小半径及低矮空间40米T梁夜间

摘要：三清高速公路清水互通位置昆明市经开区，清水互通匝道桥群下穿渝昆和沪昆高铁，与新嵩昆高速搭接，互通内共有8处立交，受线公路设计边界和现场空间限制，导致架梁变得较为复杂。采用成熟工艺下对天车改装，并模拟极限工况下架桥机姿态，确保了施工和高铁既有设备安全，提高效率，缩短工期。为高速公路桥梁在极限空间条件提供依据，在今后的项目中具有实际参考价值。

关键词：高铁设备 小半径 低空间 夜间施工 架桥机 天车改装

1 概述

三清高速清水互通位于昆明市经开区，该互通启承连接三清高速与新嵩昆高速，因沪昆高铁桥梁跨径受限，四条匝道桥呈双“Y”型分别下穿沪昆高铁箐上村大桥。其中M匝道桥第6跨采用40米预应力混凝土T型简支梁下穿沪昆高铁箐上村大桥第7孔，交角73°，交叉点为缓和曲线，公路桥圆曲线半径120米、纵坡0.5%、横坡6%，公路桥面宽10.5米，公路桥面至铁路桥梁梁底最小净空7.64m，公路桥面距离铁路桥桥墩边缘最近距离约7.33m；高铁桥梁跨径32米，线路纵坡0.3‰。施工范围平面及立体空间交叉，工况极其复杂。

为周全考虑沪昆高铁箐上村大桥既有设备安全，下穿的公路桥梁要求采用架桥机架梁。市场调查后，现有架桥机设备的高度和宽度无法满足现场空间要求，需根据现场施工作业条件重新布置工作面，优化架桥机结构，进一步满足施工需求。

2 施工工况及解决方案

2.1 作业时间申请 

根据《昆明局集团公司铁路营业线施工管理实施细则》（昆铁施工〔2021〕230号）文件，对安全风险研判后，将清水互通M匝道桥下穿涉铁部分的主跨及邻跨架梁纳入铁路B1类施工管理。根据前期架梁施工经验，架桥机过孔需要3小时，单片梁施工用时80分钟：提梁30分钟、横移10分钟、落梁20分钟、固定20分钟，每3片用时240分钟，每个天窗需封锁300分钟，安排审批的天窗点在夜间00:00～4:00。架梁要严格按照批复的天窗计划及站段要求组织施工。

2.2 夜间作业区照明设置 

M匝道地处清水互通桥群范围内，运梁通道为已架设完成的桥面。为确保夜间运梁和架梁的照明条件，在运梁通道轮迹线外缘50cm处设置红色灯带，架梁作业范围两侧的墩柱顶设置灯光，烘托施工现场照明。并在架桥机的前支腿横移轨道两端、天车横移轨道两端、纵向桁架每10米设置一组灯光，照明按照垂直向下的方向设置，保证了夜间炮车行走、架桥机运行及作业人员行走安全。

2.3 低净空下架桥机改装

M匝道桥路面距离高铁梁底最小净空7.64m，根据铁路局施工图审核要求，高铁桥梁底需预留安全距离不小于30cm。然而，目前公路传统自平衡式架桥机组合高度不小于9.3米，无法满足现场施工，需要对现有设备进行结构进行调整和优化，具体情况如下：

（1）架桥机允许高度计算：

梁底净空+铺装+沥青路面-安全距离-公路桥面横坡调平最小高度

=7.64+0.08+0.1-0.3-10.5*0.06=6.90米

（2）架桥机优化高度计算：

架桥机高度-架桥机允许高度=9.3-6.90=2.4米

综上述，架桥机允许高度6.9米，需要降低高度2.4米。

通过与架桥机生产单位联合技术攻关，一是：将架桥机原有天车提升滑轮组从竖置调整为分列横置在纵向大梁外侧；二是：将纵向滑移电机由大2组调整为小4组，缩小了电机体积，且电机纵向前、后布置制动效果更优秀；三是：将天车横移轨道H钢由等宽70型调整为支点处50型、跨中80型的变截面，通过了强度、刚度和稳定性检算。通过上述三处对架桥机天车结构改动，天车的组合高度由原设计3.55米降低至1.18米，降低了2.37米；再将纵向大梁与中支腿行走系统栓接部位的0.15米调节块取掉。最终，架桥机整体组合高度降低了2.52米，组合高度为6.8米，满足现场作业条件。如图3、4。

