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【工程案例】新白沙沱长江大桥钢桁梁跨既有线顶推施工技术

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摘要:新白沙沱长江大桥主桥为主跨432 m 的钢桁梁斜拉桥,在1号~2号墩问跨既有铁路。跨铁路的A11~A19节间钢 桁梁采用支架上拼装、整体顶推的方式安装。顶推施工前,在2号墩旁安装4个辅助支架,支架均采用钢管桩支撑,桩顶设纵向分配梁,在分配梁上焊接不锈钢板滑道,滑道与铸钢件滑块间涂抹硅脂润滑;采用自动顶推控制系统(包括2台350 t纵向连续千斤顶)同步顶推,千斤顶采用钢绞线和工具锚(设置于A19节间下弦尾端)作传力装置;每顶推13.5 m,卸载顶推力,采用竖向顶升系统(在支架对应主桁下弦杆节点处各设置2台1 000 t千斤顶和1台液压油泵)起顶钢桁梁,将滑块拖移至滑道始端后卸载顶升力,继续进行顶推;顶推施工时,采用设置在支架两侧的横向导向装置纠偏。通过采取了一系列安全防范措施,该桥钢桁梁安全顺利地顶推到既定位置。 

关键词:斜拉桥,跨线桥,钢桁梁,拼装,顶推法施工,自动顶推控制系统,施工技术 


1 工程概况 

新白沙沱长江大桥主桥长江以北位于重庆市九 龙坡区、大渡口区境内,南跨长江后进人重庆市江津 区珞璜镇境内。该桥主桥为(81+162+432+162+ 81)m钢桁梁斜拉桥,分上、下2层桥面布置,上层 为四线铁路客运专线,设计时速200 km;下层为双 线铁路货车线,设计时速120 km。该桥钢桁梁采用 N形桁架,2片主桁,桁宽24.5 m,桁高15.2 m,节 间长13.5 m。钢桁梁在1号~2号桥墩之间跨越成 渝铁路和川黔铁路口]。主桥立面布置如图1所示。 

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2 施工方案 

根据铁路部门的要求,铁路上方的A11~A19 节间钢桁梁需要在有限的天窗时间点内完成架设, 不得长期在铁路线上方进行拼装施工。经研究比选 决定采用顶推施工工艺,即先将钢桁梁杆件在2号 桥墩旁边设置的支架上完成拼装,在3个天窗时间 内每次顶推13.5 m 的距离,将该部分钢桁梁顶推 过既有铁路,使钢桁梁前端搭在拼装支架D上。待 此段钢桁梁再次顶推2个13.5 m(不用要点施工) 达到设计位置后进行剩余节间钢桁梁悬臂拼装 ]。 每顶推13.5 m需要竖向起顶1次,滑块往后移动 13.5 m,再进行下一个节间的顶推。在上下游侧分 别设置限位纠偏千斤顶,对顶推过程中钢桁梁偏位 进行实时纠正。钢桁梁顶推就位后再对钢桁梁顺桥 向和横桥向位置进行精确调整,拆除顶推滑块安装 正式支座。顶推总体布置如图2所示。 

2-2


3 顶推施工关键技术 

3.1 辅助支架安装 辅助支架包括支架A、B、C、D,4个支架结构类 似,均采用钢管桩作为受力基础,钢管桩顶设置纵向 分配梁用以支承滑块,支架四周设置人行走道以方 便施工。为了保障施工人员的安全,在分配梁之间 的空隙全部挂设安全网。2号桥塔下横梁施工完成 后,利用480 t塔吊安装架梁吊机支架及架梁吊机。 架梁吊机辅助安装桥塔两侧支架A、B、C,利用普通 汽车吊安装支架D。支架B和支架C之间采用精 轧螺纹钢筋连接,以保证水平力的可靠传递。 

3.2 滑道、滑块与润滑脂 在支架A、B、C、D的纵向分配梁上焊接1层5 mm厚的不锈钢板作为滑道,供滑块在上面滑行 ]。 为确保钢桁梁顶推时力的传递,滑道与桥墩之间用 精轧螺纹钢筋连接。滑道的长度需满足每次顶推走 行长度加滑块纵向尺寸之和外加一定的富余量。富 余量主要是考虑到每次顶推长度控制的误差及其它 可能的情况。滑道安装精度要求:同一条滑道各点 高差不大于5 mm,上下游滑道同一里程截面上高 差不大于2 mm。 滑块为铸钢件,顶部支承在钢桁梁下弦相应节 点处,底部设置凹槽镶嵌滑板。滑板为NGA 板, NGA板支承在滑道上。经计算单个滑块受力最大 值为22 780 kN,其受压面积应满足NGA板应力不 大于15 MPa,即不小于15.2 m 。顶推过程中,由 于滑块与钢桁梁之间的摩擦系数大于NGA板与不 锈钢板之间的摩擦系数,滑块将在钢桁梁的带动下 沿滑道滑动。 顶推过程中,在不锈钢板与滑块之间涂抹1层 硅脂以减小摩擦系数,防止无润滑剂于滑。为了达 到较好的润滑效果,特在滑板中间设置一定数量的 储油槽,该储油槽的面积在计算滑板的压应力时不 计人受压面积 j。 

3.3 纵向连续顶推系统 

3.3.1 自动顶推控制系统组成 该桥钢桁梁顶推采用自动顶推控制系统,由2 台350 t连续千斤顶、2个泵站、2个现场控制箱、1 个主控台构成。每个泵站的起动箱含2台22 kW 变频器。每个现场控制箱控制1台连续千斤顶。每 台连续千斤顶的前后缸体上均配有位移传感器、压 力传感器、接近开关,通过这些元件对顶推时设备的 运行情况进行采集和反馈。该控制系统具有模块 化、通用化等诸多优点,可以满足不同的施工需要。 

