楊金鋒

摘 要：澮河特大橋位于侯月線翼城東-橋上間，建成于1995-1996年，其中鋼梁部分為9-64m栓焊連續(xù)上承式鋼桁梁，為我局唯一的大跨度上承連續(xù)鋼桁梁設備。2012年我段在設備檢查中發(fā)現(xiàn)上行21號墩、下行24號墩鋼梁輥軸活動支座存在轉動與伸縮不靈活，支座上、下擺間不密貼，極端溫度條件下輥軸傾斜、偏移超限等病害，導致明橋面線路幾何尺寸變化頻繁。在路局工務處大力支持與精心指導下，我段多方聘請專家現(xiàn)場調研指導，并遠赴南京長江大橋現(xiàn)場考查與咨詢，克服了施工技術難度大、作業(yè)標準要求高、高空作業(yè)場地狹小、構件笨重區(qū)域受限等困難，于2015年10-11月圓滿完成了病害輥軸活動支座更換任務。

關鍵詞：施工；設備；特大橋鋼梁輥軸支座

中圖分類號： U443122 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）16-97-4

1 澮河特大橋設備基本概況

侯月線上行澮河特大橋中心里程k47+964，全長1312.7m；侯月線下行澮河特大橋中心里程k47+963，全長1311.4m，其中鋼梁部分為9-64m栓焊連續(xù)上承式鋼桁梁，鋼桁梁主梁高度為8m，橋面系為明橋面樣式，是我局唯一的栓焊連續(xù)上承式鋼桁梁設備。此次需要更換的輥軸活動病害支座分別位于上行21號墩月方、下行24號墩月方，其中21號墩高70.1m，24號墩高63.1m。本次施工更換的支座為4個（上行21號墩與下行24號墩各2個活動支座）。

2 澮河特大橋支座病害情況

隨著設備運營時間的增長及侯月線運量的不斷增加，澮河特大橋的病害不斷發(fā)生，尤其是鋼梁輥軸活動支座，存在主要問題：

鋼梁輥軸活動支座（上行21號墩、下行24號墩）工作狀態(tài)異常，表現(xiàn)為梁跨對荷載作用所要求的轉動與伸縮不能靈活實現(xiàn)，支座處梁底與支座間脫空，使梁端在列車作用下存在約4mm初始豎向位移（21號墩靜態(tài)時有4mm縫隙，車過本孔時支座上擺與下擺壓死，車到前孔時支座上擺與下擺開合5-10mm；24號墩靜態(tài)時有2mm縫隙，車過本孔時支座上擺與下擺壓死，車到前孔時上擺與下擺開合3-4mm），與設計要求不符。

3 橋梁病害整治設計思想

3.1 更換鋼梁輥軸活動支座

對于病害較為嚴重的21號墩和24號墩輥軸活動支座，可以參照國內類似鋼桁梁輥軸活動支座病害的處理方法，即將輥軸活動支座更換為鉸軸滑板鋼支座，梁跨的一端2個活動支座同時更換。

鉸軸滑板鋼支座主要利用上、下擺之間的鉸軸連接來適應梁端的轉動（提供轉角變形），用下擺滑動面與底板滑動面進行平面滑動來適應鋼梁的水平、縱向及溫度影響的各種位移（提供縱向位移），下擺橫向限位起到平衡列車的橫向力、風力、限制梁體的橫向位移的作用，同時也起到抗震的作用，可以從根本上改善鋼梁的工作條件。

3.2 頂升方案選擇及應滿足的技術條件

為了保證既有線運營的安全，通過方案對比研究，本次頂升施工方案采用：21#墩、24#墩封鎖點依次逐個頂升更換支座。

頂升高度按照100mm控制，以滿足支座下擺可以順利取出。

頂升過程中，應控制鋼梁左、右兩片主梁保持水平且左、右兩片主梁同時頂升及回落相同高度，確保新支座可以水平就位。

頂升過程中，為防止桿件應力集中或因其它原因造成桿件破壞，應對頂升鋼梁各重要桿件進行應力及變形狀態(tài)監(jiān)測。

4 計劃施工方案

更換如此類型的大跨度連續(xù)鋼衍梁支座不僅在太原鐵路局為首次，在全國鐵路橋梁系統(tǒng)內也幾乎沒有先例，可借鑒的實際經驗有限。在路局工務處牽頭領導、其它相關處室大力支持下，我段收集多方面施工經驗，多次組織施工單位、設計單位、鋼梁監(jiān)測單位共同商討施工方法，優(yōu)化施工組織設計，初步擬定了更換支座的施工方案，計劃施工方案如下：

