龍門吊臥拼技術在涉鐵工程中的應用

　　要：以青島新機場連接線涉鐵工程轉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，降低了對鐵路既有線安全風險。實踐證明：該拼裝方案在技術上是可行的，對以后類似工程具有重要的指導和借鑒意義。

　　本文源自孫曉邁， 國防交通工程與技術 發表時間：2021-05-19

　　關鍵詞：龍門吊;涉鐵工程;臥拼技術

　　隨著國內高鐵及地方鐵路的發展，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鐵路運營線安全風險，跨鐵橋梁的結構形式基本設計為平面轉體。青島新機場連接線涉鐵工程轉體橋為2×120mT構鋼箱梁，分為左右兩幅錯位布置，雙幅同時轉體。通過在技術、安全、工期方面對鋼箱梁吊裝設備進行比選，最終確定采用4臺MQ120t/16t-28m-30.5m三角桁架雙梁龍門吊(以下簡稱起重機)作為鋼箱梁吊裝設備。兩鐵路線間，尤其緊鄰高速鐵路和航空限高區內高度達33m的特大龍門吊安拆是本項目的工作難點。

　　1工程概況

　　新機場高速連接線西接女姑口大橋，東至青銀高速，自雙埠收費站西側，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點采用跨徑120m+120m變截面鋼箱梁T構橋，同時跨越膠濟貨線、膠濟客專雙線、青榮城際雙線、機場專用六條既有鐵路線。鋼箱梁轉體前主要是在平行鐵路方向臨時支架上吊裝焊接施工，鋼箱梁左幅支架位于青榮城際、機場專用線間230m范圍，支架上方的鋼箱梁投影西側邊緣距青榮城際鐵路柵欄6m，投影東側位于機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線的安順路上230m范圍，支架上方的鋼箱梁投影東側膠濟線坡腳柵欄為12m，鋼箱梁頂板距地面高度為23.5～28.3m，施工環境較復雜。為確保鋼箱梁吊裝焊接及鐵路營業線的安全，吊裝方案經多次比選，最終采用4臺120t龍門吊方案分別在左右幅支架上進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，根據拼裝支架上的鋼箱梁斷面尺寸及鐵路間的作業空間，龍門吊兩軌間距定為28m，吊裝凈空高度為3.5m，設計的龍門吊外形邊緣距青榮城際接觸網回流線僅為13.1m，橫梁高岀接觸網為20.6m。左右幅龍門吊與鐵路位置關系如圖1所示。

　　2龍門吊結構參數

　　龍門吊額定吊重120t，設計跨度28m，起重高度為30.5m，設備安裝總高度33.5m。門式起重機主梁采用三角桁架焊接結構形式，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螺栓連接，主梁設天車導電架和走臺。支腿采用一剛一柔結構，高度30.5m。龍門吊結構如圖2所示，主要部件如表1所示，另包括1臺16t小車機構、1個4t鋼腿托架、1個2t柔腿托架、1個9t梯子平臺和1臺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線狹小的空間，環境特殊復雜，傳統的先支腿拉線后吊裝主梁的安裝無法操作，經反復比選，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龍門吊兩側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：施工準備→拼裝場地布置→軌道檢測、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整→主梁吊裝并栓結→起重小車吊裝→附件安裝→電氣設備安裝→調試、試運轉[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：施工準備→拼裝場地布置→軌道檢測→走行大車固定→主梁拼裝→主梁與支腿連接→兩臺汽車吊整體起吊→支腿與走行大車栓結→支腿與主梁栓結→起重小車吊裝→附件安裝→電氣設備安裝→調試、試運轉。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時間最多只有240min，采用剛性支撐法安裝時間無法保證且安全風險性極高，而利用鐵路天窗點采用2臺汽車吊進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

　　臥拼法施工工藝：施工準備→軌道、托梁的安裝布置→主梁部件組裝→支腿組裝→大車行走構件定位→主梁及支腿組合→主梁、支腿件小車抬裝→平臺操作室配電柜等附件→電氣安裝調試→試吊、檢測驗收→正式交付使用。

　　4.1大車走行機構的定位

　　(1)大車走行機構的定位需事先在大車軌道上準確標示中心點，按照位置要求分別將4組臺車定位(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#槽鋼對扣的支撐上。

