搜索
MSS1400t级移动模架施工工法中铁十五局集团第四工程有限公司曹勇1．前言移动模架是一个可沿桥纵向移动的机械化程度很高的“桥梁工厂”，一般适用于跨径为30～60m的预应力等跨、等截面混凝土连续梁桥。施工时逐孔推进、逐孔浇筑、逐孔张拉、逐孔联接成连续结构。梁段施工缝设在成桥恒载状态的零弯矩附近，即跨径的1/4～1/6倍，施工状态与成桥状态受力模式比较接近。应用移动模架技术进行连续梁桥施工起源于20世纪50年代的西欧，由于移动模架施工具有施工速度快、经济效益高等特点，随着桥梁建筑的高速发展在国外得到了广泛应用。在我国则起步较晚，一直到1991年的厦门高集海峡大桥才开始采用，近年来在南京二桥、南京三桥、苏通大桥等特大桥的多跨连续箱梁引桥中，2005年MSS900t级移动模架开始应用于铁路客用专线，同年MSS1400t级移动模架在广州地区跨海大桥中首次使用。移动模架相对架桥机而言在国内俗称“造桥机”，但是大跨度移动模架的组成比架桥机复杂，故英文名MSS-MobileScaffoldingSystem，直译为移动支撑系统，其核心技术是MSS系统集成技术。2005年被确定为集团公司科研开发项目，经过全体参建员工的共努力，在广州凫洲跨海大桥的建设中成功的应用了MSS1400t级移动模架施工技术，取得了良好的社会效益和经济效益，2006年12月份通过了局集团公司组织的专家评审，目前正在申报集团公司科技成果进步奖。2．工法特点移动模架是一种自带模板，利用两组钢箱梁支承模板，通过自力前后走行、模板开合，对混凝土梁进行逐孔原位现场浇筑的施工设备。与普通的桥梁施工方法不同，它是在一孔桥下设置支撑，经体系转换成桥，体系转换次数很少。具有需要的支架数量少，周转次数多，利用效益高，施工速度快，设备简单、造价相对低廉、操作方便、占用施工场地少等特点。移动模架一般分为移动悬吊模架和支撑式活动模架，前者是将承重梁和导梁位于桥面以上，模板通过吊杆、横梁悬挂在承重梁上，其工作方式类似架桥机的典型作业工况；后者的承重梁和导梁支撑在桥面下的墩身上，应用较为广泛。3．适用范围适用于最小曲线半径2000m，跨径30～50m的铁路、公路预应力等跨、等截面混凝土连续梁桥工程。4．工艺原理Mss1400t移动模架为下支承型结构，活动模架在墩旁托架支撑作用下生根在承台上，横向通过精轧螺纹钢水平拉杆使支撑托架和墩身抱紧成稳固整体。承重梁和导梁支撑在桥面下的墩身上，可实现纵移、横移、顶升、落降。底模在横移油缸作用下，实现底模开合，并可以通过模板螺杆调整底模、侧模、翼模以适应桥梁平纵线形。墩旁每联除首跨外其余各跨分段施工缝设在0.2倍桥跨处，施工时用后锚固梁将模架吊挂于已浇好的混凝土梁段上，以保证新老混凝土梁的精确结合。4.1移动模架的设计技术MSS1400移动模架自下而上分别由三角架支撑系统、主梁移动系统、主梁、导梁、模板及其支撑系统、后锚固系统等组成。走行系统包括主箱梁升降液压系统、横移液压系统、纵移液压系统、后锚固升降液压及轨道走行系统。按如下原则进行设计。4.1.1设计依据《公路桥涵设计规范》（合订本）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）《起重机设计规范》（GB3811-83）4.1.2移动模架设计的技术参数，必须满足表1的要求。4.1.3参数计算1、计算荷载移动模架设计荷载=混凝土施工荷载+施工临时荷载+风荷载。风压计算：走行状态计算风压：取走行状态最大计算最大风压：q=150Pa；非走行状态计算风压：且前后导梁加临时支撑，最大计算风压：q2=1000Pa。2、主梁竖向刚度及冲击系数砼浇注状态时主梁最大挠跨比≤1/800；走行时最大伸臂状态挠跨比≤1/800砼浇注状态时冲击系数1.05；走行时冲击系数1.053、安全系数：钢结构强度安全系数n基本荷载n≥1.5基本荷载+风荷载n≥1.33特殊或工艺荷载n≥1.15抗倾覆安全系数k≥1.5。