楊齊海 高興澤

(中國中鐵大橋局集團有限公司 , 武漢 430050)

客運專線鐵路箱梁現(xiàn)澆用移動模架造橋機應用研究

楊齊海 高興澤

(中國中鐵大橋局集團有限公司 , 武漢 430050)

以溫福鐵路移動模架造橋機應用實踐為依托，文章重點探討了單主梁、雙主梁，上行式及下行式等幾種常用移動模架的結(jié)構(gòu)型式。以雙主梁下行式前導梁移動模架為研究對象，著重揭示了移動模架的主梁、支腿及模板等主體結(jié)構(gòu)組成、適用特點與范圍，打開、合攏與走行等主要工況條件下的工作原理，主要技術(shù)參數(shù)、施工工藝流程和安全質(zhì)量控制要素等方面內(nèi)容；并對移動模架在實際應用中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)細節(jié)及施工過程中存在的不合理方面，提出了改進完善建議。研究表明：該幾種常用移動模架不僅安全、優(yōu)質(zhì)、如期完成了溫?？瓦\專線966孔箱梁的澆筑，也可以在今后高速鐵路建設中推廣使用。研究成果也可為同行們在今后同類工程施工中使用相同或類似設備時快速認識其實質(zhì)、準確把握和熟練運用提供借鑒與參考。

客運專線； 箱梁； 現(xiàn)澆； 模架； 應用； 研究

隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和高速鐵路“走出去”戰(zhàn)略的實施，鐵路建設迎來了快速發(fā)展的良好機遇，特別是近幾十年來，客運專線鐵路的全面建設，使得移動模架[1]施工在鐵路橋梁施工中全面推廣應用，其范圍之廣、數(shù)量之大，是十分驚人的。如溫(州)福(州)鐵路浙江段全長僅69.206 km，擁有簡支箱梁近966孔，投入移動模架32套，由此可見一斑。

由于移動模架具有占地少，對道路依賴性小，投入大型專用設備少，機動靈活，適應性強等優(yōu)點，因此在鐵路橋梁建設中的應用將更加深入和廣泛。目前國內(nèi)橋梁施工用移動模架結(jié)構(gòu)形式多種多樣(如上行式和下行式)[2]，其用途與功能亦千差萬別(如用于澆筑連續(xù)梁和簡支梁)，但萬變不離其宗，其結(jié)構(gòu)主要組成、工作原理和承載理念、施工組織與布置、施工工藝流程、安全質(zhì)量控制等均大同小異。

移動模架根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式和主梁所處的位置、承載方式、傳力路徑、支承模式和過孔方式等可大致區(qū)分為上行式移動模架和下行式移動模架兩大類，兩類之中又可細分為幾種，如上行式移動模架依據(jù)主梁的數(shù)目分為雙梁式移動模架和獨梁式移動模架，下行式移動模架根據(jù)導梁結(jié)構(gòu)可分為無后導梁式移動模架和有后導梁式移動模架等[3]。

上行式移動模架主要由主梁系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、橫移機構(gòu)及鎖定機構(gòu)、模板系統(tǒng)、后走行機構(gòu)、支承系統(tǒng)、電氣液壓系統(tǒng)及輔助設施等部分組成。主梁位于橋面上，支承點即支腿位于橋面或墩臺頂上，通過后走行機構(gòu)可實現(xiàn)自動走行。模板系統(tǒng)及梁體荷載通過懸掛系統(tǒng)傳遞到主梁上，縱移過孔時通過橫移開啟懸掛系統(tǒng)和外模系統(tǒng)或橫移打開底模系統(tǒng)或旋轉(zhuǎn)張開底模系統(tǒng)以避開橋墩。

下行式移動模架主梁位于箱梁懸臂翼緣下橋墩兩側(cè)。主要結(jié)構(gòu)組成基本相同，但稍有差異，即由墩旁支承(支腿)、主梁及滑道、橫向聯(lián)結(jié)、導梁、扁擔、外模、內(nèi)模及機電系統(tǒng)等配套輔助設施組成。