　　(2)根據內側地錨位置及單側大車行走機構前后輪組距離，在軌道邊做好行走機構車輪組定位標記，放置大車行走梁于軌道上，使車輪組放置于標記處，兩根行走梁的車輪全部靠向軌道橫向的同一側，鎖緊手動防風鐵楔;每個行走機構用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(含大車行走機構)、剛性門腿(分兩根)、柔性門腿(分兩根)、2根主梁及各附屬結構(走臺、爬梯等、電纜滑車架等)的組裝。在主梁組拼好的基礎上，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500t汽車吊共同起吊主梁(見圖7)。2臺500t的吊車進入場地，并排立在主梁一側，車身長度方向順著軌道方向擺放。兩臺500t吊車首先按預吊高度豎起大臂，放下吊鉤至主梁吊點位置。

　　選好主梁吊點，將組裝好的主梁吊起試鉤，同時檢查吊具和吊車支腿等，起吊的同時測量人員在一旁對地面沉降進行檢測及時預警。起吊時兩臺吊車旋轉半徑內及其中間區域為作業區域，禁止人員入內，并用警戒帶隔離危險區域。等試吊無誤后將主梁慢慢吊起，對所有使用的機具布置、連接、捆扎等進行全面檢查，確認無誤后方能進行主梁吊裝。主梁提升200mm靜懸空中10min，查看所有機具確認安全可靠后，方能慢速將主梁提升，當主梁離開地面一定高度后，現場安裝人員隨時測量支腿下方的間距，當支腿間距等于設計值時迅速把支腿下橫梁吊至支腿安裝位置，立即組織人員進行安裝，安裝完成立即組織人員通過支腿爬梯進行拖梁與支腿的法蘭連接，連接完成后人員迅速撤離。

　　兩臺汽車吊必須由一人統一指揮，吊車司機和指揮人員配備無線對講機，確保兩臺吊車起吊的同步性和協調性。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，操作人員站在臨時焊接的平臺上進行作業，法蘭螺栓緊固采用對角緊固，焊接必須牢固，并佩戴安全帶進行作業。龍門吊吊裝工序時間控制：①步驟一，吊車就位準備配重等，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，60min;④步驟四，龍門吊與大車橫聯栓結，30min;⑤步驟五，安裝拖梁與支腿法蘭，繼續安裝支腿橫聯、剪刀撐，拉攬風繩加固，吊車收大臂，90min。共計200min。

　　4.4吊車、基礎、鋼絲繩結構計算

　　4.4.1吊車選型及能力計算

　　(1)吊機臂長計算：龍門吊主梁支腿組件吊裝時所需起重高度H=36m。由于起重安裝需要，作業半徑R不小于14m。起重機要求最小臂長為：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面距離，取2.2m。則主梁支腿組件吊裝時起重機臂長41.3m，因此選用47.3m主臂。

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

　　根據《建筑施工起重吊裝安全技術規范》(JGJ276-2012)第3.0.17條規定，采用雙機抬吊時，單機載荷不得超過額度起重量的80%，吊重不得超過兩臺吊機起吊能力的75%;剛性支腿側吊機受力55t，需要吊機滿足負荷至少為55t/80%=68.75t;柔性支腿側吊機受力45t，需要吊機滿足負荷至少為45t/80%=56.25t。

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

　　4.4.2地基承載力計算

　　主梁、支腿組件按件重100t，由2部500t汽車吊進行抬吊，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散至地基。

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

　　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吊車用鋼絲繩計算

　　吊裝重量P=G總×KA×KB。式中：G總是吊裝總質量，KA是動載系數，KB是不平衡系數。

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

　　主梁采用兩臺500t汽車吊抬吊，剛腿側單臺受力，動載系數取1.1，不平衡系數取1.2，即：P=(55+0.5)t×1.1×1.2=66.66t。

　　P取最重設備來計算荷載，根據吊裝過程計算角度取8.5°，按2點各吊裝2股鋼絲繩考慮。

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

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

　　5結束語

　　青島新機場連接線涉鐵工程的龍門吊成功拼裝應用較好的解決因涉鐵特殊復雜環境原因不能在天窗點之外時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度，還節約了直接和間接資金共計數百萬元，產生了良好的經濟效益。同時，本項目的龍門吊臥拼技術方案為今后類似涉鐵橋梁施工提供了技術儲備和借鑒。