龍門吊臥拼技術(shù)在涉鐵工程中的應(yīng)用

　　要：以青島新機(jī)場連接線涉鐵工程轉(zhuǎn)體橋鋼箱梁拼裝用的龍門吊安拆為背景，介紹在鄰近鐵路既有線拼裝大型龍門吊施工技術(shù)，降低了對(duì)鐵路既有線安全風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)踐證明：該拼裝方案在技術(shù)上是可行的，對(duì)以后類似工程具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

　　本文源自孫曉邁， 國防交通工程與技術(shù) 發(fā)表時(shí)間：2021-05-19

　　關(guān)鍵詞：龍門吊;涉鐵工程;臥拼技術(shù)

　　隨著國內(nèi)高鐵及地方鐵路的發(fā)展，跨越鐵路的公路、鐵路、市政橋梁越來越多，為降低橋梁工程施工對(duì)鐵路運(yùn)營線安全風(fēng)險(xiǎn)，跨鐵橋梁的結(jié)構(gòu)形式基本設(shè)計(jì)為平面轉(zhuǎn)體。青島新機(jī)場連接線涉鐵工程轉(zhuǎn)體橋?yàn)?×120mT構(gòu)鋼箱梁，分為左右兩幅錯(cuò)位布置，雙幅同時(shí)轉(zhuǎn)體。通過在技術(shù)、安全、工期方面對(duì)鋼箱梁吊裝設(shè)備進(jìn)行比選，最終確定采用4臺(tái)MQ120t/16t-28m-30.5m三角桁架雙梁龍門吊(以下簡稱起重機(jī))作為鋼箱梁吊裝設(shè)備。兩鐵路線間，尤其緊鄰高速鐵路和航空限高區(qū)內(nèi)高度達(dá)33m的特大龍門吊安拆是本項(xiàng)目的工作難點(diǎn)。

　　1工程概況

　　新機(jī)場高速連接線西接女姑口大橋，東至青銀高速，自雙埠收費(fèi)站西側(cè)，以高架形式接拓寬的女姑口大橋，向東地面穿越雙埠立交后，繼續(xù)向東跨越既有鐵路線及沿線道路后接入青銀高速。其中上跨青榮城際等既有鐵路節(jié)點(diǎn)采用跨徑120m+120m變截面鋼箱梁T構(gòu)橋，同時(shí)跨越膠濟(jì)貨線、膠濟(jì)客專雙線、青榮城際雙線、機(jī)場專用六條既有鐵路線。鋼箱梁轉(zhuǎn)體前主要是在平行鐵路方向臨時(shí)支架上吊裝焊接施工，鋼箱梁左幅支架位于青榮城際、機(jī)場專用線間230m范圍，支架上方的鋼箱梁投影西側(cè)邊緣距青榮城際鐵路柵欄6m，投影東側(cè)位于機(jī)場專用線路基坡腳上，鋼箱梁頂板距地面高度為21～27m。右幅支架位于平行膠濟(jì)線的安順路上230m范圍，支架上方的鋼箱梁投影東側(cè)膠濟(jì)線坡腳柵欄為12m，鋼箱梁頂板距地面高度為23.5～28.3m，施工環(huán)境較復(fù)雜。為確保鋼箱梁吊裝焊接及鐵路營業(yè)線的安全，吊裝方案經(jīng)多次比選，最終采用4臺(tái)120t龍門吊方案分別在左右幅支架上進(jìn)行鋼箱梁單元件吊裝拼裝焊接[1]。以鐵路間左幅龍門吊為例，根據(jù)拼裝支架上的鋼箱梁斷面尺寸及鐵路間的作業(yè)空間，龍門吊兩軌間距定為28m，吊裝凈空高度為3.5m，設(shè)計(jì)的龍門吊外形邊緣距青榮城際接觸網(wǎng)回流線僅為13.1m，橫梁高岀接觸網(wǎng)為20.6m。左右幅龍門吊與鐵路位置關(guān)系如圖1所示。

　　2龍門吊結(jié)構(gòu)參數(shù)

