哈大鐵路客運(yùn)專線新開河特大橋138 m鋼箱疊拱橋“先梁后拱”施工技術(shù)

郝良秋，趙亞楠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

1 工程簡介

哈大鐵路客運(yùn)專線TJ－3標(biāo)新開河特大橋全長13 136.12 m，其中跨越富民大街采用1-138 m鋼箱疊拱橋通過，鐵路正線與富民大街斜交為59°。拱橋設(shè)計為下承式鋼箱疊拱，拱軸線形為二次拋物線，跨度138 m，橋面寬18 m，上、下拱肋矢高分別為35、28 m，橋下凈空達(dá)10.5 m，全橋拱重16 190 kN，橋面系總重量約22 230 kN。如此大跨度的單孔疊合拱橋在我國鐵路客運(yùn)專線建設(shè)中尚屬首次。見圖1。

由于138 m鋼箱疊合拱與長春西客站之間未設(shè)置預(yù)制梁場，且長春西客站為哈大客運(yùn)專線的控制工程，因此拱橋與客站之間的預(yù)制梁必須通過疊合拱進(jìn)行架設(shè);如按照“先成橋后過梁”的施工方法，梁拱間的凈距無法滿足架橋機(jī)前支腿通過。故而，為既保證架梁需要，又節(jié)約梁場成本，在施工中采用了“先過梁后架拱”的施工方法，簡稱“先梁后拱”法。

圖1 鋼箱疊合拱橋效果圖

2 施工特點

在鋼箱疊拱橋原位安裝鋼管施工支架，利用支架平臺拼裝系梁、縱梁、橫梁成為一體，后在其上鋪設(shè)型鋼和鋼板，與鋼管支架組成臨時橋面系，作為架橋機(jī)和運(yùn)梁車的通道，待運(yùn)梁車和架橋機(jī)架設(shè)完鋼箱疊拱橋后的箱梁，在系梁兩側(cè)的地面搭設(shè)支架焊接拱肋，而后將成形的拱肋采用兩點整體吊裝法安裝到位，并安裝實心吊桿，最后在橫梁、縱梁上現(xiàn)澆混凝土橋面板，調(diào)整吊桿后成橋，從而達(dá)到進(jìn)度與效益的雙贏。

將上、下拱肋在地面拼裝支架上立式拼裝焊接成形，并一次性采用兩點龍門起吊法，將長88 m節(jié)段的拱肋整體吊裝就位，為大跨度鋼結(jié)構(gòu)起吊提供了新思路。

吊裝起升能力采用萬能桿件拼裝式200 t走行式龍門吊承擔(dān)。該設(shè)備在前期系梁、橫梁、縱梁的拼裝及拱肋的整體拼裝中，用來作為起吊設(shè)備，又在后期的整體吊裝中，按照起吊點固定定位后，擔(dān)負(fù)起吊就位工作。從而減少了設(shè)備的租賃，節(jié)約了成本，提高了效益。

與傳統(tǒng)工法比較，“先梁后拱”法施工質(zhì)量可靠，施工進(jìn)度、安全可控，有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

3 施工方法操作要點

3.1 臨時支墩施工

“先梁后拱”的施工工法，首要是在系梁下按照吊桿的位置，對應(yīng)設(shè)置臨時橋面系支墩，以保證架橋機(jī)和運(yùn)梁車順利通過。運(yùn)梁車及架橋機(jī)外形尺寸、工作荷載、運(yùn)輸工況等參數(shù)，作為臨時支墩的設(shè)計依據(jù)。臨時支墩由筏形基礎(chǔ)、鋼管及鋼管連桿組成。臨時支墩施工前，首先應(yīng)對基礎(chǔ)底部各種管線進(jìn)行排查，若有須采取適當(dāng)?shù)拇胧┓雷o(hù)。支墩混凝土基礎(chǔ)局部地基應(yīng)保證承載力大于200 kPa，必要時可局部擴(kuò)大，混凝土頂面預(yù)埋δ=20 mm鋼板加焊錨筋與鋼管焊接，施工時必須保證預(yù)埋件位置準(zhǔn)確，且整個頂面平整度不大于2 mm。鋼管頂面高程由橋面高程加鋼梁架設(shè)預(yù)拱度換算得出，并預(yù)留一定可調(diào)空間，采用不同厚度的鋼板在鋼管頂支墊調(diào)整。支墩所用鋼管采用壁厚10 mm無縫鋼管，安裝時精調(diào)豎直度，以確保鋼管垂直受力，并為保證鋼管受力均勻，管內(nèi)充填C30細(xì)粒混凝土，并設(shè)置鋼管連桿。在確定臨時支墩橫梁上的調(diào)整槽鋼高度時，必須按設(shè)計要求，考慮成橋狀態(tài)時的下?lián)隙取ＥR時支墩構(gòu)造見圖2。

