32 m跨双线铁路桥梁移动模架施工技术与试验研究

32 m跨双线铁路桥梁移动模架施工技术与试验研究
张俊杰
【摘要】根据温福铁路客运专线点头特大桥的施工条件,结合桥梁移动模架的施工特点,采用自行研制的MZ900SB型上行式移动模架造桥机原位整孔浇筑制梁.理论分析和预压试验研究表明,MZ900SB型移动模架造桥机制梁方案是安全可行的.【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2007(000)003
【总页数】4页(P42-45)
【关键词】双线铁路桥梁;移动模架;施工技术;理论试验
【作者】张俊杰
【作者单位】中铁十五局集团有限公司,河南洛阳,471013
【正文语种】中文
【中图分类】U445.463
移动模架造桥机是桥梁主梁施工的专用设备，是一种自动行走、自带模板、利用纵梁承重、对混凝土桥梁进行现场浇筑的施工机械。

移动模架造桥机具有跨越能力强、适用范围广、自动化程度高、施工周期短、施工占地少、综合效益好、不影响桥下交通等特点，且施工中梁的几何变形易于调整，有利于工程质量和安全控制[1]，
尤其适用于多跨长桥、高墩、窄墩连续或简支PC梁的施工。

目前，移动模架施工技术在我国的铁路和公路桥梁施工中得到迅速发展和广泛应用
[2～7]，并且已成功应用于曲线梁桥上[8]。

1 工程概况
点头特大桥位于福建省福鼎市点头镇的沙港附近海边，是温福铁路上的一座特大桥梁。

该桥中心里程为DK105+287.86，全桥长为1 291.18 m，为39孔32 m预
应力混凝土双线铁路整孔简支箱梁，截面形式为单箱单室，梁宽13.0 m，梁长32.6 m，计算跨径31.1 m，跨中梁高2.8 m，支点梁高3.0 m，采用C50混凝土，每孔梁重818 t。

桥台采用双线空心矩形桥台，桥墩采用双线圆端形实心墩。

桥台基础采用15φ100 cm的钻孔桩基础，桥墩基础采用11φ100 cm的钻孔桩基础。

全桥施工场地在截海围成的鱼塘中通过，鱼塘深度为1～2 m，淤泥厚3～4 m。

根据现场实际情况，研究制订了梁部施工的3个方案。

方案一：在临时钻孔桩基础上布置预应力大孔板梁，板梁顶上采用满铺脚手架法；方案二：梁场制梁，架桥机架设；
方案三：移动模架法。

经过对施工可操作性、可靠性、施工投入以及工期等方面的综合分析比较，最后选定方案三，即梁部施工采用移动模架原位制梁，整体浇筑。

2 MZ900SB型桥梁移动模架
MZ900SB型移动模架造桥机根据温福铁路客运专线32 m双线整孔箱梁的设计和施工特点而研制，具有结构受力明确、适应能力强、功能完备、机械化程度高等优点。

此外，无须改造就可进行铁路客运专线24 m双线等高整孔箱梁的等跨、变跨现浇施工。

2.1 组成及工作原理
MZ900SB移动模架造桥机分为承重主梁及其导梁、前后支腿、纵移辅助支腿及配重、挑梁和吊臂及轨道、外侧模板及底模、底模架及吊杆、外侧模架、拆装式内模、模架防护棚、液压及电气系统等几部分，构成一个完整的承载走行结构体系。

总体
布置如图1所示。

图1 MZ900SB型桥梁移动模架总体布置(单位：mm)
移动模架动作系采用液压传动，由液压油缸驱动，平稳可靠，且可通过制动阀实现微调。

主梁在支承油缸及托辊轮箱的作用下，可实现升降及纵移动作；模架及模板在模架开启机构的作用下完成底模架横移开启及闭合的动作；模架通过挑梁、吊臂及吊杆悬挂在主箱梁上，可利用可调撑杆调节模板的预拱度，保证混凝土箱梁的设计线形。