①本工程主要為頂升既有線鋼桁梁更換支座施工，施工前先安裝監(jiān)測設備對鋼梁進行24小時全天侯監(jiān)測，直至施工結束后停止。

②更換21號墩、24號墩輥軸活動病害支座采用PLC同步頂升系統(tǒng)，利用封鎖點分別對其2個墩4個鋼梁輥軸活動支座（澮河橋上行21號墩2個，澮河橋下行24號墩2個）依次同步頂升后，更換新支座。

5 具體施工方法

5.1 施工準備工作

①籌備人員、設備；細化方案并申請審查；“施工天窗”申請、簽訂施工配合協(xié)議等。

②施工作業(yè)平臺及圍擋防護。

本次施工作業(yè)主要在鋼桁梁和橋墩上，施工作業(yè)平臺利用竹膠跳板安放在鋼桁梁桿件上，以扎絲固定。鋼桁梁圍擋防護采用防護網安裝在鋼桁梁底下，防護網與鋼桁梁利用繩索連接。橋墩上利用鋼管與檢查臺及橋墩相連，再利用防護網圍擋，確保施工安全。

③材料、設備進場。

施工作業(yè)平臺及圍擋防護設置好后，在封鎖點外利用卷揚機將施工設備和材料吊裝至作業(yè)平臺和墩帽上。

④檢查螺栓、安裝頂升牛腿和加固起頂部位的端橫梁和豎向桿件。

頂升前，在封鎖點外檢查所有螺栓及安裝頂升牛腿，同時對需要更換的支座螺栓進行擰松涂油再擰緊，保證在拆除支座時不出現(xiàn)螺栓無法取出的情況，加固端橫梁與豎向桿件的連接，增加頂升點的強度，保證頂升過程中不對既有鋼桁梁結構造成損壞。

⑤安裝施工監(jiān)測設備。

本次施工更換的21號墩、24號墩支座單個支座反力恒載為490.8KN左右，頂升時在支座處鋼橋端橫梁下布置2個200t千斤頂，每個千斤頂頂力為恒載49t+附加活載80t=129t（附計算公式），單個千斤頂儲備頂力為（200t-129t）/200t=35.5%。

為了確保施工安全，在頂升施工前一周內先安裝監(jiān)測設備，對橋梁進行24小時全天監(jiān)測，直至施工結束后停止。同時對鋼梁主要受力桿件粘貼應變片，頂升全過程監(jiān)控鋼梁受力情況。

5.2 頂升更換支座（以24號墩為例）

5.2.1 試頂

①在鋼梁試頂前必須做好所有準備工作，檢查千斤頂安裝是否垂直牢固；對操作人員進行技術交底，明確自己的職責，操作時統(tǒng)一指揮，協(xié)調作業(yè)。

②在封鎖點內將鋼梁起頂影響范圍內的線路主、護軌扣件松開（松開范圍為頂升孔20m及另一側15m，預計占封鎖點內10～20分鐘），支座上下擺之間用臨時聯(lián)結件連接牢固。

③采用PLC系統(tǒng)，同步頂升24號墩鋼桁梁100mm，頂升系統(tǒng)啟動后現(xiàn)場各組人員各就各位，檢查PLC系統(tǒng)各部件、支墊、舊支座等設備是否正常，儀表顯示讀數(shù)是否在合理范圍內。

頂升過程中控制頂升速度不超過2cm/分鐘，最大頂升高度不超過100mm。頂升到位后，持荷5分鐘，觀察梁體及設備狀況。如有異常情況，應立即回油、落梁，問題解決后再進行試頂，直至梁體受力及設備運行正常，然后落頂。

當既有支座拆除及界面清理后，首先安裝對位新支座下擺。如支座與墊石螺栓無法對位，則采用備用機械可調支座做為臨時支座。

落頂時，同樣保持同步進行，并檢查舊支座各部件是否異常，如有情況應立即停止，緊急處理。落梁后檢查舊支座的受力情況，并恢復主、護軌線路扣件及鋼梁梁端等處的聯(lián)結設施。