1 幾種常用移動模架及其特點

1.1 上行式移動模架

上行式移動模架的優(yōu)點在于：

(1)移動模架占用橋下凈空小，對低矮橋墩具有很強的適應性；

(2)因支承點(支腿)位于橋面或墩頂上，與墩周不發(fā)生關(guān)系，對空心橋墩可不作處理，水中橋墩或橋墩形狀與尺寸變化亦無妨礙；

(3)支承支腿可自行向前倒裝，能實現(xiàn)自動走行，縱移過跨平穩(wěn)快捷；

(4)由于主梁位于橋面上，模架可直接通過連續(xù)梁；

(5)拆除外模系統(tǒng)后模架主體可通過隧道，短距離轉(zhuǎn)場較為方便。

該類模架存在如下缺點：

(1)由于主梁位于橋面上，加之兩主梁間有著很強的聯(lián)結(jié)系，因此占據(jù)了橋面的部分空間，對箱梁施工時材料、機具的吊入和混凝土澆筑帶來不便，特別是鋼筋骨架整體吊裝無法實施；

(2)模架縱移前行時，因其走行跨度大，導梁剛度也大；

(3)一般來講，上行式移動模架結(jié)構(gòu)構(gòu)造復雜，且其自重較大，相應投資也高；同時其對支座安裝尚存干擾；梁底線形調(diào)整難度亦大，大都需在箱梁頂板或底板開孔懸掛吊桿調(diào)節(jié)。

1.2 下行式移動模架

下行式模架均具有受力較明確、縱橫向剛度較大、整體穩(wěn)定性較好、施工程序簡潔明了等優(yōu)點。但無后導梁模架還有內(nèi)?？勺詣由炜s走行和先行檢修、高墩支腿自移的優(yōu)點，有后導梁模架具備走行時不與梁體發(fā)生關(guān)系的優(yōu)點。當然，兩類模架均存在自重較大、結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定儲備不足、操作要求高、輔助配套設施多等缺點；同時，無后導梁模架尚存在走行時對橋墩和梁體作用力較大的不足，有后導梁模架不具備支腿自動走行的缺點。

本文擬以溫福鐵路浙江段簡支箱梁原位現(xiàn)澆施工為載體，重點介紹鐵路雙線32.0 m(24.0 m)簡支箱梁現(xiàn)澆用下行式無后導梁移動模架，對其它型式移動模架僅作提及。

2 下行式無后導梁移動模架結(jié)構(gòu)特點與施工方法[6-9]

2.1 移動模架主要結(jié)構(gòu)組成及其作用、主要技術(shù)參數(shù)

鐵路雙線32.0 m(24.0 m)簡支箱梁現(xiàn)澆用下承式無后導梁移動模架主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

該移動模架具有支腿自移過墩和內(nèi)模全液壓自動伸縮走行的顯著特點。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.2 移動模架主要工作原理及傳力路徑

兩組鋼箱主梁支承模板，在模板內(nèi)進行現(xiàn)場澆注混凝土箱梁。底模通過螺旋頂調(diào)整預拱度以控制梁體線形，側(cè)模通過支撐螺桿調(diào)整梁體外形尺寸，以保證箱梁線形和幾何尺寸正確。采用橋面下墩周支承方式，澆筑混凝土箱梁時，梁體的重量及模架的自重通過4個支頂油缸傳遞到墩旁托架上，再通過墩旁托架下部立柱傳至橋墩承臺上。若墩身較高，墩旁托架可支承在墩身預留孔或墩身預埋件上。模架走行時，先由3根扁擔將模架托起并支承在橋面(中、后扁擔)或橋墩上(前扁擔)，支承油缸回油，臺車解開，中支腿和后支腿自行過墩轉(zhuǎn)換成前支腿和中支腿并就位固定，模架下放擱置到前、中支腿上并與后扁擔一道承受模架荷載，解除前、中扁擔并平推打開模架，前移過孔就位。

