京滬高鐵濟南黃河大橋鋼梁架設施工綜合研究

摘要：濟南黃河大橋主橋鋼梁是京滬高速鐵路的控制性工程，采用懸臂拼裝法進行施工。本文根據該橋的結構特點，從臨時設施、設備的設計及采用入手，系統的介紹了剛性梁柔性拱的施工思路及主要的架設工藝方法，在施工中取得了很好的技術效果。

關鍵詞：鋼梁 架設 設備 合龍

1 工程概況

京滬高速鐵路濟南黃河大橋是北京至上海新建高速鐵路工程北京至徐州段濟南樞紐的主要環節和國家重點工程。該橋全長5143.4m。跨黃河主橋為(112+3×168+112)m下承式、等高度、連續、剛性梁柔性拱橋，為四線高速鐵路，剛性主梁采用帶豎桿的等高度三角形桁架，桁高16.0m，桁寬30.0m，節間14.0m，柔性拱肋按圓曲線布置，矢高30.0m，矢跨140.0m，矢跨比1/4.67。

2 各種機械設備的選擇及臨時設施的設計

在施工過程中，機械設備的選擇及臨時設施的設計施工尤其關鍵。這與總體施工思路是分不開的。這將直接影響著后期正式施工是否順利。選擇的機械設備或臨時設施考慮的不夠充分使用條件不足時最后可能影響施工造成巨大工期及經濟損失，選擇的機械設備性能參數過高時也會造成浪費。

2.1 龍門吊機的選擇 龍門吊機的選擇參數主要有跨度、高度以及起重能力。本橋鋼梁架設需要在鋼梁預拼場設置一臺預拼龍門以及在4#5#墩邊跨設置跨線龍門。跨度、高度、起重能力的大小與龍門制造費用成正比，因此要合理確定龍門的3個主要參數，既要考慮滿足各種工況的施工要求，又要充分利用吊機的性能，避免盲目增加造價。跨線龍門吊機的主要作用是安裝邊跨鋼梁、拼裝架梁吊機，同時將桿件起吊至運梁臺車上給懸臂架設時的架梁吊機“喂梁”。龍門吊機荷載根據最大起吊桿件重量確定為80t。跨線龍門高度的確定要考慮主桁上弦標高，運梁車頂面至上弦頂的高度，桿件高度以及桿件提升所需的最低高度，綜合考慮確定跨線龍門高度50m。

預拼場的吊機選定為高度16m，跨度30m，起重能力80t。

2.2 懸臂架梁吊機的選擇 架梁吊機的最大允許吊重量根據單根桿件確定。最大桿件為中間支點橫梁達64t×17m，選定吊機的最大額定重量為70t×18m。吊機吊臂的最小吊機控制桿件為正交異性橋面板，需要的最小吊距為11m。吊臂的大臂長度控制桿件為拱頂拱平聯。根據拱平聯桿件的架設順序選定吊機的大臂長度為38m。

2.3 運梁設備的選擇 懸臂架設鋼梁時，需要采取設備將鋼梁桿件運送至架梁吊機后面給架梁吊機“喂梁”。一般情況下是采取在鋼梁上弦設置運梁臺車運送鋼梁。本橋采取鋼梁上弦運梁臺車與平板車橋下便道共同運梁的措施。運梁臺車的優點是載重大，缺點是運行速度慢，裝卸及試吊時危險性高，并且只能存放一根桿件必須等臺車上的桿件架設后才能返回進行下一桿件的裝運，距離過長工序就銜接不上影響架設；采用平板車運梁的優點是速度快，均在橋下作業，安全性高，可提前將桿件運送并放置在橋下，不足是載重小（最大載重35t）。因此對于35t以下的桿件采用平板車運送至架梁吊機便道處，35t以上的桿件采用運梁臺車運送。因此，在設計便道時懸臂架梁吊機在該吊距下的允許荷載以及施工棧橋的承載能力都需要全盤考慮。在采用該“喂梁”方法后，鋼梁架設工序銜接緊湊，生產效率大大提高。

