龙门吊卧拼技术在涉铁工程中的应用

　　要：以青岛新机场连接线涉铁工程转体桥钢箱梁拼装用的龙门吊安拆为背景，介绍在邻近铁路既有线拼装大型龙门吊施工技术，降低了对铁路既有线安全风险。实践证明：该拼装方案在技术上是可行的，对以后类似工程具有重要的指导和借鉴意义。

　　本文源自孙晓迈， 国防交通工程与技术 发表时间：2021-05-19

　　关键词：龙门吊;涉铁工程;卧拼技术

　　随着国内高铁及地方铁路的发展，跨越铁路的公路、铁路、市政桥梁越来越多，为降低桥梁工程施工对铁路运营线安全风险，跨铁桥梁的结构形式基本设计为平面转体。青岛新机场连接线涉铁工程转体桥为2×120mT构钢箱梁，分为左右两幅错位布置，双幅同时转体。通过在技术、安全、工期方面对钢箱梁吊装设备进行比选，最终确定采用4台MQ120t/16t-28m-30.5m三角桁架双梁龙门吊(以下简称起重机)作为钢箱梁吊装设备。两铁路线间，尤其紧邻高速铁路和航空限高区内高度达33m的特大龙门吊安拆是本项目的工作难点。

　　1工程概况

　　新机场高速连接线西接女姑口大桥，东至青银高速，自双埠收费站西侧，以高架形式接拓宽的女姑口大桥，向东地面穿越双埠立交后，继续向东跨越既有铁路线及沿线道路后接入青银高速。其中上跨青荣城际等既有铁路节点采用跨径120m+120m变截面钢箱梁T构桥，同时跨越胶济货线、胶济客专双线、青荣城际双线、机场专用六条既有铁路线。钢箱梁转体前主要是在平行铁路方向临时支架上吊装焊接施工，钢箱梁左幅支架位于青荣城际、机场专用线间230m范围，支架上方的钢箱梁投影西侧边缘距青荣城际铁路栅栏6m，投影东侧位于机场专用线路基坡脚上，钢箱梁顶板距地面高度为21～27m。右幅支架位于平行胶济线的安顺路上230m范围，支架上方的钢箱梁投影东侧胶济线坡脚栅栏为12m，钢箱梁顶板距地面高度为23.5～28.3m，施工环境较复杂。为确保钢箱梁吊装焊接及铁路营业线的安全，吊装方案经多次比选，最终采用4台120t龙门吊方案分别在左右幅支架上进行钢箱梁单元件吊装拼装焊接[1]。以铁路间左幅龙门吊为例，根据拼装支架上的钢箱梁断面尺寸及铁路间的作业空间，龙门吊两轨间距定为28m，吊装净空高度为3.5m，设计的龙门吊外形边缘距青荣城际接触网回流线仅为13.1m，横梁高岀接触网为20.6m。左右幅龙门吊与铁路位置关系如图1所示。

　　2龙门吊结构参数

　　龙门吊额定吊重120t，设计跨度28m，起重高度为30.5m，设备安装总高度33.5m。门式起重机主梁采用三角桁架焊接结构形式，共两列，其间距2.6m，每列分3段制造，段间采用销轴连接，总长度30m。主梁与支腿采用高强螺栓连接，主梁设天车导电架和走台。支腿采用一刚一柔结构，高度30.5m。龙门吊结构如图2所示，主要部件如表1所示，另包括1台16t小车机构、1个4t钢腿托架、1个2t柔腿托架、1个9t梯子平台和1台5t电器房。

　　3龙门吊拼装方案比选

　　由于龙门吊处在铁路营业线狭小的空间，环境特殊复杂，传统的先支腿拉线后吊装主梁的安装无法操作，经反复比选，只能采用支腿的刚性支撑法或卧拼法安装龙门吊。

　　3.1刚性支撑法

　　刚性支撑法主要采用4根刚度较大的型钢对龙门吊两侧支腿吊耳与地锚连接加固，然后再用吊车吊装主梁横梁与支腿连接。拼装主要步骤：施工准备→拼装场地布置→轨道检测、地锚的布置检查→刚性(柔性)支腿拼装→刚性(柔性)支腿刚性支撑拼装连接并调整→主梁吊装并栓结→起重小车吊装→附件安装→电气设备安装→调试、试运转[2]。龙门吊刚性支撑法拼装过程见图3。