3.2 大噸位走行式龍門吊主體結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、吊裝

(1)走行式龍門吊主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮荷載及活載安全系數(shù)、端橫梁重、風(fēng)力，設(shè)計檢算需考慮龍門吊走行基礎(chǔ)、龍門吊縱向穩(wěn)定、龍門吊輪壓、門吊結(jié)構(gòu)、天車走道梁、起吊系統(tǒng)。

(2)走行式龍門吊拼裝施工

圖2 臨時支墩構(gòu)造(單位:cm)

因龍門吊橫梁自重大，距離地面高，故采用龍門兩側(cè)支腿提升橫梁法。在施工中，先將龍門兩側(cè)支腿拼高高出橫梁安裝位置12 m，然后將萬能桿件3號鐵與1號鐵形成斜拉，并把4號鐵進(jìn)行加強(qiáng)，形成支腿頂部懸臂支撐，并在懸臂支撐部位安裝提升設(shè)備，再通過地面卷揚(yáng)機(jī)和兩側(cè)支腿后背稍的調(diào)整提升橫梁。

(3)走行式龍門吊吊裝前準(zhǔn)備工作

①龍門吊試吊及鑒定。項目部對試吊過程進(jìn)行施工組織設(shè)計，地方質(zhì)檢部門參與并出具檢驗報告。試吊過程中，將各個參數(shù)和人員分工認(rèn)真填寫，作為正式吊裝時參考。其他小型構(gòu)、配件采用50 t吊車起吊。微調(diào)時利用手拉葫蘆和千斤頂就位。

②端橫梁安裝前的檢查。對完工的306號與307號的墩柱、支座墊石等進(jìn)行驗收，并對高程、跨度、中心偏差值等進(jìn)行超差糾正，而后安裝支座。

③正式吊裝前，項目部專職安全員必須對施工人員實行集中培訓(xùn)，技術(shù)人員必須對施工人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，使每個施工人員都明確具體操作方法和技術(shù)指標(biāo)。

④正式吊裝。先將307號墩橫梁吊裝到位，而后依次先安裝兩側(cè)系梁，再安裝縱梁和橫梁，直到306號墩端橫梁。在拼裝過程中，每節(jié)段拼裝都要嚴(yán)格控制超差檢驗，以防整體拼裝至306號墩端橫梁時偏差超限，致使端橫梁無法安裝，同時要注意兩端橫梁的鎖定溫度。

3.3 拱腳、臨時支墩和下拱肋1號段就位焊接

拱腳嚴(yán)格按設(shè)計位置在系梁焊接就位，然后將下拱肋1號段與拱腳焊接。拱腳的空間位置是整座拱橋施工的關(guān)鍵，亦是整個拱肋線形控制的關(guān)鍵，就位前后應(yīng)仔細(xì)校核。1號段就位時需提前在系梁上搭設(shè)位置精確的支架，用以固定1號段的空間位置。此外，1號段的吊點需經(jīng)過嚴(yán)格計算，且1號段焊接完畢后，應(yīng)仔細(xì)校核其懸臂端的空間位置。

3.4 拱部地面分段拼裝，整體吊裝(圖3，圖4)

下拱肋分為9個拼裝節(jié)段，除與兩端拱腳連接的1號段外，剩余7個節(jié)段可在地面支墩上拼裝完成后整體吊裝并與兩端1號段合龍。7個節(jié)段中心弦距為88 m，節(jié)段之間拼裝就位時利用全站儀對軸線、里程、高程精確放樣，保證拱肋角線形符合設(shè)計值。

