跨高速铁路长距离钢箱梁拖拉施工工法.pdf
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1、1 跨高速铁路长距离钢箱梁拖拉施工工法跨高速铁路长距离钢箱梁拖拉施工工法 1 前言1 前言 在城市规模不断扩大以适应城市人口的增加的同时,首当其冲的修建市政道路,为了争取最好的道路通行方案适应城市的发展,不可避免与既有的地面建筑物形成冲突。当市政道路修建遇到既有高速铁路,需选择从既有高速铁路上方穿过,这不仅需要保证市政道路本体施工的安全,还须妥善地解决道路施工对高速铁路的影响问题。丹阳市齐梁路南延工程上跨沪宁城际铁路、京沪铁路立交工程为同时上跨沪宁城际铁路、京沪铁路,需满足铁路安全运营的前提下,防止桥梁施工破坏铁路设施设备,防止桥梁施工影响铁路正常营运,是一具有相当重大的技术难题。中铁二十四局
2、集团有限公司针对施工特点开展了科技创新,取得了“跨繁忙干线铁路长距离钢箱梁拖拉施工技术研究”这一国际先进的成果,于 2016 年 8 月通过了中国铁建股份有限公司评审。同时,形成了跨高速铁路长距离钢箱梁拖拉施工工法,该工法关键技术拥有自主 知 识 产 权,其 专 利 技 术 已 获 得 1 项 发 明 专 利:重 物 支 撑 移 运 装 置 (ZL 201510095844.3),3 项 实 用 新 型 专 利:一 种 桥 梁 拖 拉 同 步 牵 引 系 统 (ZL 201520229935.7)、重物支撑移运装置(ZL 201520125484.2)、纠偏导向装置(ZL 2015201253
3、87.3)。由于采用拖拉施工,加快了钢箱梁的架设时间,满足一个铁路天窗点内的拖拉架设施工,减少对铁路影响,技术先进,故有明显的社会效益和经济效益,具有较高的推广应用价值。2 工法特点2 工法特点 2.1 使用拖拉施工,在一个高速铁路天窗点内完成铁路架设施工任务,无需在铁路内增设辅助墩即可一次完成架设任务,能有效保证高速铁路的正常运营。2.2 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,作为连续钢箱梁拖拉架设动力系统,解决拖拉力不足问题。2.3 采用一根钢丝绳串联两台卷扬机拖拉,实现拖拉系统的同步进行,确保钢箱梁受力均匀。2.4 研制的重物移运器与摆
4、动支架,作为钢箱梁滑动轨道的支点,保证了拖拉过程中的结构安全。2.5 通过横向纠偏导向轮,确保钢箱梁拖拉至设计位置,并通过计算给出了主动纠偏力与启动摩擦力之间的相互关系。3 适用范围3 适用范围 跨越建(构)筑物、地面条件限制的桥梁梁体架设施工。4 工艺原理4 工艺原理 采用钢箱梁拖拉架设方法施工,通过将钢箱梁拼装支架与桥梁下部结构相结合形成拖拉架设平台,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2 的电动卷扬机相结合,作为连续钢箱梁拖拉架设动力系统,利用钢箱梁自身结构特点和配套设备的优点,在一个沪宁城际铁路检修时间段(4h)内完成将钢箱梁拖拉跨越沪宁城际铁路,满足
5、沪宁城际铁路运营要求,同时分步骤进行跨京沪铁路拖拉架设施工,最大程度的降低对沪宁城际铁路、京沪铁路运营的影响。同时,设计重物移运器与摆动支架作为钢箱梁滑动轨道的支点,减小钢箱梁底部局部应力,保证结构安全。通过安装横向纠偏导向轮,在拖拉过程中,在钢箱梁移动发生偏位时对钢箱梁施加横向纠偏力,确保钢箱梁最终拖拉至设计指定位置。5 施工工艺流程及操作要点5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 施工准备基础及支架体系施工重物移运器安装钢箱梁、导梁拼装和焊接施工拖拉动力系统及纠偏导向轮安装拖拉施工和动滑轮组移动位置(分步骤)钢箱梁拖拉到位导梁拆除施工。5.2 操作要点 5.2.1 支撑体系施工
