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1、新技術新工藝介紹 一、工程概況新建鐵路大同至西安鐵路客運專線第11合同段xx特大橋由山西省永濟市跨越黃河進入陜西省合陽縣，起訖里程為:DK701+923.61DK711+892.79，橋梁全長9.969km,孔跨布置為（31-32m）簡支箱梁+(54+290+54) m連續梁+(19-48m)節段拼裝簡支箱梁+(15-2108m)單T剛構加勁鋼桁組合結構+(63-48m)節段拼裝簡支箱梁+（8-248m）單T剛構+(48+80+48) m連續梁+(3-248m)單T剛構+(1-235m)單T剛構。橋梁共有樁基2950根，承臺175個，墩臺175個，連續梁及單T剛構均為箱形、變高度、變截面結構，2、48m簡支箱梁為節段拼裝梁，軌道采用CRTS型雙塊式無砟軌道，設計時速250km/h，總圬工方約110萬方，工程總造價18.3億。二、新工藝新技術應用情況1.主橋15聯（2108）m單T剛構加勁鋼桁組合結構設計背景xx特大橋跨越黃河主河道，根據黃河水利委員會確定的主要控制指標要求，主河槽孔跨不小于100 m，以保證河道行洪要求。設計比選結合橋位處具體特點，為使結構經濟合理，主河槽范圍內橋式選擇的總體思路為盡可能采用等跨結構或跨度差異較小的結構，可選用橋型主要有連續梁、連續剛構、鋼桁梁、梁拱組合結構、索梁組合結構以及橋梁自身重量較輕的鋼混組合結構等。若采用一般連續梁或連續剛構，考慮合理配跨要求，3、勢必造成主跨跨度接近180 m，由于橋址處于高地震區，地震力成為控制設計的主要因素，且工程造價會大幅度增加，已不盡合理。另外橋梁穿越xx濕地景區，橋梁形式應充分考慮景觀效果，在空曠的河道內，橋梁結構與周圍環境比較相對較小，因此橋梁應突顯輪廓美，主河槽范圍內橋梁宜形成整體規模，考慮合理經濟指標，橋梁跨度無需太大。基于上述分析，主橋橋型選擇了單T 剛構加勁鋼桁組合結構、部分斜拉橋、連續梁邊孔加拱組合結構、下承式連續鋼桁梁4種橋型進行比較分析。橋型選定綜合考慮構造設計，加勁桁桁布置于靠邊跨處，鋼桁高9.35 m，橋面以上8.75m，鋼桁加勁長度60m,節間長度12m,主桁中心距11m。加勁鋼桁由上弦4、桿、腹桿和橫撐組成，上弦桿雙線縱向平行設置，上弦桿與箱梁之間設置腹桿，將上弦桿與箱梁之間的平面空間分成若干個等腰三角形單元，上弦桿之間設置若干橫向布置的橫撐，相鄰橫撐之間對角設置傾斜的橫撐，相鄰傾斜的橫撐的傾斜方向相反。本結構為國內首創，能有效降低結構自重，提高結構整體剛度，極大改善梁端轉角，明顯改善混凝土梁橋后期徐變變形值，提高乘坐舒適度。2.加勁鋼桁與混凝土的連接設計加勁鋼桁與混凝土的連接設計了一種新型開孔鋼板連接鍵結構（PBL鍵），即在鋼桁桿件與混凝土梁的連接處縱向兩側分別設置鋼桁節點板，鋼桁節點板上設置開孔，雙側開孔中設置貫穿鋼筋，該鋼筋位于孔位中心，同時在節點板外設置相應的梁體鋼筋，5、然后灌注混凝土，將節點板與混凝土緊密連接，進而保證鋼桁與梁體連接為有效整體。相比傳統的栓釘剪力連接方式，PBL鍵極限承載力高，延性好，抗疲勞性能優。圖2-1 鋼桁與主梁連接構造(單位:mm)3.