　　龍門吊額定吊重120t，設(shè)計(jì)跨度28m，起重高度為30.5m，設(shè)備安裝總高度33.5m。門式起重機(jī)主梁采用三角桁架焊接結(jié)構(gòu)形式，共兩列，其間距2.6m，每列分3段制造，段間采用銷軸連接，總長度30m。主梁與支腿采用高強(qiáng)螺栓連接，主梁設(shè)天車導(dǎo)電架和走臺(tái)。支腿采用一剛一柔結(jié)構(gòu)，高度30.5m。龍門吊結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要部件如表1所示，另包括1臺(tái)16t小車機(jī)構(gòu)、1個(gè)4t鋼腿托架、1個(gè)2t柔腿托架、1個(gè)9t梯子平臺(tái)和1臺(tái)5t電器房。

　　3龍門吊拼裝方案比選

　　由于龍門吊處在鐵路營業(yè)線狹小的空間，環(huán)境特殊復(fù)雜，傳統(tǒng)的先支腿拉線后吊裝主梁的安裝無法操作，經(jīng)反復(fù)比選，只能采用支腿的剛性支撐法或臥拼法安裝龍門吊。

　　3.1剛性支撐法

　　剛性支撐法主要采用4根剛度較大的型鋼對(duì)龍門吊兩側(cè)支腿吊耳與地錨連接加固，然后再用吊車吊裝主梁橫梁與支腿連接。拼裝主要步驟：施工準(zhǔn)備→拼裝場地布置→軌道檢測(cè)、地錨的布置檢查→剛性(柔性)支腿拼裝→剛性(柔性)支腿剛性支撐拼裝連接并調(diào)整→主梁吊裝并栓結(jié)→起重小車吊裝→附件安裝→電氣設(shè)備安裝→調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。龍門吊剛性支撐法拼裝過程見圖3。

　　3.2臥拼法

　　拼裝主要步驟：施工準(zhǔn)備→拼裝場地布置→軌道檢測(cè)→走行大車固定→主梁拼裝→主梁與支腿連接→兩臺(tái)汽車吊整體起吊→支腿與走行大車栓結(jié)→支腿與主梁栓結(jié)→起重小車吊裝→附件安裝→電氣設(shè)備安裝→調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)。龍門吊臥拼法拼裝過程見圖4。

　　3.3拼裝方案確定

　　青榮城際間的鐵路天窗點(diǎn)時(shí)間最多只有240min，采用剛性支撐法安裝時(shí)間無法保證且安全風(fēng)險(xiǎn)性極高，而利用鐵路天窗點(diǎn)采用2臺(tái)汽車吊進(jìn)行臥拼抬吊方式安裝龍門吊最多只需200min，因此本工程龍門吊安裝方式選用臥拼方式。

　　4龍門吊臥拼施工技術(shù)

　　臥拼法施工工藝：施工準(zhǔn)備→軌道、托梁的安裝布置→主梁部件組裝→支腿組裝→大車行走構(gòu)件定位→主梁及支腿組合→主梁、支腿件小車抬裝→平臺(tái)操作室配電柜等附件→電氣安裝調(diào)試→試吊、檢測(cè)驗(yàn)收→正式交付使用。

　　4.1大車走行機(jī)構(gòu)的定位

　　(1)大車走行機(jī)構(gòu)的定位需事先在大車軌道上準(zhǔn)確標(biāo)示中心點(diǎn)，按照位置要求分別將4組臺(tái)車定位(見圖5)，其中有兩組的位置為最終定位，用12.6#槽鋼支撐牢固支撐在挑出去的12.6#槽鋼對(duì)扣的支撐上。

　　(2)根據(jù)內(nèi)側(cè)地錨位置及單側(cè)大車行走機(jī)構(gòu)前后輪組距離，在軌道邊做好行走機(jī)構(gòu)車輪組定位標(biāo)記，放置大車行走梁于軌道上，使車輪組放置于標(biāo)記處，兩根行走梁的車輪全部靠向軌道橫向的同一側(cè)，鎖緊手動(dòng)防風(fēng)鐵楔;每個(gè)行走機(jī)構(gòu)用12.6#槽鋼牢固支撐，保證其頂面的水平度。

