大胜关长江大桥检修小车拆除方案探讨

章家伟 中国铁路上海局集团有限公司南京桥工段

1 工程概况

南京大胜关长江大桥主桥上方共有5 台检修小车，包括3 台上平弦检修小车和2 台上拱弦检修小车；检修小车所在位置：4 号墩顶停放2 台上平弦检修小车，6 号、8 号墩附近边跨侧分别停放1 台上拱弦检修小车，10#墩上部停放1 台上平弦检修小车。其中4#、6#及8#墩均位于水中，10 号墩位于岸边陆地上。

检修小车为桁架式钢结构，主桁共分三个节段，杆件间采用焊接连接，主桁节段间及前后支腿与主桁采用栓接连接，走行轮与支腿采用销接连接。检修小车随桥梁同步建设完成，因桥梁建设期国内缺乏检修小车的相关技术标准、功能欠缺，目前无法适应桥梁检修的需求且存在如下病害：

（1）上弦五台检修小车行走系统锈蚀严重，结构自重较大，支点分散，整体移动同步性无法保证。

（2）上弦五台检修小车钢结构表面均存在不同程度锈蚀，其中4#墩2台，10#墩1台检修小车表面锈蚀较为严重。

（3）五台检修小车吊篮系统普遍存在钢丝绳锈蚀病害。

（4）主桁与支腿连接板部分螺栓锈蚀严重，且8#墩检修小车个别螺栓存在缺失现象。

（5）主桁梁拼接处存在螺栓锈蚀。

甚至在各种外力和环境影响下，可能脱落砸到动车，为减少营运线的安全隐患，需对5台检修小车进行拆除。

2 施工难重点分析

（1）作业环境复杂。检修小车跨越既有京沪高速铁路双线、沪汉蓉铁路双线和南京地铁双线，且4#、6#、8#检修小车均采用浮吊水上吊装作业，涉及到铁路运营、航道水运安全，作业环境复杂。

（2）有效施工时间短。拆除过程涉及营业线施工，可利用的铁路天窗时间短，需接触网停电配合后进行，过程不得造成铁路封锁延点；且点内工序完成后，结构处于安全、稳定状态，不得危及铁路行车安全。

（3）大型起重吊装作业困难。采用1 000 t浮吊和500 t履带式吊机进行检修小车拆除，吊重最大约40 t，水平吊距最大约46 m，高度约77 m，吊装施工受铁路天窗计划安排及天气因素的影响较大。

3 吊装作业

3.1 作业面、浮吊与铁路设备的空间位置关系

（1）作业面与铁路设备的空间位置关系

检修小车长38 m，分别分布于10#、8#、6#、4#墩顶区域，检修小车横跨布置在钢梁上平弦、上拱弦的上表面。平弦区段横梁高6 m，墩顶边桁设有竖向爬梯。

高铁线路：爬梯中心线距离高铁接触网横向距离约5 m，横梁上平弦顶面距离高铁线路承力索约7.6 m。

地铁线路：爬梯中心线距离地铁接触网横向距离约3.9 m，横梁上平弦顶面距离地铁接触网约9.8 m，接触网距离铁路面约4.8 m。

（2）1 000 t浮吊同既有钢梁的位置关系

非施工时段，浮吊停放在临时码头或远离桥梁净距30 m外停靠。线路封锁前，浮吊在距离钢梁50 m范围外进行吊装准备，吊臂沿远离桥梁方向起升，线路封锁后，移动至吊装站位区域，转动吊臂至检修小车上方。在水上检修小车吊装过程中，浮吊转盘中心距离桥梁中线约46 m，吊高77 m，吊臂距离钢梁横向净距约4 m，距离地铁S3 号线外侧约6 m，距离S3号线接触网距离约5.4 m。

3.2 吊装吊点设置

根据检修小车结构特点及吊装方式，检修小车拆除通过辅助吊装扁担整体吊装拆除。吊装扁担采用钢桁架桁架形式，横向长度30 m，高1.8 m，宽度1.5 m，上部与起重设备吊钩采用钢丝绳连接，吊装夹角60°，吊点横向间距15 m。吊装扁担下通过吊带连接检修小车，吊带从检修小车主梁底部进行缠绕兜吊。吊装吊点布置见图1所示。

图1 吊装吊点布置方案图（mm）

3.3 吊装钢丝绳选型

由于上拱弦检修小车自重大于上平弦检修小车，同时各检修小车吊装吊具布置相同，故已上拱弦检修小车为标准，选择吊装钢丝绳及吊带等吊具。

上拱弦检修小车自重P1=260 kN，考虑小车加固桁架、辅助吊具、钢丝绳、卡环等配件重量P2=140 kN，故总吊重取400 kN。通过吊装扁担4 点起吊吊装检修小车，吊装角度60°，故单点吊重P=400 kN/4sin60°=115.5 kN，拟选择直接φ 43 mm6×37+1 的钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1 400 MPa，钢丝破断力破断拉力T=799.9 kN,故冗余系数k=799.9/115.5=6.93＞5，满足设计及规范要求。