加勁鋼桁下節點預埋鋼桁每聯由5個節間組成，每聯長60m；6對下節點，5對上節點；主桁下弦節點采用散裝節點，節點板與箱梁采用PBL剪力鍵及普通鋼筋剛性固結；下節點分別為E0、E1、E2、E3、E4、E5六種，依次安裝于27#、24#、21#、18#、15#、12#塊。每個節段均安裝兩個，大小里程對稱布置。圖3-1 鋼桁下節點布置圖 下節板E0、E5構件高為1560mm，E1、E2、E3、E4構件高均為156、00mm，節點埋入箱梁深為650mm，節點板左右兩板間凈間距均為752mm。（已考慮安裝腹桿加工時寬均執行正公差即+1.5mm）。 圖3-2： E0、E5節點三維圖 圖3-3： E1E4節點三維圖加勁鋼桁下節點在主梁懸臂階段預埋，預埋過程受預應力施加、施工荷載變化、箱梁徐變、溫度等因數影響，三向坐標控制難度大，并且，下節點預埋位置偏差，將影響后期橋面以上桿件安裝。為保證其預埋精度，本項目采用了一種懸臂現澆梁段上加勁鋼桁下節點定位模具，特點是在已澆筑梁段上錨固所述挑梁，處在所述挑梁設置豎向及橫向精調裝置，在所述精調裝置上穿精軋螺紋鋼，利用調整精軋螺紋鋼擰入的多少來調整鋼桁下節點的豎向及水平位置。7、本模具使懸臂澆筑梁段上，無法通過固定平臺進行加勁鋼桁下節點進行精確定位的情況下，通過加勁鋼桁下節點定位模具使得加勁鋼桁下節點得到準確定位。加勁鋼桁下節點定位模具包含豎向精調裝置和橫向精調裝置，對加勁鋼桁下節點進行精確調整，且脫離了掛籃平臺不穩定的工作環境。同時，根據預埋過程中數據的變化，可適時進行三向坐標調整，從而，解決了超長T構懸臂澆筑中下弦節點精確定位難題，實現了鋼-混結合。圖3-4： 加勁鋼桁下節點定位模具圖圖中標號：1挑梁（I40b工字鋼）；2豎向精調螺栓（25精軋螺紋鋼）；3橫向精調螺栓（25精軋螺紋鋼）；4縱向精調螺栓（25精軋螺紋鋼）；5壓梁型鋼（I14工字鋼雙拼）；6錨固筋（28、5精軋螺紋鋼）；7豎向限位型鋼（I14工字鋼雙拼）；8縱向限位型鋼（I14工字鋼雙拼）；9螺母（25螺帽）。4.自主研制1700噸下承式節段拼裝架橋機和墩旁垂直提升設備設計概況48m節段拼裝簡支梁共計82孔，每孔分11個節段，端部2個節段，每節3.2m，其余每個節段長度為3.9m。梁高4.628m，底板寬5.50m，頂板寬12.0m，節段拼裝采用濕接縫法，濕接縫寬0.8m；單孔節段預制梁C50混凝土方量為535.6 m3，濕接縫混凝土95.72m3，單孔自重16380KN。研制背景48m節段拼裝架橋機設計及安裝：xx特大橋墩高均大于45m，且節段梁兩端均與連續梁相接，節段拼裝架橋機須在45m高9、墩頂懸空拼裝，如何安全高效完成橋機自身拼裝，將是橋機設計必須考慮的關鍵因素。提升站的設計：節段拼裝簡支箱梁兩側均為大跨徑連續梁，橋梁上跨國家濕地森林公園，地面運輸不具備條件，只有在墩旁設計垂直提升站，將節段梁體提升至已架設橋面上運輸。關鍵技術架橋機是節段拼裝施工中最核心的部分，它的工作性能直接決定了節段拼裝施工安全和功效。目前國內外節段拼裝架橋機有下承式和上承式兩種形式，綜合本橋橋高及懸空拼裝等特點，經過多次論證和研究，選擇下承式架橋機。同時配套設計了墩旁垂直提升站，用于節段箱梁的提升。節段拼裝架橋機設計難點架橋機本身必須在45m墩頂懸空拼裝，必須盡最大限度降低橋機自身拼裝高度。為降低高度便于10、橋機拼裝，選擇下承式架橋機，整孔梁重及橋機自重達2600噸，托架支撐位置的選擇，同時要解決拼裝完成之后的體系轉換。