6、设计原理是将拖拉动力系统、钢箱梁、重物移运器、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重物移运器的摩擦力,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、重物移运器、整体支架构成了一个力学平衡体系(整体支架设计参加图 5.2.1-1)。施工中的具体要求有如下几点:1、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(现场整体支架图 5.2.1-2)。2、重型支架钢立柱采用 60912mm 钢管,纵、横梁采用45#型钢,3 条纵梁位于横梁上方,纵向
7、贯通整个支架,与桥墩盖梁相交处加焊钢板与盖梁顶紧密贴。3、现场钢箱梁拼装场地整平后,采用 25t 振动压路机进行碾压,挖机配合整平,检测现场实际地基承载力是否符合现场地质报告,即地基承载力在 80-90kpa 之间。4、按方案设计开挖支架基础,在钢箱梁拖拉行进方向纵向设置混凝土基础,支架基础与桥墩相交处采取横桥向贯通联接,并与桥墩顶紧。图 5.2.1-1 整体支架设计图图 5.2.1-2 现场整体支架图 5.2.2 重物移运器安装 支架搭设完成后,在拼装焊接钢箱梁之前须完成重物移运器的安装工作,钢箱梁节段拼装时由支架顶临时钢支撑和砂桶承载钢箱梁重量,待拼装完成后利用砂桶进行首次落梁,将钢箱梁下
8、落至重物移运器上做拖拉前准备工作。1、方案设计 3 根据模拟计算钢箱梁在最不利情况悬臂 35m 时,综合考虑重物移运器结构安全性、加工条件因素,设计加工 400t 重物移运器应用到本工程。400t 重物移运器设计由 11 个宽300mm,直径 98mm 的钢制滚轮与钢箱梁底板接触受力(图 5.2.2-1 重物移运器图)。设计摆动支架安装在重物移运器下方,解决钢箱梁在最不利情况悬臂 35m 时,钢箱梁整体处于竖向抛物线状态,而在重物移运器位置处出现滚轮脱空问题,防止出现部分滚轮承受全部荷载而破坏(图 5.2.2-2 重物移运器与摆动支架现场安装图)。图 5.2.2-1 重物移运器图 图 5.2.
9、2-2 重物移运器与摆动支架现场安装图 2、现场施工 重物移运器与摆动支架整体安装在支架体系上面,支架承受钢箱梁的荷载。重物移运器采用 16 台 ZWY400t 规格和 16 台 ZWY200t 规格重物移运器,其中 6 台 400t 重物移运器固定 14#、15#、16#桥墩盖梁上,200t 重物移运器作为跨中支点安装在临时支架体系上面;在17#、18#桥墩上分别各固定 4 台 400t 重物移运器,其中两台一组安装在摆动支架上,在 19#桥墩上固定 2 台 400t 重物移运器。3、安装要求 1)严格按照方案设计安装重物移运器位置及规格。17#、18#桥墩重物移运器受力最大,分别各固定 4
10、 台 400t 重物移运器,其中两台一组安装在摆动支架上。2)200t 重物移运器安装在跨中支架平台上面,其位置正下方必须为重型支架钢立柱60912mm 钢管,保证重物移运器的受力支撑。3)测试摆动支架的摆动量满足方案设计的 2cm 要求,保证悬臂最大时的最大摆动量设计。4)重物移运器安装在同一水平面上,测量重物移运器与钢箱梁接触面的标高,使其满足钢箱梁底面设计要求。5.2.3 钢箱梁、导梁现场拼装及焊接 钢箱梁设计总长为 100m,分为 76m 直线段和 24m 曲线段。设计要求直线段钢箱梁跨铁路架设完成后拼装剩余曲线段钢箱梁。拖拉段钢箱梁长度为 76m,导梁长度为 16m,钢箱梁、导梁均采
11、用现场拼装焊接技术,即分块运输至施工现场,吊装至拖拉支撑体系上进行现场焊接(图 5.2.3-1 钢箱梁制作工艺流程图)。4 图 5.2.3-1 钢箱梁制作工艺流程图 5.2.4 拖拉动力系统施工 在钢箱梁两侧桥下地面各固定一台 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 21.5mm 的 619+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、定滑轮组联系成为一套拖拉动力系统(图 5.2.4-1 拖拉系统构造纵断面图、图 5.2.4-2 地面卷扬机安装图、图 5.
