高速鐵路大跨度鋼桁拱梁關(guān)鍵施工技術(shù)

摘要：結(jié)合南欽高速鐵路三岸邕江雙線特大橋鋼桁拱架設(shè)施工為實(shí)例，介紹在鋼桁拱安裝施工技術(shù)，可以為今后類似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 鋼桁拱梁 上下弦桿 大跨度橋梁

1 工程概況

本標(biāo)段三岸邕江雙線特大橋中心里程為DK9+175，橋長(zhǎng)2537.05m，孔跨布置為2（4×24m+8×32m+2×24m+9×32m+(132+276+132)m鋼桁拱+39×32m簡(jiǎn)支梁）。設(shè)計(jì)采用圓端形橋墩、T形空心橋臺(tái)、鉆孔樁基礎(chǔ)。橋下邕江屬于內(nèi)河Ⅱ級(jí)航道，橋梁設(shè)計(jì)洪水流量18400m3/s。

邕江特大橋主橋?yàn)?132+276+132)m三跨連續(xù)單拱鋼桁梁，邊跨為平弦鋼桁梁，主桁形式采用N形，桁高16m，桁寬15m，節(jié)間長(zhǎng)度12m，中間支點(diǎn)處設(shè)加勁弦，加勁腿高16m；中跨為276m為帶系桿的剛性鋼桁拱，拱肋采用變高度N形桁架，中間支點(diǎn)處高36m（含加勁腿高度），跨中桁高10m，拱頂至橋面高度63m，矢高60m（拱肋桁架中心距），矢跨比1：4.6，拱肋上下弦桿采用不同的拋物線。拱肋與系桿之間采用吊桿連接，吊桿最大長(zhǎng)度55m。橋面系采用縱橫梁體系，明橋面。

2 施工工序簡(jiǎn)述

鋼桁梁架設(shè)采用從兩側(cè)往跨中雙向架設(shè)、跨中合攏的方案。

2.1 按施工進(jìn)度安排，完成主橋橋墩的樁基、承臺(tái)和墩身施工。設(shè)邊跨臨時(shí)墩N1～N10。利用龍門吊機(jī)，在臨時(shí)墩上拼裝兩岸邊跨端部第一～第三節(jié)間的鋼梁。利用龍門吊機(jī)在鋼梁上弦安裝架梁吊機(jī)。

2.2 利用龍門吊機(jī)提升構(gòu)件至主桁下弦橋面。利用運(yùn)梁小車運(yùn)至前端。利用架梁吊機(jī)，分別拼裝兩岸鋼梁至24#、25#橋墩。

2.3 按設(shè)計(jì)要求，在邊跨橋面上壓重，重量為200KN/m。（亦可采用拉索壓重）通過(guò)船舶運(yùn)送鋼桁梁構(gòu)件至拱肋前端。（已考慮通航要求）。利用架梁吊機(jī)，繼續(xù)懸拼拱肋、吊桿和系桿。為減輕懸拼狀態(tài)的荷載，系桿區(qū)段的橋面、吊桿之間的橫向聯(lián)結(jié)構(gòu)件暫不安裝（需采取防風(fēng)振措施）。安裝吊索塔架塔柱及塔頂錨箱，安裝過(guò)程中設(shè)置臨時(shí)支撐斜腿以保證塔柱的穩(wěn)定。

2.4 利用船舶運(yùn)送鋼桁架構(gòu)件至拱肋前端。利用架梁吊機(jī)，繼續(xù)懸拼拱肋、吊桿和系桿。安裝吊索塔架拉索。吊索塔架進(jìn)行初張拉。繼續(xù)懸臂拼裝鋼梁桿件至合攏點(diǎn)。

2.5 通過(guò)調(diào)整索力、吊機(jī)位置等措施調(diào)整拱肋下弦相對(duì)高差后，拱肋下弦桿合攏，然后上弦桿合攏。合攏后及時(shí)釋放25#墩順橋向水平約束。調(diào)整系桿相對(duì)位置，系桿合攏。吊裝吊桿間的橫向聯(lián)結(jié)系構(gòu)件及系桿區(qū)段的橋面系。逐步釋放吊索拉力，拆除拉索及吊索塔架。調(diào)整支座標(biāo)高，安裝支座。吊機(jī)逐步后撤至拆除位置，拆除吊機(jī)。

2.6 拆除施工輔助設(shè)施，施工擋渣墻、道渣、電纜槽、欄桿、電氣系統(tǒng)等。全橋完成最后一道面漆的整體涂裝。竣工驗(yàn)收。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 架梁爬行吊機(jī)

3.1.1 桅桿起重機(jī)：桅桿起重機(jī)由機(jī)架、臂桿、變幅機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、安全裝置組成。各卷?yè)P(yáng)機(jī)均采用液壓傳動(dòng)，前回轉(zhuǎn)立柱支承在可繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的橫梁中部，后支點(diǎn)反力由兩套螺旋機(jī)構(gòu)傳遞給變坡底座。