Mss1400t移动模架主要技术参数表1项目技术参数项目技术参数现浇梁跨度30m～50m工作时最大托架反力550t一次浇注砼重量1400t走行时最大托辊支承反力142t纵向推拉能力50t整机重量约600t横向推拉能力50t主机外型尺寸（长×高×宽）104×10.4×21.3m系统纵移速度0.5m/min施工状态下主梁最大净挠度最大挠跨比≤1/800适应桥梁最大纵坡3%整机行走时稳定系数（抗倾覆）≥1.5系统横移速度0.5m/min驱动方式液压适应桥梁最大横坡2%动力条件380V三相四线制交流电单孔施工跨径≤50m整机功率60KW整机功率60KW抗风能力（工作状态）6级4、钢材容许应力制作移动模架的材料，必须符合国家现行有关标准，钢材容许应力见表2。主要材料的容许应力表2钢号许用正应力（MPa）许用剪应力（MPa）许用挤压应力（MPa）Q345B210130315Q235B16010024045#钢调质24014436040Cr热处理523314785ZG55淬火300180450主梁、导梁接头连接板采用Q345B钢，销轴采用45#钢，托辊轮采用ZG55淬火加工，高强度螺栓采用10.9级，其余结构均采用Q235B钢。45#钢均需调质处理，40Cr钢均需进行热处理。4.1.4移动模架液压系统的设计Mss1400t移动模架液压系统设计主要是主箱梁升降液压系统、横移液压系统、纵移液压系统、后锚固升降液压及轨道走行系统。液压系统设置时，应分别设置独立的操作系统：①竖向支顶液压系统；②纵横移液压系统；③后锚固液压系统。一般液压系统的配置见表3。液压系统设备配置表表3名称规格数量附注额定安全顶力3000KN液压千斤顶活塞φ320/900，行程600mm12台前支腿4台，后支腿4台，后锚固梁下2台，备用2台500KN双作用液压千斤顶φ125/85，行程1000mm12台六个支腿每个支腿各2台用于纵向移动50KN双作用液压千斤顶φ140/85，行程800mm6台各支腿1台用于梁部横移注：表中分为子为油罐内径，分母为活塞杆外径（1）支顶油缸为双作用强力油缸，油缸顶盖与活塞杆球铰连接，可形成旋转，以适应砼箱梁纵坡和横坡要求。（2）支顶油缸均设置哈夫型钢结构保险装置，可使外荷载通过刚性接触传递，确保施工安全。保险装置厚度可分为5、10、20、50、80、100、150、200等8种不同型号，可根据实际顶升高度而匹配。哈夫保险箍两半圆对接后应穿螺栓连接，以确保安全。（3）纵、横移和顶升用中高压柱塞泵站，各油缸通过快插接头与泵站连接，当需要转换油缸时，能快速接通油路。设置一个手动换向阀控制一只油缸。油缸工作速度0.5m/min。（4）千斤顶缸体材质为27SiMn，属中高工程缸结构。上述缸体应随行走需要而往前倒运和安装。4.1.5电气操作系统设置电气系统采用380V三相四线制交流供电，零线与机体连接，电源进线电缆容量不得小于50A，由主配电柜接入后，按支腿独立供电，左右侧并联分别给左侧油泵供电和右侧油泵供电。后锚固系统独立供电，分别对油泵、卷扬机、主动轮驱动电机供电。操作台安装在支腿，左右侧分别单独操作。4.1.6移动模架设计应满足下列要求：1、移动模架设计时，应根据路线平纵曲线特点、桥梁的跨度、桥面宽度、桥梁墩台高度、桥址地物地貌、桥下交通情况、施工条件进行设计。2、移动模架设计时，必须满足顶升主梁调整模板标高、横移分离或合拢模架、纵向移动模架过孔的作用。3、根据墩身的高度确定移动模架的支撑方式。上承型结构或下承型结构。4、满足曲线半径R=2000m的砼梁过孔要求。在托辊上设置旋转机构，满足过孔时支点的旋转要求。5、满足横移分离模架的净空要求。竖向千斤顶顶落高度不小于500mm，满足模架分离横移所需要的顶落高度，6、竖向支承千斤顶顶面设置球型支座，以满足砼箱梁纵、横坡的变化要求。7、纵移活动支座设置在主梁滑道上，滑道的腹板上均匀设置销孔，纵移千斤顶设置与滑道相连的销孔。移动过程中可大大减轻操作人员的劳动强度。8、移动平台与三角架之间设置滑板，减少横移时的阻力。9、移动模架应按设计在工厂加工，现场组装成型，考虑以便运输的要求。