3.3.2 纵向千斤顶工作原理 每台纵向千斤顶配前后2个缸体,每个缸体单 独配备锚具。在设备启动时,前锚夹紧钢绞线,前缸体往前伸出,通过钢绞线带动钢桁梁移动。待前缸 体顶出至最大行程时,后锚夹紧钢绞线且后缸体同 时往前伸,前锚同时松开钢绞线,使力从前缸体转换 到后缸体上。前缸体再回到初始位置等待后缸体到 达最大行程继续接力拖拉钢绞线,使钢桁梁可以不 间断地连续向前顶推 ]。 在连续顶推过程中,控制系统实时比较2台纵 向千斤顶缸体的位移,当2台纵向千斤顶位移之差 接近最大允许值(2 mm)时,系统通过变频器来降低 位移较大侧的千斤顶的顶推速度,以减小2台纵向 千斤顶位移之差,实现钢桁梁两侧同步顶推。当2 台纵向千斤顶的同步速度降至一定的限值后重新将 其一起调高到最大值。这样就通过不断的调整,将 2台纵向千斤顶的误差限制在一定的范围内(2 ram),将其速度限定在最低速和最高速之间,实现 动态的近似同步,确保钢桁梁能正常走行。 

3.3.3 顶推力验算 A11~A19节间钢桁梁拼装完成及后续顶推过 程中各支点反力随工况不断发生变化,但其支反力 之和等于钢桁梁的重量不会发生变化,其数值为 52 680 kN。静摩擦系数取0.1,动摩擦系数取0.08, 则顶推过程中产生的最大纵向阻力为5 268 kN。 2台350 t纵向千斤顶顶推力N一7 000 kN> 5 268 kN。因此选用2台350 t连续千斤顶可满足 施工需求 j。 3.3.4 纵向受力系统的构成 顶推施工时,采用钢绞线和工具锚作为传力装 置。每台纵向千斤顶配置31根 15.24 mm 的钢绞 线,工作锚具置于钢桁梁A19节间下弦尾端,采用 夹片式锚固方式,夹片后设置压板防止松脱。顶推 过程中千斤顶收紧钢绞线,带动钢桁梁前进,伸出的 钢绞线在2号桥墩靠近铁路侧垂至地面。 施工注意事项:① 采用穿心千斤顶对钢绞线进 行单根预紧,调整每台千斤顶内31根钢绞线的松紧 一致,最大限度地减少每组钢绞线的受力不均匀程 度,确保顶推过程中每根钢绞线的受力不大于100 kN。经1个节间的顶推钢绞线下垂出现较大的不 均匀即表明钢绞线受力不一致,此时需将钢绞线再 次单根预紧。② 每台千斤顶内31根钢绞线应左、右 旋向搭配使用,避免仅同一旋向钢绞线而使千斤顶 活塞旋转,损坏自动工具锚。

 3.4 竖向顶升系统 

3.4.1 竖向顶升系统的组成 钢桁梁往前每顶推13.5 m,滑块随之走行到滑道最末端,这时将顶推力卸载再用竖向千斤顶将钢 桁梁顶起,钢桁梁与滑块脱离后将滑块拖移至滑道 始端,再将竖向千斤顶卸载,钢桁梁落在滑块上,继 续向前顶推钢桁梁。 根据钢桁梁重量以及顶升位置处将受到的最大 支反力,在支架A、B、C、D对应钢桁梁两主桁下弦 杆节点位置各设置2台1 000 t千斤顶和1台液压 油泵,通过分配器来进行并联。 

3.4.2 竖向顶升同步控制原理 该桥钢桁梁顶升采取压力和位移综合控制的顶 升方法,以便控制桥梁顶升的位移和姿态,同步精度 为±2.0 mm,这样就可以很好地保证顶升过程的同 步性,确保顶升时钢桁梁结构安全。 同一顶升点2台千斤顶并联连接,保证顶升及 回落时压力相同。不同顶升点之间的同步控制通过 分级加载、卸载来实现,各点之间的信息通过对讲机 实时传递。 开始顶升时,全桥各泵站全部按理论支反力的 1O 9/6、4O 9/6、8O 9,6、100 分4级来进行加压。按 1O 压力稳压后的状态作为测量顶升高度的基准点 (此时抄垫物之间的缝隙基本压实),每级加压完成 后稳压2 min,复核顶升高度误差不超过施工设计 文件要求,再开始下一级加压顶升。由于理论反力 跟实际情况存在差异,当压力从80 到100 时应 密切观察压力和高度的变化,一旦压力不再升高后 通过两桁的顶升高度来进行调整,再以每次5 mm 的顶升高度进行控制加压,直至达到预计顶升总高 度,关闭泵站,锁死液压油回路 。 千斤顶回落时的顺序与顶升时相反,同样按照 分级卸载分级测量复核。

 3.5 纠偏系统 在支架A、B、C、D两侧均要设置横向导向装 置,纠偏导向装置由千斤顶与导向轮组成,并安装在 反力架上。根据纠偏的方向,将一侧的纠偏装置留 出将要纠偏的距离后将油路锁死,另一侧的纠偏装 置顶住钢桁梁侧面并保持一定压力进行钢桁梁的纠 偏,当纠偏到位时两侧各留出5 mm 的间距并锁死 油路。在顶推过程中应做好横向偏差观测,及时进 行调整。 


4 跨既有线顶推安全防范措施 

(1)钢桁梁分3次顶推过铁路,走行前必须确 认顶推系统、滑块、滑道无障碍后方可进行,左右两 侧顶推系统需保持同步。


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