圖1 無后導梁底模平開下承式移動模架示意圖(mm)1-主梁、2-橫聯(lián)、3-前導梁、4-托架支撐、5-墩旁托架、6-支承臺車、7-底模、8-側(cè)模及平臺、9-側(cè)模支撐、10-前扁擔、11-中扁擔、12-后扁擔、13-卷揚機牽引裝置、14-梯子平臺、15-防風裝置、16-液壓系統(tǒng)、17-配重、18-內(nèi)模系統(tǒng)

2.3 主要施工步驟及工藝流程

移動模架主要施工步驟及工藝流程詳如圖2所示。

2.4 預拱度的設置

預拱度的設置是移動模架施工中的重要內(nèi)容，是其與梁場采用臺座制梁方式的重要區(qū)別。國內(nèi)外各類移動模架在最大承重工況下的撓跨比一般按1/700～1/500控制，對于32 m標準跨度的鐵路簡支箱梁來說，其跨中最大撓度可達到45～64 mm。移動模架預拱度的設計原則是保證箱梁澆筑完成后其梁底線形達到設計的理想狀態(tài)，并考慮各張拉階段箱梁拱度變化對移動模架的影響。

預拱度的計算通常采用倒拆理論，即從設計給出的最終成橋狀態(tài)出發(fā)，按施工逆過程對結(jié)構(gòu)變形情況進行倒推，計算影響橋梁結(jié)構(gòu)預拱度設置值的各種變形值，主要考慮梁段混凝土自重、箱梁預應力、移動模架自重、結(jié)構(gòu)體系變化、混凝土收縮徐變、活載等。

預拱度的設置須根據(jù)計算成果實施，各類移動模架的具體結(jié)構(gòu)可能有所不同，但大多都通過調(diào)整底模下預設的螺旋千斤頂來實現(xiàn)，外側(cè)模和翼模也應相應調(diào)整。為保證預拱度的準確，施工前可采用壓重等方式消除非彈性變形。

預拱度的設置并非一勞永逸，而是需要根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)不斷進行修正，但修正應逐步進行，不宜一次到位，隨著澆筑次數(shù)的不斷增多，對箱梁線形的控制會越來越準確。

3 施工安全控制[4]

移動模架作為一種專用施工裝備，近年來在我國橋梁建設中得到了大量應用，發(fā)揮出十分重要的技術(shù)和經(jīng)濟價值，但也出現(xiàn)了不少安全事故，這些情況值得引起重視。

表1 下承式移動模架主要技術(shù)參數(shù)匯總表

圖2 移動模架主要施工步驟及工藝流程框圖

引發(fā)安全事故的原因通常是多方面的，在設計、制造、安裝、使用及現(xiàn)場管理中，任何一個環(huán)節(jié)的缺陷或疏漏均可能造成嚴重后果，但主要原因可以歸結(jié)為兩個方面，即裝備可靠性差和運行管理落后。因缺乏相關(guān)標準和制度，移動模架在監(jiān)管、認證方面存在空白，對移動模架的設計、制造、試驗檢測也沒有資質(zhì)方面的要求和準入制度，操作人員的培訓、考核存在同樣的問題。此外，移動模架作為一種非標準的大型裝備，因未進行定型試驗(僅有型式檢驗)，可靠性無從驗證，各家單位所設計的結(jié)構(gòu)形式和操作方法也不盡相同，且大多未提供詳細的使用、維護規(guī)程，而操作時需要多人協(xié)調(diào)配合，運行過程中需要檢查和監(jiān)控的內(nèi)容也比較復雜，使移動模架的安全運行面臨很大困難[4]?？梢詮囊韵聨讉€方面改善移動模架的安全狀況。

3.1 克服設計缺陷

在已知的移動模架事故中，大多與設計缺陷有關(guān)，這些缺陷包括：計算假定與實際不符、某些參數(shù)或指標取值不當、缺乏關(guān)聯(lián)分析與系統(tǒng)集成研究、對某些功能的操作方法未考慮配套措施和必要的安全裝置等。良好的設計是移動模架安全的基礎(chǔ)，應慎重進行，從嚴控制。