2.4 臨時墩的設計施工 臨時墩的設計主要考慮荷載及高程的影響。特別需要注意在邊跨支架架設鋼梁時，臨時墩頂的標高需要考慮廠設拱度的影響。

2.5 鋼梁預拼場的設置 鋼梁預拼場垂直于線路布置，主要用于鋼梁桿件的存放和預拼，設計時一般需要考慮2周的架設桿件數量。

3 鋼梁架設

3.1 鋼梁總體安裝思路 根據鋼梁結構的特點以及河道的水流情況，在黃河南灘地4#5#墩上游側設置預拼場，4#5#墩邊跨采用支架法安裝，支架上鋼梁安裝完畢后，在鋼梁上弦拼裝懸臂架梁吊機，隨后進行懸臂安裝。懸臂拼裝鋼梁完畢后，架梁吊機后退至拱的位置進行拱的安裝。懸臂安裝需要在跨中設置臨時起頂支墩。跨中臨時起頂支墩除了減少懸臂架設的跨度并調整主梁的橫縱豎三向位移外，還通過起頂跨中臨時支墩對鋼梁拱進行合龍。

3.2 邊跨鋼梁的安裝 支座及支架搭設好后，即可進行邊跨鋼梁架設。

3.2.1 首節鋼梁的安裝。①首節鋼梁下弦桿件E0節點中心長度只有2.78m，需要與E1在預拼場預拼后方能進行安裝，預拼是必須保證線形。②架設前，提前將支座橫向中心點及E1下墊塊、主桁中心點用紅線標出。起吊安裝時，使得桿件中點與墊塊及支座上的標識線完全重合后松鉤。③E0E1桿件安放完畢后，即進行安裝E0處橫梁，按順序安裝余下桿件。E0～E1節間桿件安裝順序：E0E1組合下弦桿—E0端橫梁—E1橫梁—E0E1橋面板—E0A1端斜桿—E1A1豎桿S1—A1上弦桿—A1橫聯吊桿K撐—A1橫聯—E0A1橋門架。

3.2.2 邊跨其余節段安裝。邊跨每節間桿件安裝順序如下：下弦桿—橫梁—橋面板—斜桿—豎桿—上弦桿—吊桿K撐—橫聯—上平聯。

桿件安裝按照鋼梁桿件安裝工藝進行安裝。單個節間桿件安裝完畢，即可按高強度螺栓施擰工藝進行高強度螺栓施擰。

3.3 懸臂鋼梁架設 4#墩至5#鋼梁桿件安裝完畢，在第7節間拼裝架梁吊機。架梁吊機通過驗收合格可使用后，即可進行鋼梁懸臂拼裝。

懸臂鋼梁桿件安裝順序：下弦桿—斜桿—豎桿—上弦桿—橫梁—橋面板—吊桿K撐—橫聯—橋門架（僅墩頂斜桿處）—上平聯。

懸臂鋼梁架設的控制要點是盡早使結構形成閉合三角形穩定結構，控制好懸臂架設沖釘的直徑，高強度螺栓施擰完畢后架梁吊機方能移動架設下一節間桿件。

3.4 鋼梁拱的安裝 主梁安裝完畢后，架梁吊機退后至1#墩，從北往南依次架設3個拱。拱桿件的安裝順序為：兩側吊桿→兩側拱弦→拱上平聯。

對于拱上平聯的安裝，主要有2種方法：第一種是先將十字撐兩端的橫撐安裝完成后再安裝十字斜撐，特點是施工方便，安全性高，在安裝拱頂處的拱平聯時吊機大臂長度增加很多，吊機制造技術、費用均高出很多；另外一種是在拱頂附近高處時先將十字斜撐安裝完畢后再安裝下一個橫撐，特點是在橫撐未安裝時十字斜撐成懸臂狀態，穩定性不高，吊機大臂長度較第一種要短，費用低。

經過2種吊機的性能、費用對比后，本橋采用了在拱低節點段先橫撐后十字斜撐，拱高節點段先十字斜撐后橫撐的安裝方法，取得了較好的經濟效果和技術效果。

4 鋼梁架設的關鍵技術

4.1 懸臂架設的精度控制 鋼梁懸臂架設的精度對后期拱的架設以及成橋后的線形至關重要。尤其是鋼梁拱度的控制。拱度達不到要求必然使后期的道砟用量增加，提高橋梁的自重，影響結構受力。在施工過程中，要加強監測，每架設完一節間后，要在夜間氣溫比較穩定的時候對鋼梁線形進行精確測量。將測量后的結果與理論成果進行對比，如有誤差，尋找原因。