48m節段拼裝簡支箱梁共計10條濕接縫，完成每孔梁的周期和濕接縫施工進度關系較大，只有提高施工人員在45m高空作業安全系數，方可保證施工進度。橋機過孔工況中需要提供安全可靠的動力系統，需提高橋機過孔時的機械化程度。若采用下承式架橋機，在地面提升節段時，節段橫橋向寬度為12m，無法通過橋機主桁之間的空隙，必須在起重天車上設計切實可行的自動旋轉系統。該地區風大且刮風頻率較高，架橋機設計抗風等級要求高，六級及以下風力可以架梁，非工作狀態時7級風無須采取防御措施。節段拼裝架橋機的設計思路和11、原理為解決橋機本身拼裝懸空拼裝的難度，選擇下承式架橋機，橋機拼裝采用膺架式拼裝方法。在墩頂設計墩旁托架，架橋機主桁與墩頂托架接觸位置設計800t油頂，節段拼裝時，油頂將梁體重量及橋機自重傳至立柱墩頂承擔，同時利用800t油頂在拼裝完成之后進行體系轉換。架橋機設計10道全自動液壓翼式平臺，既可支撐預制節段，又作為濕接縫施工作業平臺，另外可連接兩側主桁，確保橋機過孔時的整體穩定性。圖4-1 節段梁拼裝完成后效果架橋機過孔設計了全液壓自動頂推系統，利用縱移油頂頂推主桁，確保過孔安全，縮短過孔時間。在起重天車上設置360自動旋轉系統，解決節段提升通過主桁問題。橋機設計抗風等級：六級及以下風力可以架梁，12、非工作狀態時7級風無須采取防御措施。節段拼裝架橋機總體組成xx特大橋48m節段拼裝架橋機主要由主結構（包括主框架、前導梁、橫聯和后導梁）、主支承（包括前、后支腿）、托架臺車倒運機構、液壓翼式平臺、起重系統（包括起重天車、天車吊具及輔件）、濕接縫外模板、運梁車系統、液壓系統、電氣系統等組成。該架橋機能夠進行48/32米跨節段拼裝簡支箱梁的施工，全長108m，總重810t，其中主框架總重約460t，兩幅主框架中心距為9.5m。前后導梁上面各設置輔助支腿，主桁下面設置四個相同的墩旁托架，另外配置180t起重天車和運梁車各1臺，具體構造見圖4-2。圖4-2 節段拼裝架橋機總體構造圖節段拼裝架橋機安裝總13、結國內其它大型設備安裝的成功經驗和教訓，參考國外同行優秀的施工方法，考慮施工時占用場地、施工周期、尤其是施工安全等因素，本工程安裝采用中間搭建臨時膺架的安裝工藝和方法。在兩跨正中間搭建一個9.52.4m，高度為45m的臨時膺架。臨時膺架搭設完成后，拉好纜風繩。采取主梁現場地面分組拼接，利用履帶吊吊裝上橋，中間對接的安裝方法；通過該工藝完成整臺架橋機的安裝，相比過去國內傳統的利用雙塔架施工的吊裝方法，具有場地占用小、施工周期短和安全性高等優點。圖4-3 節段拼裝架橋機安裝膺架圖提升站設計及安裝提升站主要由主結構，起升機構、小車及電氣系統等四部分組成。圖4-4 墩旁垂直提升站構造圖a、主結構由墩旁14、托架，橋架，空間門架和拉桿組成起重機主要承力結構。墩旁托架類似于架橋機墩旁托架，下部固定于橋墩頂部，上部用于支撐起重機門架，從而成為整個起重機的受力基礎。主要結構件由鋼板拼焊成箱形結構，材質為Q345C。橋架采用偏軌箱型雙梁結構，橋架的前后端均用橫梁連接，形成剛性水平框架。小車軌道布置在其內側腹板上方，橋架與拉桿的連接點及橋架與門架的連接點均設在兩箱梁外側腹板處。