3.4 吊带选型及验算

单根吊带最大反力为77.2 kN＜100 kN，拟选用10 t（安全系数1:6）的扁平型吊带，吊装扁担拟通过7 根扁平型10 t吊带连接兜吊检修小车。由于吊带连接采用平行吊篮式提升，检修小车自重26 t,钢丝绳及吊具自重考虑4 t,考虑1.4 倍的小车构件及钢丝绳等吊具自重荷载，2倍的保障系数，计算吊重＝84 t,单点垂直提升荷载＝840 kN/14=60 kN＜100 kN,满足规范设计要求，吊带均选用安全系数1:6 的扁平型10 t 吊带。

3.5 吊装受力模型验算分析

3.5.1 计算参数

（1）荷载

根据图纸及设计说明可知小车横向长38 m，高4.9 m，重量约29 t。检修小车及吊装扁担自重，支腿、栏杆、走行轮箱、吊篮、发电机平台等荷载作为节点荷载或均布荷载加在检修小车桁梁上。吊装选择在无风或风速较小时段进行，故不考虑风荷载作用。

（2）材料参数（见表1）

表1 材料参数

3.5.2 计算模型

采用结构有限元软件建立模型，吊装扁担与检修车主梁采用7个吊带连接，主梁各构件采用梁单元模拟，吊带采用受拉单元模拟，荷载以节点荷载形式加载在扁担梁相应的位置上（见图2）。

图2 吊装扁担梁模型图

主要检算吊装工况：自重+荷载（按1.4倍系数计算）。

3.5.3 计算结果

3.5.3.1 吊带受力情况

各吊带反力分别为：77.2 kN、46.0 kN、53.8 kN、53.2 kN、53.8 kN、46.0 kN、77.2 kN，单根吊带最大反力为77.2 kN＜100 kN。

3.5.3.2 吊装扁担受力情况

（1）竖向位移

吊装扁担最大竖向位移为9.636 mm，满足要求。

（2）组合应力

吊装扁担最大组合应力63.0 MPa＜[σ]=170 MPa，满足要求。

（3）弦杆

弦杆承受的最大内力为：N=216.9 kN，满足要求。

（4）腹杆

腹杆承受的最大轴力为：N=79.1 kN，满足要求。

根据以上荷载和吊点情况，通过模型计算检修小车吊装各构件符合受力要求。

4 拆除方案

考虑铁路运营作业时间限制，以及减少对铁路营运线的影响，本次检修小车拟采取整体拆除，选用大型起重船和履带吊机，分为水上和岸上两个情况进行，将检修小车整体一次性吊离拆除。

4.1 陆上拆除方案

依据设计图纸及现场调查结果，10号墩顶检修小车位于陆地上，其重量约为18 t，考虑小车加固桁架、辅助吊具、钢丝绳、卡环等配件重量约14 t，则总吊重为32 t；根据检修小车实际所处位置及地形条件，工作半径约28 m、最小吊高约70 m（检修小车距地面约为53.5 m），此时钢桁梁距履带吊机吊臂最小距离为3 m。

查500 t 履带吊机参数表知：其在副臂变幅工况下，主臂长度54 m，角度85°，副臂长度42 m，角度62°、工作半径28 m的工况下，最大额定吊装负荷为50.5 t，冗余系数k=50.5/32=1.58＞1.3，满足规范要求；起升高度92 m，满足检修小车的吊离要求。

4.2 水上拆除方案

依据设计图纸及现场调查结果，检修小车有4 台位于水上，其最大重量约为26 t，考虑小车加固桁架、辅助吊具、钢丝绳、卡环等配件重量约14 t，则总吊重为约40 t。

根据工期进度安排，拟在10 号墩顶检修小车拆除结束后，进行水上检修小车拆除施工，采用1 000 t 浮吊进行吊装拆除，吃水深度3.2 m。该阶段最低水位为1.88 m，最低水深5.3 m。根据实际所处位置及水文条件，吊离检修小车的水平吊距约50 m、最小吊高约77 m；起重船站位及驳船布置如图3、图4所示。

图3 1 000 t起重船站位立面示意图（m）

图4 江面浮吊布置图(m)

1 000 t 起重船工作环境要求：风力≤蒲氏7 级，有义波高≤1.0 m，流速≤3 m/s；查1 000 t 起重船参数表知：副钩吊高78 m、吊幅为50 m 时，最大额定吊装负荷为300 t，满足检修小车的吊离要求，冗余系数k=300/40=7.5＞1.3,满足规范要求。

检修小车拆除施工依次从南向北依次逐个拆除，即先拆除10#检修小车（陆地），后逐渐拆除8#、6#、4#（水上）检修小车。

5 结束语

通过此次大胜关长江大桥检修小车拆除工程，摸索出了一套高速铁路桥梁上部大型构件整体吊装拆除新技术，为应对水上、陆上不同环境的吊装作业积累了宝贵经验。同时为特大桥检修小车的设计、安装提出了新的要求。