　　3.2卧拼法

　　拼装主要步骤：施工准备→拼装场地布置→轨道检测→走行大车固定→主梁拼装→主梁与支腿连接→两台汽车吊整体起吊→支腿与走行大车栓结→支腿与主梁栓结→起重小车吊装→附件安装→电气设备安装→调试、试运转。龙门吊卧拼法拼装过程见图4。

　　3.3拼装方案确定

　　青荣城际间的铁路天窗点时间最多只有240min，采用刚性支撑法安装时间无法保证且安全风险性极高，而利用铁路天窗点采用2台汽车吊进行卧拼抬吊方式安装龙门吊最多只需200min，因此本工程龙门吊安装方式选用卧拼方式。

　　4龙门吊卧拼施工技术

　　卧拼法施工工艺：施工准备→轨道、托梁的安装布置→主梁部件组装→支腿组装→大车行走构件定位→主梁及支腿组合→主梁、支腿件小车抬装→平台操作室配电柜等附件→电气安装调试→试吊、检测验收→正式交付使用。

　　4.1大车走行机构的定位

　　(1)大车走行机构的定位需事先在大车轨道上准确标示中心点，按照位置要求分别将4组台车定位(见图5)，其中有两组的位置为最终定位，用12.6#槽钢支撑牢固支撑在挑出去的12.6#槽钢对扣的支撑上。

　　(2)根据内侧地锚位置及单侧大车行走机构前后轮组距离，在轨道边做好行走机构车轮组定位标记，放置大车行走梁于轨道上，使车轮组放置于标记处，两根行走梁的车轮全部靠向轨道横向的同一侧，锁紧手动防风铁楔;每个行走机构用12.6#槽钢牢固支撑，保证其顶面的水平度。

　　4.2主梁、支腿构件拼装

　　用70t汽车吊，在地面依序完成大车行走梁(含大车行走机构)、刚性门腿(分两根)、柔性门腿(分两根)、2根主梁及各附属结构(走台、爬梯等、电缆滑车架等)的组装。在主梁组拼好的基础上，把刚性支腿和柔性支腿用销轴与托梁连接，支腿的下端采用滚轴的方式放在反扣在地面的作为滑行轨道的16#槽钢上(见图6)。

　　4.3龙门吊整体抬吊

　　利用两台500t汽车吊共同起吊主梁(见图7)。2台500t的吊车进入场地，并排立在主梁一侧，车身长度方向顺着轨道方向摆放。两台500t吊车首先按预吊高度竖起大臂，放下吊钩至主梁吊点位置。

　　选好主梁吊点，将组装好的主梁吊起试钩，同时检查吊具和吊车支腿等，起吊的同时测量人员在一旁对地面沉降进行检测及时预警。起吊时两台吊车旋转半径内及其中间区域为作业区域，禁止人员入内，并用警戒带隔离危险区域。等试吊无误后将主梁慢慢吊起，对所有使用的机具布置、连接、捆扎等进行全面检查，确认无误后方能进行主梁吊装。主梁提升200mm静悬空中10min，查看所有机具确认安全可靠后，方能慢速将主梁提升，当主梁离开地面一定高度后，现场安装人员随时测量支腿下方的间距，当支腿间距等于设计值时迅速把支腿下横梁吊至支腿安装位置，立即组织人员进行安装，安装完成立即组织人员通过支腿爬梯进行拖梁与支腿的法兰连接，连接完成后人员迅速撤离。

　　两台汽车吊必须由一人统一指挥，吊车司机和指挥人员配备无线对讲机，确保两台吊车起吊的同步性和协调性。在起吊后在任何起吊高度，主梁都必须处于两端平衡。连接螺栓时，操作人员站在临时焊接的平台上进行作业，法兰螺栓紧固采用对角紧固，焊接必须牢固，并佩戴安全带进行作业。龙门吊吊装工序时间控制：①步骤一，吊车就位准备配重等，0min;②步骤二，起吊大臂，挂钩，20min;③步骤三，龙门吊起升到位，安横联，60min;④步骤四，龙门吊与大车横联栓结，30min;⑤步骤五，安装拖梁与支腿法兰，继续安装支腿横联、剪刀撑，拉揽风绳加固，吊车收大臂，90min。共计200min。