④待施工負責人檢查、確認現(xiàn)場狀態(tài)完好達到開通條件時方可開通線路，第一趟列車通過后，觀測各部件是否正常，無異常情況說明試頂成功，繼續(xù)做好下一封鎖點正式起頂更換支座的準備工作。

5.2.2 正式起頂

①按照鋼梁試頂?shù)牟襟E作好正式起頂?shù)臏蕚涔ぷ?，采用PLC系統(tǒng)（機械鎖雙作用液壓千斤頂做為頂升工具），封鎖前將設備及加固件安裝到位，在封鎖點同步頂升24號墩鋼桁梁100mm，保持一定頂力將千斤頂鎖定，取出既有病害支座。

該項施工每個橋墩放置2個200噸自鎖千斤頂（單個支座恒載49噸），共需6個千斤頂，2個作為備用。每個頂使用前需進行校驗，和油泵配合校驗，以確保能輸出足夠的支頂力。

千斤頂操作人員保證千斤頂位置必須準確無誤。千斤頂頂面、底部加墊鋼板和橡膠板，并予以固定。

在封鎖點內首先拆除既有支座下擺螺栓，再用千斤頂逐級頂升，共頂升100mm左右，千斤頂鎖定。以防止千斤頂意外回油、造成事故，從而增加施工的安全性。

頂升到位后，拆除既有支座上擺螺栓，將既有支座上擺橫向抽出。留出位置后再拆除支座下擺。

②支座拆除后，用角向磨光機或鋼絲刷清理鋼桁梁底部，并進行防腐處理；同時利用鋼釬、手錘等清理工具迅速清除支座底部松動混凝土，露出干凈界面，在界面上根據(jù)設計圖紙標出支座位置中心線，安裝支座搗砂支架，利用20mm厚自流平混凝土澆筑做墊層進行支座找平；同時在支座底板也標出十字交叉中心線，待自流平混凝土強度達50MPa時將支座安放在自流平混凝土上，使支座的中心線與墩臺的設計位置中心線重合，支座就位準確，安裝新支座，鋼桁梁回落至原標高。

③落梁后檢查支座的受力情況，并恢復主、護軌線路扣件。待施工負責人檢查、確認現(xiàn)場狀態(tài)完好達到開通條件時方可開通線路，第一趟列車通過后，觀測各部件是否正常，檢查支座合格后拆除千斤頂、臨時支承鋼板等頂升設備，取出梁體與擋板間木板，清理施工現(xiàn)場。

④施工監(jiān)控：在頂升期間要對鋼梁桿件的受力情況、頂升前后的橋梁線形及施工溫度進行實時監(jiān)控。

5.2.3 其他相關要求及注意事項

①復核新支座型號與設計院提供的型號是否一致，并復核新支座下擺螺栓孔距與既有支座錨栓的孔距是否相符。

②測量梁底標高，根據(jù)設計圖紙?zhí)峁┑牧旱讟烁哌M行復核，并將復核情況詳細記錄并妥善保存。高度重視鋼梁左、右主梁支座的水平高差，為頂升提供數(shù)據(jù)。

③根據(jù)測量記錄確定支座墊石頂面標高的調整高度。本次施工新支座比既有支座低20mm，需要重新調整支座墊石改造后的頂面標高，以保證支座更換后橋面標高符合設計要求。

④整孔梁允許頂高的范圍不得大于100mm，且頂升數(shù)據(jù)由PLC系統(tǒng)卡控、橫向兩組千斤頂高差不得超過0.5mm，以確保落梁時鋼梁橫向聯(lián)接桿件不出現(xiàn)應力集中或不平衡造成的拉伸裂縫。

⑤臨時支撐采用“枕木垛+不同厚度的鋼板”組合而成，一般可用1mm，2mm，5mm，10mm，20mm，30mm等厚度的鋼板組合，每頂高1～2mm加一塊臨時支撐鋼板，防止因千斤頂發(fā)生故障突然下沉，造成梁體震動而出現(xiàn)裂縫。

⑥墊石增高采用自流平混凝土，必須確保在封鎖點內達到強度。由于施工時間為10月底及11月初施工環(huán)境溫度低，因此應考慮采用必要的加溫措施以保證自流平混凝土在規(guī)定的時間內達到設計強度。

⑦支座更換完畢后，要對安裝的新支座進行全面檢查，確保各項指標滿足設計及規(guī)范要求。梁體就位后檢查支座上下座板與墊石、梁底之間的密貼情況，要保證支座上下面全部密貼。