圖3 88 m下拱肋地面拼裝焊接

相鄰拱肋采用先用碼板將拱肋對位固定，然后焊接并探傷。拱肋加工時先在一端加焊定位耳板，在吊裝中利用耳板的定位功能，使拱肋準(zhǔn)確就位，隨后焊接碼板，使兩拱段固定牢固，最后采用單面焊雙面成型的焊接工藝完成拱肋的焊口。為保證拱肋的精準(zhǔn)架設(shè)，在地面拼裝時，用全站儀精準(zhǔn)放出支墩位置，模擬拱肋線形，并使支墩頂部槽鋼避開吊耳板，且把接口留在支墩平臺上。下拱肋2號段與1號段連接處留有加工余量，保證拱座間距同為87.21 m，拱座傾斜角度為60°。拼裝拱肋的支墩位置和高程根據(jù)拱肋線形及設(shè)計預(yù)留拱度計算得出，鋼管頂下1.5 m處焊接槽鋼分配梁平臺，用以拼裝下拱肋，下拱肋拼裝結(jié)束后，在不調(diào)整拱座傾斜角的情況下，接長鋼管，在頂部鋪設(shè)第二層槽鋼分配梁，架設(shè)上拱肋。

圖4 下拱肋支墩立面(單位:m)

高程控制:兩拱座高程利用支墊鋼板調(diào)為一致，根據(jù)拱肋線形確定鋼管頂部槽鋼的高程。為保證吊裝時88 m拱肋的穩(wěn)定和精度，現(xiàn)場根據(jù)拱肋線形加工鋼楔塊，將鋼楔塊放在底板下面靠近腹板位置處，從而有效減小拱肋因自重產(chǎn)生的變形，高程調(diào)整到位后焊接在槽鋼與拱肋地板上，以消除拱肋在拼裝和吊裝過程中產(chǎn)生的斜向分力，拼裝結(jié)束后清除鋼楔塊，打磨后涂裝。

線形控制:在拱肋下口軸線處做明顯標(biāo)記，用全站儀監(jiān)控，待調(diào)整到位后在支墩頂面槽鋼上焊接擋塊，達(dá)到固定拱肋的目標(biāo)。

里程控制:施工全程用全站儀進(jìn)行里程監(jiān)控。現(xiàn)場測量拱肋尺寸并記錄，及時調(diào)整拱肋里程，焊縫精度為(6±2)mm。

經(jīng)過多次研究討論，鋼箱疊拱橋拱肋架設(shè)采用88 m整體吊裝方案。此方案將大幅降低現(xiàn)場焊接的高度，減少高空焊接及線形控制的工作量，保證了鋼箱疊橋全橋質(zhì)量，同事也縮短了施工工期。

下拱肋在地面拼裝焊接完成后，切割余量并打磨，精確計算吊點位置。整體起吊前，主吊點應(yīng)與龍門進(jìn)行定位，用軌道夾板固定龍門吊走行系統(tǒng)，確保調(diào)整輔助吊點張力時龍門穩(wěn)定。見圖5、圖6。

圖5 88 m下拱肋吊裝側(cè)面(單位:m)

圖6 88 m下拱肋吊裝過程照片

通過計算知，當(dāng)拱肋重心低于或與兩吊點連線中心基本重合時，拱肋的各種變形最小。實際操作時，吊點距離端部水平距離不小于19 m(重心低于兩吊點連線中心260 mm)。經(jīng)設(shè)計院許可，利用拱肋自身結(jié)構(gòu)，吊點直接在拱肋上開孔，用單根直徑為4.3 cm的鋼線繩繞行穿過，確保拱肋吊裝過程中不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。起吊之前須對拱肋線形和系梁上已完成的1號段拱肋間軸線的距離進(jìn)行復(fù)測，后才能拼裝88 m(2號～5號)拱肋。

88 m(2號～5號)拱肋試吊結(jié)果表明，兩端各向跨中收縮7 mm，這與Midas軟件模擬分析的結(jié)果一致，再次放到支架上對加工余量進(jìn)行切割。整體起吊前，主吊點與龍門進(jìn)行定位，并用軌道夾板固定龍門吊走行系統(tǒng)，確保調(diào)整輔助吊點張力時龍門穩(wěn)定。然后兩吊點同步垂直提升88 m拱至略高于1號拱肋預(yù)設(shè)定位板處，此時將88 m拱平移，待與側(cè)腹板平行后，緩慢下落，然后按理論拱軸線調(diào)節(jié)拱形，在確定拱頂高程及拱肋線形與設(shè)計一致時，將88 m拱肋與1號段焊接，成為整體，即完成下拱肋安裝。