4.1.1 嚴格控制懸臂架設時沖釘的直徑，做到定期檢查。懸臂架設時，要經常對同批次鋼梁實際眼孔尺寸進行測量。并且由于沖釘在使用過程中直徑會變小也要在使用3-4次后進行量測，嚴格將沖釘的直徑控制在比眼孔直徑小0.15～0.2mm之間。

4.1.2 避免主桁的扭轉。橋面的偏載將會引起主桁的扭轉。尤其是隨著懸臂段的加長扭轉趨勢更加明顯。因此懸臂段鋼梁盡量少放重量大的設備，不可避免時要盡量對稱放置或者放在兩主桁中間。在懸臂端經過跨中或正式墩時要對兩主桁的標高進行調整，使得兩主桁高差不大于2mm。

4.1.3 加強工序的控制。架梁吊機移位前，確保主桁高強度螺栓全部終擰。橋面板的焊接最多滯后架設2個節間。

4.2 鋼梁調整

4.2.1 鋼梁調整的原理。鋼梁調整采用可實現三維調整的起頂裝置進行。鋼梁調整前確保各節段的高強度螺栓必須終擰完畢，焊接完成，以防鋼梁受橫向水平力的影響造成鋼梁軸線發生曲折。鋼梁調整設備由下往上依次為：臨時墊石（墩頂與鋼梁起頂距離過高而增加的墊石）、滑道梁、不銹鋼板、MGE板、上墊梁、油頂、鋼梁起頂支撐處。滑動面為不銹鋼板與MGE板接觸面。不銹鋼板與MGE板之間抹高壓硅脂降低其摩擦系數，其余結構接觸面墊石棉布增加其摩擦系數。豎向頂梁采用豎向千斤頂，橫縱向頂梁采用布置在滑道梁上的水平千斤頂，通過水平向油頂推頂上墊梁而帶動鋼梁在滑動面處水平移動實現移梁目標。

4.2.2 鋼梁調整設備的改進創新。①將油頂不直接放在上墊梁上而是將油頂放在頂座內。頂座四周為[18，底板采用4mm鋼板滿焊（保證不漏油）在四周[18上。②根據鋼梁桿件的結構特點，外側懸出一根扁擔梁，內側通過橋面板的T肋使用剪刀式自鎖夾，使用時，只需2個手拉葫蘆，將油頂提起，即可直接在油頂座下面墊軌排，解決了現油頂在起頂過程中墊軌排時需反復將油頂移除的難題，降低了起頂難度，加快了起頂速度，節省了起頂時間，同時可將泄漏的液壓油全部回收在頂座內，節省液壓油成本，同時又避免了污染墩身和現場環境。總體結構示意圖如下：

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4.3 拱的合龍控制 拱在拱腳合攏的基本方法是在下弦進行起頂，通過跨中與拱腳處（桁梁支座處）的起頂高度差控制拱的合攏。這和拱的作用是為了減少跨中撓度是一致的。為了能順利合龍，在拱弦安裝時，保留最后3根拱弦之間連接的高強度螺栓不終擰，但為了增加拱結構的臨時安全穩定性，拱平聯、吊桿等的螺栓全部終擰。

濟南黃河大橋鋼梁采用跨中起頂，拱腳合龍的技術措施，在無擴孔的情況下，方便快速的完成了合龍桿件的無應力合龍，操作簡單，可靠性高，單個拱的合龍時間不到4小時。

5 結語

濟南黃河大橋鋼梁2009年3月17日開始架設， 2009年12月15日實現了主梁的貫通，比預期工期提前2個月完成。并且在主梁的架設過程中，創造了單月最高架設10節鋼梁的施工記錄。2010年4月14日全橋鋼梁拱架設完畢。鋼梁成橋線形完全符合設計要求，主桁結構全部無擴孔閉合，三個拱全部在無擴孔的情況下順利合龍。取得了良好的經濟效益和社會效益，為以后類似工程施工提供了借鑒。

參考文獻：

[1]陳一釗.濟南黃河特大橋主橋剛性梁架設工藝——鐵路技術創新，2011年03期.