致，并复核新支座下摆螺栓孔距与既有支座锚栓的孔距是否相符。 测量梁底标高，根据设计图纸提供的梁底标高进行复核，并将复核情况详细记录并妥善保存。高度重视钢梁左、右主梁支座的水平高差，为顶升提供数据。 根据测量记录确定支座垫石顶面标高的调整高度。本次施工新支座比既有支座低20mm，需要重新调整支座垫石改造后的顶面标高，以保证支座更换后桥面标高符合设计要求。 整孔梁允许顶高的范围不得大于100mm，且顶升数据由PLC系统卡控、横向两组千斤顶高差不得超过0.5mm，以确保落梁时钢梁横向联接杆件不出现应力集中或不平衡造成的拉伸裂缝。 临时支撑采用“枕木垛+不同厚度的钢板”组合而成，一般可用1mm，2mm，5mm，10mm，20mm，30mm等厚度的钢板组合，每顶高12mm加一块临时支撑钢板，防止因千斤顶发生故障突然下沉，造成梁体震动而出现裂缝。 垫石增高采用自流平混凝土，必须确保在封锁点内达到强度。由于施工时间为10月底及11月初施工环境温度低，因此应考虑采用必要的加温措施以保证自流平混凝土在规定的时间内达到设计强度。 支座更换完毕后，要对安装的新支座进行全面检查，确保各项指标满足设计及规范要求。梁体就位后检查支座上下座板与垫石、梁底之间的密贴情况，要保证支座上下面全部密贴。 24号墩病害支座更换完毕再利用封锁点试顶21号墩病害支座，试顶成功后在封锁点进行更换，更换方法同24号墩。 6 施工难点及相应对策 6.1 顶升过程的平衡稳定性 难点情况：在顶升过程中钢桁梁的安全稳定性以及梁体的平衡性是一个必须确保的问题，否则会引起梁体平面扭曲，导致梁体的失稳和开裂，引起结构的永久性损伤。 相应对策：通过采用专业的PLC控制系统，该装置具有自动补偿功能，同步补偿千斤顶，采用PLC控制液压同步系统是一种力和位移双控制系统，同步精度为2.0mm，同步顶升力精度在0.5kN之内，从而起到位移补偿的作用，监督整个顶升过程梁体是否处于三点平衡状态，并维持三点平衡状态，这样就可以很好的保证顶举过程的同步性，保证结构的安全性。 6.2 操作空间有限，支座重量大，支座移动和精准安装困难 难点情况：该施工新旧支座重量均超过1吨（原辊轴活动支座重2078kg，新铰轴滑板钢支座重1283kg），起顶钢梁的端横梁底范围小，桥墩上操作空间有限，移动支座及精准安装新支座非常困难。 相应对策：为了在封锁点内按计划顺利的完成支座更换施工，在施工准备阶段加工一台小型起重机，保证既能快速地移出旧支座，又能平稳的将新支座移至对应的位置，减少新支座就位精调工作量，从而减少更换支座时间。 6.3 顶升过程中，防止因桥梁工作状态变化导致杆件、节点板、螺栓断裂 难点情况：本次顶升桥梁梁体为上承式栓焊连续钢桁梁，其钢结构组成复杂。而桥梁顶升过程是一个动态过程，随着梁体的提升，梁体的高程、线形以及纵横向偏差等会发生变化，梁体的支承点的相对变化将使梁体钢结构的受力状态发生变化。 相应对策：设置监测系统，并设定必要的预警值和极限值，将姿态数据反馈给施工加载过程，有效地保证顶升过程中桥梁结构安全、顶升施工质量和施工安全。此次施工监测系统主要包括结构的应力变化、梁体姿态监控等。具体监控项目有：桥梁主要杆件应力监测、桥梁顶升控制监测、桥梁姿态控制监测、环境温度监测四大模块。施工监控指导并贯穿整个顶升施工过程中，如有数据突变或超标施工现场立即停止施工。 7 实际施工发生的问题与解决的方法 10月份中旬侯月线浍河特大桥更换病害支座施工计划正式下达：施工日期为2015年10月29、30、31日、11月1、2、3日，共6个施工天窗点，施工天窗作业时间段为6：409：30，施工时间为：170分钟。 7.1 施工过程中发生的主要问题 在10月30日侯月线浍河特大桥更换24号墩下行月方钢梁辊轴支座，施工延时88分钟。（正式更换支座）具体情况为：当日施工计划为170分钟，施工时间为6：40-9：30；实际路局调度所6：23给点，10：58结束施工、开通线路，施工延时88分钟。 7.2 施工延时分析客观原因 进入护网到作业地点走行距离过长。从车站护网门到施工地点距离为1156m，施工人员走行距离过长，此次施工6：23分下达施工封锁命令，施工人员6：42跑步到达作业地点，走行时间占用19分钟。 施工空间狭小、作业机具使用受限。桥墩实际可作业的区域为：长度5m，宽度3m，有效的作业空间高度不足0.6m，且施工现场受钢桁梁杆件的限制，作业人员需频繁穿越宽度仅为0.3米的梁缝进行作业，施工难度较大。 既有桥梁病害支座为大跨度钢桁梁辊轴支座，为上世纪九十年代修建桥梁时设置，支座变形严重且异常笨重（支座重量为2078公斤）。既有支座拆除时，需将支座分解成4大部分6个主要构件，单个构件最大重量超过400公斤，且每个构件的分解、提升、拆除、滑移只能使用倒链、小撬棍等小型工具依靠人工搬、撬、拖方式进行，拆除工作极度困难，延长了作业时间。 新铰轴滑板支座受梁体顶升高度的限制，需提前分解成2大部分3个主要构件，单个构件最大重量超过1000公斤，然后在桥墩上重新组装完成。且每个构件的分解、提升、滑移、安装只能使用倒链、小撬棍等小型工具在狭小空间内依靠人工搬、撬、拖方式进行，安装工作比较困难，延长了作业时间。 7.3 施工延时分析主观原因 首先，过于相信设计单位、施工单位的理论功底及施工水平，导致现场应急措施效果不佳。本工程的设计及施工单位为铁道科学研究所、支座的供货商为山海关桥梁厂，以上皆为我国铁路行业顶尖权威的科研机构及制造厂商。但施工中发生了诸多设计、施工、支座制造问题： 设计图纸脱离现场实际：新铰轴滑板支座比既有辊轴支座低20mm，需采用自平流砼补齐，此问题为设计者主观人为设置，实际上有较难的可操作性。 设计图重要数据与现场不相符：新支座到场后，我段现场监护人员检查发现新支座下摆螺栓孔距与既有辊轴支座锚栓的孔距不相符。以上问题都为设计者对现场既有病害情况未认真调查所至，新支座被迫返厂进行二次整修。 “高强无收缩自平流砂浆”这种新型材料受环境温度影响，强度增长缓慢，针对施工环境气温较低，虽事前考虑采取了电热毯、“小太阳”加热等针对性措施，但事实表明实际效果不佳。