門架由左右兩片門框及中間連桿組成H型門架，門框及中間連桿采用箱型結構，材料Q345C，門架中部留有足夠空間用于節段梁片的通過。拉桿截面為箱型截面雙拉桿，與前橋架的連接點設在前橋架有效工作長度前部1/5處。b、起升機構起升機構選擇兩臺J15、K12卷揚機作為動力，每臺功率為55kw，固定于橋架后端，鋼絲繩從起升卷揚機卷筒出去，繞過小車上的定滑輪及吊具動滑輪返到小車定滑輪，最后固定于橋架前橫梁上。起升機構由變頻電動機驅動，經齒輪聯軸器帶動減速器，減速器低速軸帶動繞有鋼絲繩的卷筒，控制電動機正、反轉，就可實現吊鉤的上升和下降。起升速度為0-3m/min。c、安全報警裝置電氣系統設有總過流保護，各機構極限保護、超載保護、失壓保護，過電壓和欠電壓以及過電流保護由PLC裝置實現各自控制，斷電保護。d、防風裝置提升站工作風壓按300N/設計,非工作狀態計算風壓為1500N/，提升站上部小車設計有防風反鉤，與門架連成一個整體，從而使整個提升站與16、橋墩錨接成一個整體，有效地增加了防風安全性。5.節段拼裝架橋機液壓翼式支撐橫梁xx特大橋48m節段箱梁每孔分11個節段，其中端部節段2節，每節長度3.2m，其余段長度3.9m，橋面寬度12m，梁高4.628m。節段拼裝采用濕接法施工，濕接縫寬0.8m。結合這一結構特點，造橋機在設計上需針對濕接縫設置10個支撐橫梁，用以支承11個節段梁塊，另外為濕接縫底模的安裝、節段梁塊平面及高程的調整提供一個可靠的工作平臺。根據移動模架造橋機的特點，支撐橫梁必須設置成左右兩段，分別與兩側主梁呈“L”形相連接，并在箱梁的中線位置處左右兩段支撐橫梁之間設置成螺栓連接，在拼裝施工和造橋機前移過孔時可實現自由開合，從17、而實現造橋機的移動。由于橋墩高度較高的原因，墩身的結構采用了薄壁空心墩形式，墩身最小截面尺寸為6.0m9.0m，而梁面寬度為12.0m，造橋機前移過孔時支撐橫梁如何避開橋墩是一大難題。對于采用水平開合結構形式，由于橋墩寬度為9m，單側需要外移4.6m以上，這在設計和施工上難度太大，可操作性較差，安全風險非常大。支撐橫梁的結構特點是：在左右兩段對稱設置的結構中，與造橋機主箱梁呈“L”形設置的支撐橫梁是由雙頭螺桿吊掛在造橋機主箱梁的內側；在所述造橋機主箱梁的外側，位于上部設置一旋轉油缸，位于底部設置一轉動支撐塊；所述支撐橫梁以處在造橋機主箱梁的外側對應位置上的支撐立柱與造橋機主箱梁上轉動支撐塊鉸接18、，以支撐橫梁上延伸在造橋機主箱梁以外的端部立柱與旋轉油缸中可伸縮的液壓拉桿相連接，形成以所述造橋機主箱梁上轉動支撐塊為轉動中心的支撐橫梁在豎直平面中的可轉動結構；所述左右兩段支撐橫梁在左右兩段對接位置上是以螺栓連接，并用螺紋鋼加固。與已有技術相比，本技術有益效果體現在：1、將支撐橫梁設置為可繞線路中線適度旋轉的結構形式，這樣，在造橋機前移時，只需水平打開1m的寬度，支撐橫梁以旋轉的方式進行開合，可以避開前方橋墩輕松過孔。2、支撐橫梁兼具支承梁體和工作平臺的作用，具有很強的應用價值。3、以支撐橫梁作為濕接縫施工的操作平臺，在進行濕接縫施工時，施工人員全部位于節段支撐橫梁內，作為空間寬闊，有效地確保了操作空間的需要和人身安全的保障。圖5-1：節段梁拼裝造橋機節段支撐橫梁圖圖中標號：1橋箱梁；2造橋機主箱梁；3支撐橫梁；4雙頭螺桿；5旋轉油缸；6轉動支撐塊；7支撐立柱；8端部立柱；9調節撐桿。11