12、2.4-3 桥墩动力系统布置图)。图 5.2.4-1 拖拉系统构造纵断面图 5 图 5.2.4-2 地面卷扬机安装图图 5.2.4-3 桥墩动力系统布置图 根据钢箱梁拖拉段总长 92m,总重量为 1080t,选择卷扬机型号为 JM8B(80KN),动、定滑轮组为 5 个滑轮片。1、施工方法 钢丝绳从一侧卷扬机出发,经导向滑轮,绕定滑轮组,转向动滑轮组,再绕回定滑轮组,如此循环绕行 5 次,通过中间导向滑轮绕向另一侧动、定滑轮组,同样绕行 5 次后经同侧导向滑轮,最后固定于同侧卷扬机。2、动力要求 通过卷扬机拉钢丝绳,转为定滑轮组拉动滑轮组实现对钢箱梁牵引拖拉施工,以钢丝绳的绕行圈数的增加来实现
13、钢箱梁拖拉力的增加。钢丝绳穿绕结束后,测出钢丝绳的自有阻力大小。5.2.5 分步骤拖拉施工 1、第一次拖拉跨沪宁城际,拖拉距离为 37m 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。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(图5.2.5-1 钢箱梁拖拉施工预备图、图 5.2.5-2 钢箱梁拖拉施工步骤图一)。图 5.2.5-1 钢箱梁拖拉施工预备图 图 5.2.5-2 钢箱梁拖拉施工步骤图一 2、第二次拖拉导梁前端悬臂于铁路上方,距离为
14、 15m 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及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(图 5.2.5-3 钢箱梁拖拉施工步骤图二)。6 图 5.2.5-3 钢箱梁拖拉施工步骤图二 3、第三次拖拉跨京沪铁路,拖拉距离为 20m 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
15、拉架设就位之用(图 5.2.5-4钢箱梁拖拉施工步骤图三)。图 5.2.5-4 钢箱梁拖拉施工步骤图三 4、第四次拖拉钢箱梁就位,拖拉距离为 14m 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(图 5.2.5-5 钢箱梁拖拉施工步骤图四)。图 5.2.5-5 钢箱梁拖拉施工步骤图四 5、第五次拆除导梁 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图(5.2.5-6 钢箱梁拖拉施工步骤图五)。图 5.2.5-6 钢箱梁拖拉施工步骤图五 施工步骤的设计征得铁路管理部门的同意,结合铁路管理部门的封锁时间点施工,施工时间严格控
16、制在铁路封锁时间点内。受到铁路时间限制,与铁路无关的准备工作均在铁路封锁时间点外完成,充分利用铁路封锁时间完成施工任务,减少对铁路的影响。5.2.6 主动纠偏力与启动摩擦力的计算和分析 结合工程施工实际,通过压力表实时监测横向纠偏力,拉力表检测出启动摩擦力,并对两者数据进行计算处理,对比分析得出两者的关系。1)在第四次拖拉过程中,17#墩纠偏导向轮利用 600kN 液压油顶进行横向加载,压力表显示压力值,同时在串联的钢丝绳联接处设置拉力测量器,对钢丝绳拉力进行了实时测量,读数如下:7 图 5.2.6-1 纠偏导向轮压力表读数图 5.2.6-2 拉力表读数 2)通过计算分析主动纠偏力与启动摩擦力
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