石濟(jì)客專濟(jì)南黃河公鐵兩用橋主橋鋼桁梁架設(shè)方案研究

趙新宇（石濟(jì)鐵路客運(yùn)專線有限公司，河北 石家莊　050051）

石濟(jì)客專濟(jì)南黃河公鐵兩用橋主橋鋼桁梁架設(shè)方案研究

趙新宇
（石濟(jì)鐵路客運(yùn)專線有限公司，河北 石家莊050051）

石濟(jì)客專濟(jì)南黃河公鐵兩用橋?yàn)椋?28+3×180+128）m剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁，全長(zhǎng)798.3 m，這種橋式在國(guó)內(nèi)公鐵兩用橋上首次采用。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)主橋鋼桁梁架設(shè)方案進(jìn)行了研究，通過(guò)3種方案比選和論證，采用跨中無(wú)臨時(shí)墩鋼桁梁多點(diǎn)頂推方案。同時(shí)，采用結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件MIDAS/Civil對(duì)整個(gè)頂推施工過(guò)程進(jìn)行模擬，計(jì)算分析結(jié)果驗(yàn)證了架梁方案可行。

客運(yùn)專線；鋼桁梁；架設(shè)方法；頂推施工法

1　工程概況

濟(jì)南黃河公鐵兩用橋?yàn)槭瘽?jì)客運(yùn)專線工程，邯濟(jì)、膠濟(jì)鐵路擴(kuò)能改造工程，以及濟(jì)南市城市空間發(fā)展戰(zhàn)略向北跨越黃河的公鐵合建橋梁。其中下層橋面為石濟(jì)客專及邯濟(jì)、膠濟(jì)鐵路聯(lián)絡(luò)線四線鐵路，上層橋面為雙向六車道公路。主橋部分采用（128+3×180+ 128）m剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁跨越黃河主槽，全長(zhǎng)798.3 m，總質(zhì)量為36 000 t，是我國(guó)首次建造大跨度剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁公鐵兩用橋。

主桁由三片鋼桁架組成，主桁中心距14.65 m，桁寬29.3 m，桁高15 m，桁式為有豎桿三角形桁架，整體節(jié)點(diǎn)，其中下弦中支點(diǎn)高度局部加高600 mm。主桁節(jié)間長(zhǎng)度12.8 m，跨中局部增加為13 m。公鐵橋面均采用正交異性板整體橋面。加勁弦按圓曲線布置，支點(diǎn)高24 m，在主跨跨中與上弦桿疊置。鐵路橋面鋪裝為道砟槽板及高聚物防水卷材鋪裝層，公路橋面鋪裝為環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層。全橋立面布置效果見圖1，1/2橫斷面布置如圖2所示。

圖1　全橋立面布置效果（單位：m）

圖2　1/2橫斷面布置（單位：mm）

2　鋼梁架設(shè)主要技術(shù)難點(diǎn)

石濟(jì)客專濟(jì)南黃河公鐵兩用橋剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁屬國(guó)內(nèi)公鐵兩用橋上首次采用，橋梁形式新穎，結(jié)構(gòu)剛度大，橋梁科技含量高，架設(shè)施工難度巨大。

1）鋼桁梁頂推最大懸臂長(zhǎng)度154 m，最大頂推質(zhì)量達(dá)3.7萬(wàn)t，頂推施工距離798 m，鋼桁梁多點(diǎn)多桁同步頂推施工難度大。

2）鋼桁梁采用整體節(jié)點(diǎn)、栓焊結(jié)構(gòu)，桿件數(shù)量及種類多，單根桿件質(zhì)量最大達(dá)93 t（不含拼接板），鋼梁制造安裝精度要求高、焊接質(zhì)量控制難度大。

3）鋼桁梁頂推施工工況與成橋工況差異較大，頂推架設(shè)施工計(jì)算分析及輔助工程設(shè)計(jì)是本工程的重點(diǎn)。

4）主桁為三片桁結(jié)構(gòu)，下弦墩頂支點(diǎn)高度局部加高0.65 m，頂推滑塊及抄墊高度達(dá)1.5 m。下弦桿大、小節(jié)點(diǎn)交錯(cuò)布置，頂推節(jié)間長(zhǎng)度達(dá)26 m，墩旁托架及滑移體系設(shè)計(jì)是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