3.2 提高制造質(zhì)量

在移動模架事故現(xiàn)場經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)有材質(zhì)、構(gòu)件、焊接質(zhì)量不合格的情況。制造質(zhì)量是裝備可靠性的重要保證，移動模架作為一種非標準產(chǎn)品，目前幾乎不存在批量生產(chǎn)的可能性，各廠家提供的移動模架也從未做到設計和生產(chǎn)定型，可靠性無從檢驗。在驗收方面，相比起重機械多達400余項的技術(shù)標準，移動模架的驗收標準近乎空白。另外，鋼材的負公差問題也是一個值得警惕的安全隱患，需高度關(guān)注。

3.3 加強現(xiàn)場管理

對于施工方來說，為了用好移動模架，除了研究設計圖紙、了解其各項結(jié)構(gòu)及功能外，還需要制定詳細的安裝和拆除方案、試驗和加載方案、各工序的操作流程和作業(yè)指導書、各工況下施工偏差控制指標、施工監(jiān)測內(nèi)容和方法、日常檢查項目與頻次、維護與保養(yǎng)手冊等技術(shù)文件，同時還要編制專項安全方案和應急預案，以及重要工序(如制梁、走行等)的作業(yè)組織、管理體系和制度。這些技術(shù)文件和管理制度是移動模架安全運行的基礎(chǔ)。

對移動模架的操作是在相互協(xié)作配合下進行的，即使有過移動模架使用經(jīng)驗的人，如果不是完全相同的裝備，其經(jīng)驗的適用性和有效性也是有限的。因此對人員的培訓必不可少，且應針對具體崗位的需要分別編寫相應的培訓教材和操作手冊，人員和崗位應相對固定，做到人機結(jié)合，這是實現(xiàn)專業(yè)化操作和維護所必需的。

4 各類移動模架走行方式與風險控制措施

根據(jù)研究資料，在所有移動模架事故中，大部分發(fā)生在空載走行狀態(tài)， 說明移動模架的走行方式與風險控制極其重要。

4.1 上行式移動模架

其走行方式的特點是在橋面和墩頂支架上走行，各支點位于同一平面上。由于其走行不依賴地面支承，其風險主要來源于結(jié)構(gòu)自身，特別是走行時必須將模板張開，導致其橫向抗風穩(wěn)定性較差，應密切注意風力狀況。另外，前支點和中支點支架應注意檢算其抵抗水平力的能力，必要時應采取斜拉、錨固等措施。

4.2 下行式移動模架

其走行方式的特點是在橋面下走行，各支點位于同一平面上，通常有前后導梁。這種移動模架在走行時的安全狀況相對較好，很少出現(xiàn)安全事故，但曾發(fā)生過主梁與導梁結(jié)合處斷裂的問題，其原因是此處的鋼梁截面和剛度發(fā)生突變，其連接方式是薄弱環(huán)節(jié)，應重點關(guān)注，加強檢查。

4.3 復合式移動模架[5]

屬于下行式移動模架的一種改良型號，其特點是前支點和中支點位于橋下，后支點則位于橋面上，走行時各支點不在同一平面上，不便于監(jiān)控監(jiān)測，因此安全問題相對突出，但由于該型移動模架具有支腿自移功能，在很多情況下能夠發(fā)揮出獨特優(yōu)勢，在實踐中應用較多，尾部的吊掛系統(tǒng)也出現(xiàn)了很多設計方案[5]。這類移動模架的安全問題主要集中在吊掛系統(tǒng)上，需要針對具體吊掛方式制定安全控制措施。

5 幾點改進與完善的建議[6-9]

(1)施工時對移動模架的選型很重要，筆者以為，在下列情形下，宜優(yōu)先選用上行式移動模架：①橋墩高度低于3.0 m或大于30.0 m；②橋梁跨越河流(溝渠)較多或主要在水上施工；③需通過連續(xù)梁(剛構(gòu))；④空心橋墩較多，其它條件下可重點考慮下行式移動模架。