　　4.4吊车、基础、钢丝绳结构计算

　　4.4.1吊车选型及能力计算

　　(1)吊机臂长计算：龙门吊主梁支腿组件吊装时所需起重高度H=36m。由于起重安装需要，作业半径R不小于14m。起重机要求最小臂长为：L=(H+h0-h)2槡+R2。式中：L为起重臂长度;H为起重高度;h0为起重臂顶至吊钩底面的距离，取5m;h为起重臂底铰至停机面距离，取2.2m。则主梁支腿组件吊装时起重机臂长41.3m，因此选用47.3m主臂。

　　(2)吊装主梁支腿组件吊机能力验算：已知主梁支腿组件地面组装后总重100t，采用2台500t汽车吊为主吊装设备，主臂L=47.3m，作业幅度详见主梁、支腿组合件吊装工况(见表2)。

　　根据《建筑施工起重吊装安全技术规范》(JGJ276-2012)第3.0.17条规定，采用双机抬吊时，单机载荷不得超过额度起重量的80%，吊重不得超过两台吊机起吊能力的75%;刚性支腿侧吊机受力55t，需要吊机满足负荷至少为55t/80%=68.75t;柔性支腿侧吊机受力45t，需要吊机满足负荷至少为45t/80%=56.25t。

　　根据主梁、支腿组合件吊装工况表，查500t汽车吊起重性能表，吊机主臂L=47.3m，满足吊装要求。所以，选用两台500t汽车吊。

　　4.4.2地基承载力计算

　　主梁、支腿组件按件重100t，由2部500t汽车吊进行抬吊，受力最大500t汽车吊自重96t，配重135t，吊车支腿下方分别铺设在长2.0m、宽2.0m的路基箱上，使吊车支腿受力通过钢板和路基箱均匀扩散至地基。

　　500t汽车吊支腿全伸长度为9.6m，在侧面吊重时(作业半径为13.8m)处于不利工况，此时的地基承受力为汽车吊本身自重平均在4个路基箱的受力值，与吊重、汽车吊自重以非吊重侧支腿为支点产生力矩在吊重侧支腿处。

　　路基箱处支反力的合成，地基承受力为：(96+135)t4×(2.0×2.0)m2+(13.8+4.8)m×55t9.6m×(2.0×2.0)m2=410kPa(500t汽车吊)。

　　吊装过程中计算硬化路面的承载力，只要大于410kPa即可满足要求。

　　4.4.3吊车用钢丝绳计算

　　吊装重量P=G总×KA×KB。式中：G总是吊装总质量，KA是动载系数，KB是不平衡系数。

　　主梁、支腿组件重量100t(主梁采用2台汽车吊，每台车两个吊点，每个吊点2股钢丝绳，因而钢丝绳计算以主梁抬吊计)，单个吊具0.5t。

　　主梁采用两台500t汽车吊抬吊，刚腿侧单台受力，动载系数取1.1，不平衡系数取1.2，即：P=(55+0.5)t×1.1×1.2=66.66t。

　　P取最重设备来计算荷载，根据吊装过程计算角度取8.5°，按2点各吊装2股钢丝绳考虑。

　　主梁采用两台500t抬吊，最大单台受力P=66.66t(刚性侧)，则一吊点所受最大力为：Pmax=4×cosα=16.85t

　　采用吊钩，钢丝绳选用安全系数k=6，破断力为：Pp=Pmax×k=16.85t×6=101.1t。查表得：钢丝绳42-6×37+IWR，抗拉强度为1770MPa，破断力为112t>Pp=101.1t。钢丝绳选用42-6×37+IWR-1770型号可满足吊装要求。

　　5结束语

　　青岛新机场连接线涉铁工程的龙门吊成功拼装应用较好的解决因涉铁特殊复杂环境原因不能在天窗点之外时间利用汽车吊或履带吊吊装钢箱梁的困难，不仅大大提高了工程进度，还节约了直接和间接资金共计数百万元，产生了良好的经济效益。同时，本项目的龙门吊卧拼技术方案为今后类似涉铁桥梁施工提供了技术储备和借鉴。