2.4 小半径作业架桥机姿态分析及加固 

由于M匝道桥线路半径小（R=120m）、横坡小（i=6%），施工前结合架桥机过孔、内弧边梁架设，以及外弧边梁架设三种作业工况对施工状态进行了模拟。发现架桥机在架设40米外弧边梁时，中支腿横移轨道是落在上一跨30米梁面上，轮箱在外弧一侧的受力支点出现悬空，该支点距离上一跨30米边梁腹板中心约2.7米。通过对架桥机姿态模拟分析(图5)，该工况下架桥机存在倾覆的安全风险，需要在桥墩外侧搭设钢管柱支架，将中支腿轮箱接触支点及横移轨道落在支架上。

2.4.1支架方案设计

在墩柱外侧（外弧方向），设立外径609mm、壁厚16mm的钢立柱4根，其中3根立柱支立在地面条形基础上，高16.8米；另1根支立在6#桥墩盖梁上，长1.8米。钢立柱条形基础通过地基承载力反算，采用厚1.0米钢筋混凝土结构形式。钢立柱顶采用45b双拼工字钢做横梁，横梁顶部铺设2cm厚钢板做施工平台。钢立柱间采用∠100x100等边角钢横向连接，间距4.5米。在钢立柱腰部设置两道抱箍与桥墩连接，抱箍采用∠100x100等边角钢制成。

2.4.2支架检算

杆件均采用梁单元模拟，钢立柱与双拼工字钢、双拼工字钢与架桥机轨道之间等均采用刚性连接模拟，钢管立柱底部、立柱与桥墩横向连接按固定支座模拟，共建立了74个节点，84个梁单元，因为处于涉铁主跨范围，将安全系数调整由1.3倍调整为2倍，支架承受荷计算载=2.0×(架桥机自重+梁片自重)+横移荷载。采用Midas计算模型分析计算，该支架组合下，钢管立柱最大轴力为237.5kN。

钢管材料为：Q235，容许正应力[σ]=215MPa，容许剪应力[τ]=125MPa

钢管外径D=609mm，内径d=577mm，截面面积

钢管回转半径

钢管计算长度按L0=16.9m，长细比

    ，满足刚度要求;

查b类截面轴心受压稳定系数表，φ=0.614

      =（1000×237.5）/（0.614×29792.32）=12.98MPa <【σ】=215MPa

故钢管立柱满足受压稳定要求;

在保证各构件连接完好的前提下，材料合格及施工规范的条件下，该支架结构强度、刚度及稳定性满足规范要求。

图7  支架在架桥机横移工况时受力检算合格

3架桥机架梁经济性和工期分析对比

因整个清水互通为“高接高”立交枢纽互通，采用桥群建设方案，其中有四条匝道桥下穿高铁桥梁，与M匝道工况相似的还有2条匝道。因现场地形条件限制，40米预制T梁无法运送至桥下，在结合铁路局在架梁专项施工方案审查时，考虑到大型吊装机械不可控安全因素多，明确禁止在涉铁范围内采用吊车架梁，结合现场情况可采用架桥机架梁或顶推架梁。

采用步履式顶推架梁工艺需要投入大量混凝土基础、钢立柱、钢导梁及步履式顶推仪等材料设备，施工工艺复杂，且需要在高铁夜间天窗较短的时间内反复吊装，投入铁路监管人员多、周期长，将引起工期长、机械台班多，工效低，管理难度大等问题。

采用架桥机架梁工艺成熟，桥群内施工组织便利；天车改装方案成本约25万，可以提前组织设备改装，架梁通道可以有序衔接；单条匝道单跨在高铁天窗内施工组织较正常架梁工艺仅多了3天。

4 结语

在日趋完善的高速公路网和高铁网大力发展背景下，新建构筑物和既有构筑物之间形成交叉立体工程的数量急剧增加，出现小半径线路及低矮空间条件下桥梁架设施工，结合既有设备单位管理的行业规定，导致施工技术和安全管控趋于复杂化，对既有施工工艺和工装进行安全可靠的魔改是今后施工发展的方向，通过经济性和安全性对比分析，清水互通架梁的设备和施工经验具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]中华人民共和国交通运输部.JT/T 1311-2020,公路铁路交叉路段技术要求[S]

[2]中国铁路昆明局集团有限公司.昆明局集团公司铁路营业线施工管理实施细则.昆铁施工〔2021〕230号

[3]曾涛涛.小半径大坡度预制T梁架设施工方法.中国,113152306 A.[P].2021.07.23

[4]吴建伟.浅谈小半径钢箱梁步履式顶推施工技术[J].城镇建设,2010

[5]黄建周.低净空小半径匝道桥预制小箱梁架设施工技术[J].建筑施工,2018