　　4.2主梁、支腿構(gòu)件拼裝

　　用70t汽車吊，在地面依序完成大車行走梁(含大車行走機(jī)構(gòu))、剛性門腿(分兩根)、柔性門腿(分兩根)、2根主梁及各附屬結(jié)構(gòu)(走臺(tái)、爬梯等、電纜滑車架等)的組裝。在主梁組拼好的基礎(chǔ)上，把剛性支腿和柔性支腿用銷軸與托梁連接，支腿的下端采用滾軸的方式放在反扣在地面的作為滑行軌道的16#槽鋼上(見圖6)。

　　4.3龍門吊整體抬吊

　　利用兩臺(tái)500t汽車吊共同起吊主梁(見圖7)。2臺(tái)500t的吊車進(jìn)入場地，并排立在主梁一側(cè)，車身長度方向順著軌道方向擺放。兩臺(tái)500t吊車首先按預(yù)吊高度豎起大臂，放下吊鉤至主梁吊點(diǎn)位置。

　　選好主梁吊點(diǎn)，將組裝好的主梁吊起試鉤，同時(shí)檢查吊具和吊車支腿等，起吊的同時(shí)測(cè)量人員在一旁對(duì)地面沉降進(jìn)行檢測(cè)及時(shí)預(yù)警。起吊時(shí)兩臺(tái)吊車旋轉(zhuǎn)半徑內(nèi)及其中間區(qū)域?yàn)樽鳂I(yè)區(qū)域，禁止人員入內(nèi)，并用警戒帶隔離危險(xiǎn)區(qū)域。等試吊無誤后將主梁慢慢吊起，對(duì)所有使用的機(jī)具布置、連接、捆扎等進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無誤后方能進(jìn)行主梁吊裝。主梁提升200mm靜懸空中10min，查看所有機(jī)具確認(rèn)安全可靠后，方能慢速將主梁提升，當(dāng)主梁離開地面一定高度后，現(xiàn)場安裝人員隨時(shí)測(cè)量支腿下方的間距，當(dāng)支腿間距等于設(shè)計(jì)值時(shí)迅速把支腿下橫梁吊至支腿安裝位置，立即組織人員進(jìn)行安裝，安裝完成立即組織人員通過支腿爬梯進(jìn)行拖梁與支腿的法蘭連接，連接完成后人員迅速撤離。

　　兩臺(tái)汽車吊必須由一人統(tǒng)一指揮，吊車司機(jī)和指揮人員配備無線對(duì)講機(jī)，確保兩臺(tái)吊車起吊的同步性和協(xié)調(diào)性。在起吊后在任何起吊高度，主梁都必須處于兩端平衡。連接螺栓時(shí)，操作人員站在臨時(shí)焊接的平臺(tái)上進(jìn)行作業(yè)，法蘭螺栓緊固采用對(duì)角緊固，焊接必須牢固，并佩戴安全帶進(jìn)行作業(yè)。龍門吊吊裝工序時(shí)間控制：①步驟一，吊車就位準(zhǔn)備配重等，0min;②步驟二，起吊大臂，掛鉤，20min;③步驟三，龍門吊起升到位，安橫聯(lián)，60min;④步驟四，龍門吊與大車橫聯(lián)栓結(jié)，30min;⑤步驟五，安裝拖梁與支腿法蘭，繼續(xù)安裝支腿橫聯(lián)、剪刀撐，拉攬風(fēng)繩加固，吊車收大臂，90min。共計(jì)200min。

　　4.4吊車、基礎(chǔ)、鋼絲繩結(jié)構(gòu)計(jì)算

　　4.4.1吊車選型及能力計(jì)算

　　(1)吊機(jī)臂長計(jì)算：龍門吊主梁支腿組件吊裝時(shí)所需起重高度H=36m。由于起重安裝需要，作業(yè)半徑R不小于14m。起重機(jī)要求最小臂長為：L=(H+h0-h)2槡+R2。式中：L為起重臂長度;H為起重高度;h0為起重臂頂至吊鉤底面的距離，取5m;h為起重臂底鉸至停機(jī)面距離，取2.2m。則主梁支腿組件吊裝時(shí)起重機(jī)臂長41.3m，因此選用47.3m主臂。

　　(2)吊裝主梁支腿組件吊機(jī)能力驗(yàn)算：已知主梁支腿組件地面組裝后總重100t，采用2臺(tái)500t汽車吊為主吊裝設(shè)備，主臂L=47.3m，作業(yè)幅度詳見主梁、支腿組合件吊裝工況(見表2)。