3.1.2 變坡底座：變坡底座由兩根底梁和聯(lián)接系以及可繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的前橫梁組成。下面裝有行走輪，后部裝有螺旋調(diào)平機(jī)構(gòu)，牽引機(jī)構(gòu)直接牽引變坡底座，架梁作業(yè)時(shí)，變坡底梁與鋼梁桿件相對(duì)錨固。

3.1.3 后支承螺旋調(diào)平機(jī)構(gòu)：后支承螺旋調(diào)平機(jī)構(gòu)為兩套，分別由螺旋桿、電動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。螺旋機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整并可自鎖，可將起重機(jī)底座調(diào)平，確保起重機(jī)在各種坡度狀態(tài)下正常使用，并將支反力傳給變坡底座。為了實(shí)現(xiàn)大范圍的調(diào)整。螺桿機(jī)構(gòu)分為可調(diào)部份和固定部份，在0～12°坡度范圍內(nèi)，變坡底座與起重機(jī)底座之間直接由可調(diào)螺桿連接實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整；在12～24°范圍內(nèi)，在螺旋桿下部增加2.5米長(zhǎng)的固定支座實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整。螺桿下部固定接長(zhǎng)部份的轉(zhuǎn)換與安裝由機(jī)構(gòu)自行完成。

3.1.4 行走牽引機(jī)構(gòu)：行走牽引機(jī)構(gòu)由行走輪、導(dǎo)軌、油頂、牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪組、傳力燕子板等組成。吊機(jī)行走采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，牽引力由燕子板傳遞給鋼梁桿件上。吊機(jī)在行走過(guò)程中，軌道與鋼梁桿件相對(duì)固定，當(dāng)軌道前移時(shí)，吊機(jī)由油頂頂起，吊機(jī)與導(dǎo)軌交替動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)步履行走。

3.1.5 支承錨固系統(tǒng)：支承錨固系統(tǒng)由前支承座、后支承座、后錨固U型螺桿組成。起重機(jī)在起重作業(yè)及非行走狀態(tài)時(shí)，前支座相對(duì)頂起并墊實(shí)，行走輪脫空，前支座通過(guò)連接桿與已架鋼梁銷接，將下滑力傳遞給已架鋼梁桿件，后支座同樣相對(duì)頂起并墊實(shí)傳遞壓力，用U型螺桿將變坡底座與鋼梁桿件固定，傳遞上拉力。

3.2 吊索塔架設(shè)計(jì) 吊索塔架是一臺(tái)龐大的專用設(shè)備，它受力大、精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本橋共需使用兩臺(tái)吊索塔架，高48m，橫橋向?qū)?5m。吊索塔架由主結(jié)構(gòu)、張拉系統(tǒng)、輔助結(jié)構(gòu)三部分組成，具體設(shè)計(jì)如下：

3.2.1 主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主結(jié)構(gòu)，即中心立柱、支承座及墊座。吊索塔架的中心立柱的橫截面為6根焊接H形鋼及連接綴桿組成的格構(gòu)式壓桿，分節(jié)制造，綴桿采用萬(wàn)能桿件。主結(jié)構(gòu)各部分之間均采用精制螺栓連接，萬(wàn)能桿件部分采用粗制螺栓連接。上、下支承座均為栓、釘、焊、銷結(jié)構(gòu)，上支承座是中心立柱與下支承座相連接的過(guò)渡段，將立柱的荷載以集中力的方式傳給下支承座。上、下支承座的連接方式為鉸接。墊座安放在鋼梁上弦桿翼緣面上，以磨光頂緊的形式將支承座上的荷載傳遞至鋼梁上。

3.2.2 張拉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 張拉系統(tǒng)，即吊索、錨箱、塔頂拉板、鋼梁節(jié)點(diǎn)拉板。每臺(tái)吊索塔架需8組拉纜：前方4組和后方4組。吊索采用高強(qiáng)鋼絲制作，兩端均采用可張拉的冷鑄墩頭錨。吊索上端通過(guò)上錨箱與塔頂頂部拉板銷接，下端通過(guò)下錨箱與鋼梁節(jié)點(diǎn)拉板銷接。錨箱由分配梁、墊梁、拉板和蓋板組成，用以組合各根分索共同均布受力。為了能夠在掛索及初張拉時(shí)安置吊索的張拉千斤頂，上、下錨箱均設(shè)計(jì)有供千斤頂放置的空間，以利于調(diào)整吊索的操作。

3.2.3 輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輔助結(jié)構(gòu)，即萬(wàn)能桿件系統(tǒng)。萬(wàn)能桿件系統(tǒng)與中心立柱連接組成完整的空間整體結(jié)構(gòu)。

3.2.4 計(jì)算分析 設(shè)計(jì)荷載及約束條件：水平荷載（H）：風(fēng)力，按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式進(jìn)行計(jì)算；豎向荷載（V）：自重+吊索豎向分力；彎矩（M）：風(fēng)力引起的彎矩；約束條件：塔底鉸結(jié)，塔頂考慮拉索的扶正作用設(shè)順橋向水平約束。穩(wěn)定計(jì)算：吊索塔架的設(shè)計(jì)計(jì)算力學(xué)模式為軸心受壓桿件?？傮w穩(wěn)定按《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的偏心受壓構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