24號墩病害支座更換完畢再利用封鎖點試頂21號墩病害支座，試頂成功后在封鎖點進行更換，更換方法同24號墩。

6 施工難點及相應對策

6.1 頂升過程的平衡穩(wěn)定性

難點情況：在頂升過程中鋼桁梁的安全穩(wěn)定性以及梁體的平衡性是一個必須確保的問題，否則會引起梁體平面扭曲，導致梁體的失穩(wěn)和開裂，引起結構的永久性損傷。

相應對策：通過采用專業(yè)的PLC控制系統(tǒng)，該裝置具有自動補償功能，同步補償千斤頂，采用PLC控制液壓同步系統(tǒng)是一種力和位移雙控制系統(tǒng)，同步精度為±2.0mm，同步頂升力精度在0.5kN之內，從而起到位移補償?shù)淖饔?，監(jiān)督整個頂升過程梁體是否處于三點平衡狀態(tài)，并維持三點平衡狀態(tài)，這樣就可以很好的保證頂舉過程的同步性，保證結構的安全性。

6.2 操作空間有限，支座重量大，支座移動和精準安裝困難

難點情況：該施工新舊支座重量均超過1噸（原輥軸活動支座重2078kg，新鉸軸滑板鋼支座重1283kg），起頂鋼梁的端橫梁底范圍小，橋墩上操作空間有限，移動支座及精準安裝新支座非常困難。

相應對策：為了在封鎖點內按計劃順利的完成支座更換施工，在施工準備階段加工一臺小型起重機，保證既能快速地移出舊支座，又能平穩(wěn)的將新支座移至對應的位置，減少新支座就位精調工作量，從而減少更換支座時間。

6.3 頂升過程中，防止因橋梁工作狀態(tài)變化導致桿件、節(jié)點板、螺栓斷裂

難點情況：本次頂升橋梁梁體為上承式栓焊連續(xù)鋼桁梁，其鋼結構組成復雜。而橋梁頂升過程是一個動態(tài)過程，隨著梁體的提升，梁體的高程、線形以及縱橫向偏差等會發(fā)生變化，梁體的支承點的相對變化將使梁體鋼結構的受力狀態(tài)發(fā)生變化。

相應對策：設置監(jiān)測系統(tǒng)，并設定必要的預警值和極限值，將姿態(tài)數(shù)據(jù)反饋給施工加載過程，有效地保證頂升過程中橋梁結構安全、頂升施工質量和施工安全。此次施工監(jiān)測系統(tǒng)主要包括結構的應力變化、梁體姿態(tài)監(jiān)控等。具體監(jiān)控項目有：橋梁主要桿件應力監(jiān)測、橋梁頂升控制監(jiān)測、橋梁姿態(tài)控制監(jiān)測、環(huán)境溫度監(jiān)測四大模塊。施工監(jiān)控指導并貫穿整個頂升施工過程中，如有數(shù)據(jù)突變或超標施工現(xiàn)場立即停止施工。

7 實際施工發(fā)生的問題與解決的方法

10月份中旬侯月線澮河特大橋更換病害支座施工計劃正式下達：施工日期為2015年10月29、30、31日、11月1、2、3日，共6個施工天窗點，施工天窗作業(yè)時間段為6：40—9：30，施工時間為：170分鐘。

7.1 施工過程中發(fā)生的主要問題

在10月30日侯月線澮河特大橋更換24號墩下行月方鋼梁輥軸支座，施工延時88分鐘。（正式更換支座）具體情況為：當日施工計劃為170分鐘，施工時間為6：40-9：30；實際路局調度所6：23給點，10：58結束施工、開通線路，施工延時88分鐘。

7.2 施工延時分析客觀原因

①進入護網到作業(yè)地點走行距離過長。從車站護網門到施工地點距離為1156m，施工人員走行距離過長，此次施工6：23分下達施工封鎖命令，施工人員6：42跑步到達作業(yè)地點，走行時間占用19分鐘。

②施工空間狹小、作業(yè)機具使用受限。橋墩實際可作業(yè)的區(qū)域為：長度5m，寬度3m，有效的作業(yè)空間高度不足0.6m，且施工現(xiàn)場受鋼桁梁桿件的限制，作業(yè)人員需頻繁穿越寬度僅為0.3米的梁縫進行作業(yè)，施工難度較大。