4.2移动模架的结构MSS1400移动模架自下而上分别由三角架支撑系统、主梁移动系统、主梁、导梁、模板及其支撑系统、后锚固系统等组成。模架灌筑砼梁体时，荷载传递途径：外模板→螺旋撑杆→横梁→钢箱梁→移动台车上液压千斤项→三角架→立柱→承台。模架移动时的荷载传递途径：MSS系统自重→移动台车上托辊→三角架→立柱→承台。4.2.1主梁主梁由2组钢箱梁，多组横向连接桁架横梁等主要结构组成。每组钢箱梁由多节钢箱梁和多组接头组成，接头根据受力大小设置连接方式。钢箱梁一般高3m宽2m，钢箱梁腹板厚10mm，盖板厚20～24mm。钢箱下缘设两走道，宽80mm、厚50mm的轨道板。箱内部设纵、横向加劲肋，以满足主梁的局部稳定要求。4.2.2导梁导梁为三角桁架式，分为前、后两组。导梁与钢箱梁连接采用10.9级φ24高强螺栓连接，导梁与导梁间采用销接，以方便快速拼装。4.2,3模架支承系统模架支承系统包括可调式支撑杆、支承横肋及连接系。每组支承系统应相对独立，可根据砼箱梁曲线变化进行垂直、水平位置的调整。4.2.4模板模板分为外模和内模，外模宜采用大块定型钢模，与移动模架安装成整体；在底模和侧模的连接缝处设10mm厚的橡胶板，块与块之间采用普通M16和M22粗制螺栓连接，侧模与底模连接采用扣接。内模采用普通模板，在底板及腹板钢筋安装完成后组装入模，由预应力混凝土箱梁顶预留孔位置拆除取出。4.2.5后锚固系统主梁后吊挂系统由后锚固梁、液压千斤顶、钢垫块、钢轨轨道、主从动轮、液压泵站、φ32预应力高强精轧螺纹钢吊杆、哈夫保险箍、卷扬机组成。后锚固系统钢轨轨道靠安装在后锚固梁上的卷扬机拖拉前进，后锚固梁可以设在已浇混凝土桥面的轨道上通过主从动轮自行到位。主动轮具备停机自动刹车功能。后锚固梁下的千斤顶在起顶到位后，灌注主体箱梁混凝土前，在千斤顶上加哈夫保险箍，以防千斤顶受力后液压失效，出现意外事故。在灌筑梁体砼时，φ32预应力高强精轧螺纹钢吊杆拉力最大不宜超过30吨。4.2.6安全设施安全设施包括支承三角架横梁操作平台；两钢箱梁中间的纵向走道；翼缘模板上外侧走道钢箱梁上下人梯；钢箱梁梁顶护栏；砼箱梁前端操作平台；全部桁架横梁下设挂设安全网。4.3移动模架的制造加工技术移动模架应根据设计图纸，在工厂加工，材料质量必须满足图纸技术要求，部件必须编号，以便安装正确，焊缝质量标准见表4。焊缝的容许应力表表4移动模架制造必须遵守下列规范标准：《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）焊缝种类应力种类钢材普通检查方法的手工焊自动焊或精确检查方法的手工焊对接拉压[σ]MPaQ345B168210Q235128160贴角剪切[τ]MPa16Mn120130Q23590100《建筑钢结构焊接规程》（JG581-91）《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）4.4移动模架安装技术移动模架的安装应选择合理的位置，桥墩高度满足移动模架吊装要求，平整施工场地，场地四周设置围栏和临时排水沟，禁止非施工人员进入施工现场，避免发生安全事故。4.4.1支撑三角架安装1、安装三角架立柱，每墩两组立柱之间用精轧螺纹钢拉杆连接，纵向与墩身楔紧，使之与墩身连为一体。每根精轧螺纹钢拉杆采用YCP60千斤顶施加7t预拉力。2、安装三角架支撑。单侧三角架支撑事先组拼成整体，先找准三角架重心起吊吊装就位，再用5吨手拉葫芦和钢丝绳与墩顶扁担梁临时连接。当该墩另外一只三角架支撑都就位后，穿入精轧螺纹钢拉杆将两只三角架支撑连为一体，同时用木楔将三角架的前后挡块与墩身前后两面楔紧。3、采用YCP60千斤顶对每精轧螺纹钢拉杆施加30预拉力，确保三角架与墩身密贴，减少弹性变形。张拉过程中前两根考虑15％的预应力损失。张拉时对称均衡进行。4、安装三角架支撑安全操作平台及走道。4.4.2安装移动系统和电气操作系统1、安装移动平台，将移动平台安装于三角架