3.2.5 電算 建立空間模型，加入荷載，并按上述約束情況計(jì)入邊界條件，將中心立柱及連接綴桿、頂部拉板等均按其實(shí)際剛度及截面面積離散為若干梁元，計(jì)算出梁元的應(yīng)力，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。同時(shí)也可進(jìn)行穩(wěn)定分析，穩(wěn)定系數(shù)必須大于規(guī)范要求值4～5。

3.3 合攏設(shè)計(jì)

3.3.1 跨中合攏是架梁過(guò)程中的關(guān)鍵工序，本橋合攏孔跨度大，受日照影響，鋼梁平面彎曲變形、溫度伸縮量亦大。合攏孔位于江心高空，氣候變化因素復(fù)雜，為此，必須事先做好充分準(zhǔn)備，應(yīng)電算好各種資料，對(duì)施工人員反復(fù)交底，準(zhǔn)備好一切不利因素的應(yīng)變措施；全橋設(shè)置統(tǒng)一指揮，嚴(yán)密分工；選定無(wú)風(fēng)、無(wú)日照影響，氣溫變化不大的一段時(shí)間（如傍晚或清晨）連續(xù)作戰(zhàn)，抓緊在最短時(shí)間內(nèi)一氣呵成。本橋跨中合攏分為主桁拱合攏和系桿合攏。合攏前要進(jìn)行以下工作:

3.3.2 墩頂布置 合攏前，兩岸各懸臂拼裝138m，24#、25#號(hào)墩均為臨時(shí)固定支座，23#、26#墩均為臨時(shí)活動(dòng)支座。根據(jù)計(jì)算值確定24#、25#墩支座相對(duì)于23#、26#墩的頂高量。墩頂均設(shè)置頂落梁及縱橫移設(shè)備，可作上下、左右、前后移動(dòng)。

3.3.3 測(cè)試工作 測(cè)試工作包括中線、撓度、大氣和鋼梁溫度、鋼梁應(yīng)力測(cè)量。鋼梁懸臂架設(shè)階段，每拼出12m進(jìn)行一次中線、撓度、應(yīng)力測(cè)量并和電算值比較，以對(duì)鋼梁架設(shè)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，為鋼梁合攏提供數(shù)據(jù)，同時(shí)繪出一晝夜內(nèi)時(shí)間溫度曲線，通過(guò)同步觀測(cè)，測(cè)出不同溫度、日照下鋼梁中線、撓度變化資料，以選擇適當(dāng)?shù)暮蠑n時(shí)間?？刂茥U件的應(yīng)力測(cè)定工作包括布置測(cè)點(diǎn)、測(cè)出原始初讀數(shù)及各階段的應(yīng)力測(cè)定。

3.3.4 計(jì)算工作 預(yù)先計(jì)算合攏節(jié)間由于溫度、外力荷載、支承條件等變化因素造成的梁端變位情況，以選擇最佳的合攏方案。鋼梁計(jì)算的剛度系數(shù)應(yīng)在懸臂拼裝過(guò)程中根據(jù)實(shí)測(cè)資料預(yù)以修正。

3.3.5 工藝制定 合攏前應(yīng)制定合攏口臨時(shí)鎖定，進(jìn)行合攏桿件安裝的工藝措施。并對(duì)兩岸分工、合攏步驟、安全質(zhì)量注意事項(xiàng)及關(guān)鍵的技術(shù)措施等作好交底工作。

3.3.6 安裝系桿合攏所需臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束 跨中合攏采用先合攏主桁拱再合攏系桿的順序，當(dāng)主桁拱合攏以后，采用合攏頂拉設(shè)備實(shí)現(xiàn)系桿合攏。

3.3.7 其他準(zhǔn)備工作 合攏前，已拼梁段高強(qiáng)度螺栓必須全部終擰。千斤頂、壓力表等必須齊備，并經(jīng)檢驗(yàn)合格。合攏節(jié)間的桿件，螺栓經(jīng)過(guò)檢查備足。腳手架等安全設(shè)施、照明、通訊設(shè)備，通過(guò)檢查備齊。制定合攏前后各類觀察、測(cè)量、測(cè)試資料記錄的表格和記錄匯報(bào)制度。聯(lián)系氣象預(yù)報(bào)，選擇合適天氣合攏。

4 總結(jié)

通過(guò)施工先行段進(jìn)行總結(jié)、分析、改進(jìn)，平行、順序安排工序作業(yè)，合理安排勞動(dòng)力資源，加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員的教育培訓(xùn)，是解決無(wú)砟軌道道床施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、工效等方面問(wèn)題的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)鐵路工程總公司.《客運(yùn)專線施工技術(shù)指南》[M].北京：鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.2005年.60-66頁(yè).