2.2 主要技术参数
MZ900SB移动模架造桥机的主要技术参数见表1。

2.3 施工流程
MZ900SB移动模架造桥机应用于温福铁路客运专线点头特大桥的32 m整孔简支箱梁的施工流程可分为如下4个步骤，各步骤机位如图2所示。

图2 施工流程图
表1 MZ900SB型桥梁移动模架主要技术参数项目技术参数最大承重/kN9000整机自重/kN4500整机纵移速度/(m/min)0 5整机功率/kW50工作时支点最大支反力/kN5657整机外形尺寸62 5m×20 6m×5 6m适应曲线半径/mR>2000适应纵坡/横坡2%/2%
(1)步骤一：脱模、准备移位
①预应力筋张拉完毕，拆除吊杆、底模及侧模纵横向连接螺栓；
②辅助支腿油缸伸出与桥面顶紧，后支腿油缸收回脱空并吊挂前移至指定位置；
③辅助支腿及前支腿支承油缸收回脱空，整机下降0.27 m；
④底模架横移开启并临时锁定，准备第一次前移过孔。

(2)步骤二：第一次过孔，整机前移位10.7 m
①启动造桥机纵移机构，整机前移10.7 m后停止；
②造桥机后支腿油缸伸出与主梁转换支点牛腿顶紧，解除前支腿与墩顶间锁定；
③后支腿油缸伸出顶升0.1 m，前支腿脱空，准备吊挂前移。

(3)步骤三：第二次过孔前准备
①辅助支腿与桥面竖向预应力筋或桥面预留吊杆孔锁定；
②前支腿脱空后吊挂前移至前墩顶指定位置安装，并将立柱与墩顶临时斜拉杆张紧，与墩顶预埋件间锁定，经检查确认无误后，后支腿油缸收回，准备第二次前移过孔。

(4)步骤四：第二次过孔，整机前移位22 m，浇筑梁体混凝土，张拉预应力筋
①启动造桥机纵移机构，整机前移22 m后到位；
②横移关闭底模架，连接左右模架间连接螺栓；
③前后支腿油缸顶升0.27 m至工作状态并锁定；
④安装吊杆，调整外模板，安装内模，绑扎钢筋；
⑤浇筑箱梁混凝土，养生至张拉强度，进行预应力筋张拉。

3 理论分析
采用大型商用软件MIDAS建立移动模架主梁有限元计算模型并进行分析。

共将主梁模型划分为19个梁单元，节点总数为20个。

移动模架主梁受到的总荷载包括
主梁自重、下部结构自重以及混凝土施工荷载，移动模架下部结构包括挑梁、侧模架、底模架、吊杆、模板、吊挂轨道、安全防护设施等。

经分析，得到移动模架主梁的总弯矩和剪力如图3所示，由此得到的应力如图4、图5所示，主梁在混凝
土施工荷载下的挠度如图6所示。

图3 移动模架主梁内力图
由MIDAS程序计算结果可知：移动模架主梁跨中截面的上缘压应力为120.58 MPa，下缘拉应力为136.64 MPa，均小于Q345b钢材的容许应力195 MPa；
后支点的最大剪应力为63.77 MPa，小于容许应力125 MPa；混凝土浇筑完成后的灌注状态挠跨比为41.3/34 800=1/842.6<1/700。

故移动模架的主梁均满足强
度与刚度要求[9～10]。

图4 移动模架主梁正应力(单位：MPa)
图5 移动模架主梁剪应力(单位：MPa)
图6 移动模架主梁挠度(单位：mm)
4 预压试验
综合考虑到预压试验选用的模拟荷载应具备计量方便、比重大、质地均匀、方便运输和吊装、成本低等特点，以及荷载在横断面上的分布要尽可能模拟箱梁的实际荷载分布需要，选择砂袋作为模拟荷载，如图7所示。