(2)模架結(jié)構(gòu)的強度、剛度及整體穩(wěn)定性應有足夠的安全儲備，同時還應有較好的適應性。特別是導梁與主箱梁交界處斷面應有較大的強度安全系數(shù)，扁擔結(jié)構(gòu)的剛度應較強，以避免變形過大、確保走行過孔時的安全穩(wěn)定。模架應能很好地適應橋梁變跨、橋墩變化、小半徑彎道及薄壁空心墩條件下施工。

(3)移動模架在保證足夠強度、剛度及穩(wěn)定性的同時，應處理好結(jié)構(gòu)細節(jié)，以保證安全和方便現(xiàn)場操作。如連接螺栓應受力明確(普栓、精栓或高栓)；托架、臺車、扁擔等橫向結(jié)構(gòu)剛度應大些，以免走行時變位過大致主梁等移動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)傾而危及安全；滑道應光滑且變形小，以易于起動和滑行；模板面板不宜太薄，底模分節(jié)斷開處宜在主梁橫聯(lián)上，以減少承載時的變形；內(nèi)模走道除應方便內(nèi)模臺車運行外，還應與梁體底板匹配并固定牢靠等。

(4)現(xiàn)行移動模架安裝、拆除施工均需另行配置吊機，如若場地狹小或橋墩較高，安裝、拆除均很困難；另外目前首、尾跨施工也很麻煩。建議作專門課題加以研究解決。

(5)為了進一步發(fā)揮移動模架施工的優(yōu)勢，提高制梁質(zhì)量，加快施工進度，宜在有條件的情況下盡量推行移動模架工廠化施工。主要體現(xiàn)在以下三個方面：①液壓內(nèi)模整體自動走行就位和拖出；②內(nèi)模出箱后能及時加以檢修；③梁體鋼筋骨架能整體綁扎吊裝入模。目前從技術(shù)上基本能夠?qū)崿F(xiàn)。

6 結(jié)束語

溫(州)福(州)鐵路浙江段雙線32.0 m(24.0 m)簡支箱梁基本采用移動模架現(xiàn)澆施工完成，模架型式主要為上行式和下行式兩類。施工過程中未發(fā)生重大安全質(zhì)量事故，盡管也出現(xiàn)過不盡如人意之處，但梁體質(zhì)量和施工周期得到了很好保證，基本達到13天澆筑1孔梁的水平，最短只需9天完成1孔梁的施工?，F(xiàn)通車運營已超過5年，尚未發(fā)現(xiàn)大的質(zhì)量隱患，值得今后同類工程參考與借鑒。

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(編輯：蘇玲梅 張紅英)

Applied Research on Bridge Building Machine with Movable Formwork for Cast-in-place of Box Girder on Passenger Dedicated Line

YANG Qihai GAO Xingze

(China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd., Wuhan 430050, China)

Based on application practice of bridge building machine with movable formwork for Wenzhou-Fuzhou railway, this paper focuses on discussion on several common movable formworks of single girder, double girder, upper-deck type and under-deck type. The research of double-girder under-deck leading girder movable frame reveals main structure composition of girder, landing leg and form board of movable formwork, applicable? characteristics and scope, working principle under the opened, closed and running working conditions, main technical parameters, construction process flow and safety quality control elements, etc.. Some improvement suggestions have been proposed on the structure details in the practical application and unreasonable aspects during construction. The research results show that the several common movable formworks are not only safe, high quality and punctual in completion of cast-in-place of 966 hole box girders on Wenzhou-Fuzhou Passenger Dedicated Line, can also be used widely in the construction of high-speed railway in the future. The research results can also provide references for quick essence understanding, accurate grasp and skillful application of the same or similar equipment in the future similar engineering construction.

Passenger Dedicated Line; box girder; cast-in-place; formwork; application; research

2016-06-21

楊齊海(1963-)，男，教授級高級工程師。

1674—8247(2016)06—0083—06

U448.21+3

A