　　根據(jù)《建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ276-2012)第3.0.17條規(guī)定，采用雙機(jī)抬吊時(shí)，單機(jī)載荷不得超過額度起重量的80%，吊重不得超過兩臺(tái)吊機(jī)起吊能力的75%;剛性支腿側(cè)吊機(jī)受力55t，需要吊機(jī)滿足負(fù)荷至少為55t/80%=68.75t;柔性支腿側(cè)吊機(jī)受力45t，需要吊機(jī)滿足負(fù)荷至少為45t/80%=56.25t。

　　根據(jù)主梁、支腿組合件吊裝工況表，查500t汽車吊起重性能表，吊機(jī)主臂L=47.3m，滿足吊裝要求。所以，選用兩臺(tái)500t汽車吊。

　　4.4.2地基承載力計(jì)算

　　主梁、支腿組件按件重100t，由2部500t汽車吊進(jìn)行抬吊，受力最大500t汽車吊自重96t，配重135t，吊車支腿下方分別鋪設(shè)在長2.0m、寬2.0m的路基箱上，使吊車支腿受力通過鋼板和路基箱均勻擴(kuò)散至地基。

　　500t汽車吊支腿全伸長度為9.6m，在側(cè)面吊重時(shí)(作業(yè)半徑為13.8m)處于不利工況，此時(shí)的地基承受力為汽車吊本身自重平均在4個(gè)路基箱的受力值，與吊重、汽車吊自重以非吊重側(cè)支腿為支點(diǎn)產(chǎn)生力矩在吊重側(cè)支腿處。

　　路基箱處支反力的合成，地基承受力為：(96+135)t4×(2.0×2.0)m2+(13.8+4.8)m×55t9.6m×(2.0×2.0)m2=410kPa(500t汽車吊)。

　　吊裝過程中計(jì)算硬化路面的承載力，只要大于410kPa即可滿足要求。

　　4.4.3吊車用鋼絲繩計(jì)算

　　吊裝重量P=G總×KA×KB。式中：G總是吊裝總質(zhì)量，KA是動(dòng)載系數(shù)，KB是不平衡系數(shù)。

　　主梁、支腿組件重量100t(主梁采用2臺(tái)汽車吊，每臺(tái)車兩個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)2股鋼絲繩，因而鋼絲繩計(jì)算以主梁抬吊計(jì))，單個(gè)吊具0.5t。

　　主梁采用兩臺(tái)500t汽車吊抬吊，剛腿側(cè)單臺(tái)受力，動(dòng)載系數(shù)取1.1，不平衡系數(shù)取1.2，即：P=(55+0.5)t×1.1×1.2=66.66t。

　　P取最重設(shè)備來計(jì)算荷載，根據(jù)吊裝過程計(jì)算角度取8.5°，按2點(diǎn)各吊裝2股鋼絲繩考慮。

　　主梁采用兩臺(tái)500t抬吊，最大單臺(tái)受力P=66.66t(剛性側(cè))，則一吊點(diǎn)所受最大力為：Pmax=4×cosα=16.85t

　　采用吊鉤，鋼絲繩選用安全系數(shù)k=6，破斷力為：Pp=Pmax×k=16.85t×6=101.1t。查表得：鋼絲繩42-6×37+IWR，抗拉強(qiáng)度為1770MPa，破斷力為112t>Pp=101.1t。鋼絲繩選用42-6×37+IWR-1770型號(hào)可滿足吊裝要求。

　　5結(jié)束語

　　青島新機(jī)場連接線涉鐵工程的龍門吊成功拼裝應(yīng)用較好的解決因涉鐵特殊復(fù)雜環(huán)境原因不能在天窗點(diǎn)之外時(shí)間利用汽車吊或履帶吊吊裝鋼箱梁的困難，不僅大大提高了工程進(jìn)度，還節(jié)約了直接和間接資金共計(jì)數(shù)百萬元，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，本項(xiàng)目的龍門吊臥拼技術(shù)方案為今后類似涉鐵橋梁施工提供了技術(shù)儲(chǔ)備和借鑒。