加载与卸载均分级进行。

图7 移动模架砂袋加载
4.1 测点布置
整个移动模架布置了32个应变测点，其中主梁14个，挑梁8个，吊杆4个，底模架4个，支腿2个。

主梁的应变测点分布为：跨中和1/4跨截面上、下翼缘正应力测点各2个，支点腹板两侧剪应力测点各3个，测试断面布置如图8所示。

全部应变测点采用进口的振弦式应变计，并配有相应的读数仪进行读数。

图8 主梁应变测试断面分布(单位：cm)
整个移动模架共设85个变形测点，其中主梁18个，底模27个，翼板36个，支腿4个。

变形测量采用精密水准仪。

4.2 测试结果与分析
鉴于篇幅原因，仅列出移动模架主梁的应力与变形测试结果。

移动模架主梁的应力测试结果见表2；变形测试结果如图9所示(图中挠度值为已扣去支腿沉降后的变形值)。

由于移动模架自重作用下的应变与变形已发生，故表2和图9中的数值均为预压荷载满载时(即模拟混凝土浇筑完后)的测试结果。

表2 移动模架主梁应力测试结果 MPa测试位置实测应力理论计算值跨中正应力1/4跨正应力上缘-60 53-82 49下缘72 2594 67上缘-56 81-64 21下缘65
8273 43支点剪应力29 5638 87
注：表中“-”表示受压。

图9 移动模架主梁变形
由表2和图9可以得到：
(1)实测应力值与理论计算值较吻合，实测值略偏小，可能是实际结构有较多加劲
肋致使实测应力降低的缘故；
(2)图9中的实测总挠度与弹性挠度的差值即为主梁的非弹性变形，最大为9 mm，发生在跨中位置；
(3)主梁的实测弹性挠度值与理论计算值较吻合。

5 结论
根据温福铁路客运专线点头特大桥的施工条件，自行研制了适合于点头特大桥原位整孔浇筑制梁的MZ900SB型上行式移动模架造桥机，并对该移动模架进行了理
论分析与预压试验研究，得到以下主要结论。

(1)实桥拼装、走行以及预压试验表明，MZ900SB型上行式移动模架造桥机完全
适用于点头特大桥的制梁需要，制梁速度可达12 d/孔。

该移动模架具有自动化程度高、施工周期短、不影响桥下交通、几何线形易于调整、施工质量和安全易于控制等特点，适合于32 m和24 m跨径双线铁路整孔箱梁的梁部原位浇筑施工，同时可为同类型桥梁的施工提供借鉴作用。

(2)有限元理论分析显示，移动模架的主梁满足强度和刚度要求。

(3)在预压试验满载时(即模拟混凝土浇筑完后)，移动模架主梁的实测应力值、实测弹性挠度值均与理论计算值较吻合。

(4)移动模架主梁跨中位置的非弹性变形为9 mm，建议根据实测挠度值和预应力
引起的上拱量综合设置预拱度。

参考文献：
[1] 刘家锋。

我国移动支架造桥机的发展综述[J]。

铁道标准设计，2002，(2)：11-15。

[2] 石兆斌，毛晓斌，杜春红。

海上桥梁移动模架施工[J]。

公路，2006(3)：75-81。

[3] 徐浚。

南昌生米大桥大跨径移动模架施工技术[J]。

铁道标准设计，2006，(6)：32-34。

[4] 谢发祥，王超，李丹。

南京长江第三大桥北引桥移动模架施工[J]。

世界桥梁，2005，(1)：20-22。

[5] 胡安祥，曹三鹏，刘钊，等。

完全自行式移动模架造桥机在苏通大桥连续梁中应用[J]。

施工技术，2005，34(12)：51-53。

[6] 侯文恒，谢尉鸿，徐恭义。

移动模架造桥机在预应力混凝土连续梁施工中的应用[J]。

铁道建筑，2005，(10)：1-3。

[7] 肖敏，雷昌龙。

MZ32型移动模架造桥机在秦沈客运专线的应用[J]。

铁道标准设计，2002，(1)：9-11。

[8] 马涛，李军堂，毛伟琦.移动模架造桥机在曲线连续箱梁桥上的应用[J]。

桥梁
建设，2006，(增刊1)：119-122。

[9] GB50017—2003，钢结构设计规范[S]。

[10] TB10002.2—2005，铁路桥涵钢结构设计规范[S]。