在下拱肋精準(zhǔn)安裝的情況下，確保連桿、吊桿的順利安裝，上拱肋的軸線、里程、高程以下拱肋為依據(jù)，進(jìn)行調(diào)試、固定、焊接。

全橋為鋼結(jié)構(gòu)，跨度大，溫度變化對全橋影響較大，因此合龍時應(yīng)準(zhǔn)確對位，快速合龍。合龍時須嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行，可采取頂面和側(cè)面覆蓋篷布等措施降溫。

吊裝前安裝上、下拱肋1號段之間連接板，完成后依次吊裝并焊接4個上拱肋1號段，上拱肋1號段吊裝同下拱肋1號段。焊接前后，對4個上拱肋1號段精確校核，保證懸臂端空間位置準(zhǔn)確。圖7為上拱肋1號段吊裝就位照片。

圖7 上拱肋1號段吊裝就位照片

88 m上拱肋地面拼裝與88 m下拱肋地面拼裝類似。改變下拱肋拼裝支架尺寸，直接在地面拼裝88 m上拱肋。拼裝拱肋的支墩位置和高程根據(jù)拱肋線形及設(shè)計預(yù)留拱度計算得出，鋼管頂下1.5 m處焊接槽鋼分配梁平臺，用以拼裝下拱肋，下拱肋拼裝結(jié)束后，在不調(diào)整拱座傾斜角的情況下，接長鋼管，在頂部鋪設(shè)第二層槽鋼分配梁，架設(shè)上拱肋。

5 連桿、吊桿安裝及調(diào)試

(1)先在地面進(jìn)行連桿、吊桿的組裝，并按安裝位置調(diào)整長度尺寸。

(2)從兩端向中間對稱安裝連桿、吊桿。安裝時先將連桿、吊桿一端與下拱肋下部吊耳連接，使之自然下垂，將吊桿下端裝入系梁吊耳中。安裝銷軸應(yīng)特別注意，不宜直接用錘敲擊，以免損壞。

(3)監(jiān)測單位在每根連桿、吊桿上貼應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)力測試，準(zhǔn)備張拉。

(4)根據(jù)吊桿應(yīng)力顯示，用專用扭力扳手對連桿施拉。吊桿設(shè)計的初始張力為50 kN，此時應(yīng)認(rèn)真做好對應(yīng)記錄。施拉時避免損傷吊桿表面。

(5)連桿、吊桿安裝結(jié)束后，從兩端向中間對稱依次進(jìn)行吊桿拉力檢查。發(fā)現(xiàn)連桿未受拉力或拉力不足50 kN者，須對其進(jìn)行二次張拉。

(6)由于溫差對吊桿拉力產(chǎn)生影響，在二次張拉24 h后，應(yīng)再次對吊桿拉力進(jìn)行檢查。若發(fā)現(xiàn)拉力不滿足設(shè)計者，須對其進(jìn)行第三次張拉，從而保證每根吊桿受力一致。吊桿調(diào)試完畢，旋緊長短護(hù)套。

(7)檢查連桿、吊桿吊耳板處膩子，有損壞處及時修補(bǔ)。

(8)拆除系梁上臨時支架和拱肋上梯子欄桿等，并磨平表面焊縫。

(9)進(jìn)行最后一道氟碳面漆涂裝。

6 結(jié)語

“先梁后拱”施工方法在哈大鐵路客運(yùn)專線新開河特大橋1-138 m鋼箱疊拱橋上的成功應(yīng)用，不僅為哈大鐵路客運(yùn)專線TJ－3標(biāo)段鋪軌工作的順利開展奠定了堅實基礎(chǔ)，又為長春市汽車產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)與長春西站增添了一道美麗的風(fēng)景，而且也填補(bǔ)了國內(nèi)鐵路橋梁工程空白，為今后同類型橋梁的設(shè)計和施工提供重要參考依據(jù)，同時對大跨度鋼箱疊拱橋在國內(nèi)的應(yīng)用與推廣有重大的意義。

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