③既有橋梁病害支座為大跨度鋼桁梁輥軸支座，為上世紀九十年代修建橋梁時設置，支座變形嚴重且異常笨重（支座重量為2078公斤）。既有支座拆除時，需將支座分解成4大部分6個主要構件，單個構件最大重量超過400公斤，且每個構件的分解、提升、拆除、滑移只能使用倒鏈、小撬棍等小型工具依靠人工搬、撬、拖方式進行，拆除工作極度困難，延長了作業(yè)時間。

④新鉸軸滑板支座受梁體頂升高度的限制，需提前分解成2大部分3個主要構件，單個構件最大重量超過1000公斤，然后在橋墩上重新組裝完成。且每個構件的分解、提升、滑移、安裝只能使用倒鏈、小撬棍等小型工具在狹小空間內依靠人工搬、撬、拖方式進行，安裝工作比較困難，延長了作業(yè)時間。

7.3 施工延時分析主觀原因

首先，過于相信設計單位、施工單位的理論功底及施工水平，導致現(xiàn)場應急措施效果不佳。本工程的設計及施工單位為鐵道科學研究所、支座的供貨商為山海關橋梁廠，以上皆為我國鐵路行業(yè)頂尖權威的科研機構及制造廠商。但施工中發(fā)生了諸多設計、施工、支座制造問題：

①設計圖紙脫離現(xiàn)場實際：新鉸軸滑板支座比既有輥軸支座低20mm，需采用自平流砼補齊，此問題為設計者主觀人為設置，實際上有較難的可操作性。

②設計圖重要數(shù)據(jù)與現(xiàn)場不相符：新支座到場后，我段現(xiàn)場監(jiān)護人員檢查發(fā)現(xiàn)新支座下擺螺栓孔距與既有輥軸支座錨栓的孔距不相符。以上問題都為設計者對現(xiàn)場既有病害情況未認真調查所至，新支座被迫返廠進行二次整修。

③“高強無收縮自平流砂漿”這種新型材料受環(huán)境溫度影響，強度增長緩慢，針對施工環(huán)境氣溫較低，雖事前考慮采取了電熱毯、“小太陽”加熱等針對性措施，但事實表明實際效果不佳。

其次，施工單位內部管理矛盾、技術負責人與現(xiàn)場作業(yè)人員之間的矛盾未及時解決。施工時現(xiàn)場作業(yè)人員與現(xiàn)場管理者存在抵觸對抗情緒，作業(yè)時出工不出力。

最后，更換如此類型的大型大跨度連續(xù)鋼衍梁支座不僅在太原鐵路局為首次，在全國鐵路橋梁系統(tǒng)內也幾乎沒有先例，可借鑒的實際經驗有限。對于現(xiàn)場突發(fā)情況處置、實際安全放行列車條件及應采取的應急措施，都需要在實際經歷與摸索過程中提練與總結，例如：

①在一個封鎖點內同時更換一個橋墩上的兩個支座人力、作業(yè)空間是否能夠滿足？

②在目前的施工環(huán)境與條件下，如何采取應急措施滿足按時開通條件。

做為現(xiàn)場技術負責人，以上問題的解決筆者深有感觸與體會。

7.4 針對以上問題采取的措施

①優(yōu)化及調整施工方案，在一個封鎖點內只更換一個橋墩上的一個支座。

②提前規(guī)劃好舊支座拆除后、新支座的安裝前放置的地點；在確保安全的前提下，將拆解完畢的舊支座推移至橋墩下，以增加作業(yè)面積；增加滾軸、滑車等特種工具，確保盡快移出舊支座、安裝新支座，壓縮作業(yè)時間。

③總結實際安全放行列車條件及采取的應急措施，確保按時開通。

④責令施工單位理順內部管理制度，消除現(xiàn)場管理人員與施工作業(yè)人員間的矛盾。

7.5 收到的效果

采取了以上措施后，在后續(xù)的更換21號墩2個病害支座的天窗施工時，每日都提前完成了施工任務，安全開通線路。

8 結束語

此次更換澮河特大橋鋼梁輥軸支座施工，從設計、施工、制造單位的評比與選定、《施工方案》的制定與審核、施工工作的準備與實施全過程約2年時間，期間在路局工務處的大力支持與幫扶下，我段克服了施工工藝復雜、施工技術要求高、施工環(huán)境惡劣等諸多施工難題，圓滿的完成了施工任務。