5）加勁弦全橋合龍口多達(dá)12處，如果按理論桿件合龍，當(dāng)對(duì)每處合龍口進(jìn)行調(diào)整時(shí)，則其余位置桿件也會(huì)受到影響，合龍實(shí)施的難度大。

6）剛性懸索加勁弦吊桿采用合金鋼拉桿，首次應(yīng)用于鐵路橋梁。鋼梁成橋線形需要通過(guò)吊桿張拉進(jìn)行調(diào)整，吊桿安裝及張拉工藝是本工程的重點(diǎn)。

3　架設(shè)施工方案比選

鋼梁最大吊重1 150 kN（含拼接板），且黃河不通航，鋼梁只能考慮采用懸臂拼裝及頂推法架設(shè)。根據(jù)橋位現(xiàn)場(chǎng)地形情況，為滿足安全、質(zhì)量、工期、成本及對(duì)河道影響等多方面要求，本文擬通過(guò)3種方案比選和論證。

方案1：跨中設(shè)臨時(shí)墩雙向懸臂拼裝架設(shè)

在兩側(cè)邊墩附近各安裝一臺(tái)塔吊作為提升站，在邊跨前3個(gè)節(jié)間搭設(shè)拼裝支架，并在主跨設(shè)置跨中輔助墩。利用塔吊在拼裝支架上安裝邊跨前3個(gè)節(jié)間鋼梁和一臺(tái)架梁吊機(jī)。利用架梁吊機(jī)，由邊跨向主跨雙向懸臂架設(shè)鋼桁梁，直至鋼梁跨中合龍，再采用單向退步法架設(shè)加勁弦。然后進(jìn)行全橋起落梁，在鋼梁主、邊墩上起頂，縱橫移梁調(diào)整鋼桁梁狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求，隨后安裝支座，拆除臨時(shí)墩。最后按照由短至長(zhǎng)的順序安裝吊桿，利用吊桿張拉調(diào)整鋼梁線形至設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。鋼梁拼裝架設(shè)和加勁弦架設(shè)分別如圖3和圖4所示。

方案2：跨中設(shè)臨時(shí)墩南岸向北岸單側(cè)頂推

本方案總體思路為先架設(shè)鋼桁梁后架設(shè)加勁弦，鋼桁梁?jiǎn)蜗蛲巾斖萍茉O(shè)，剛性懸索加勁弦按雙向退步法安裝。鋼桁梁頂推從黃河南岸（濟(jì)南側(cè)）向黃河北岸（石家莊）方向頂推架設(shè)，剛性懸索加勁弦采用汽車吊從中間向兩端退步法安裝。鋼梁頂推和加勁弦安裝分別如圖5、圖6所示。

圖3　方案1鋼梁拼裝架設(shè)

圖4　方案1加勁弦架設(shè)

圖5　方案2鋼梁頂推

圖6　方案2加勁弦安裝

方案3：跨中無(wú)臨時(shí)墩北岸向南岸單向頂推架設(shè)

在616#墩與617#墩之間設(shè)置7個(gè)節(jié)間連續(xù)拼裝支架，在617#墩至621#墩分別設(shè)置墩旁托架并安裝頂推系統(tǒng)。在支架上頂推架設(shè)導(dǎo)梁及一定數(shù)量的鋼桁梁后，利用公路橋面上的汽車吊架設(shè)加勁弦立柱及加勁弦，鋼桁梁帶加勁弦從黃河北岸（石家莊）向黃河南岸（濟(jì)南）方向多點(diǎn)頂推架設(shè)，鋼桁梁和加勁弦架設(shè)平行作業(yè)，利用邊跨拼裝支架及617#主墩調(diào)整鋼桁梁線形實(shí)現(xiàn)加勁弦合龍。繼續(xù)鋼桁梁帶加勁弦頂推，拼裝剩余節(jié)間鋼桁梁，直至全橋頂推就位。鋼桁梁拼裝、鋼桁梁頂推分別如圖7、圖8所示。

圖7　方案3鋼桁梁拼裝

圖8　方案3鋼桁梁頂推

4　方案研究分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察和研究，從安全可靠性、成本經(jīng)濟(jì)性、工期可控性及對(duì)河道影響等方面，對(duì)3個(gè)方案進(jìn)行分析，詳見表1。

表1　方案比選分析

經(jīng)過(guò)綜合比較分析選擇方案3，即跨中無(wú)臨時(shí)墩北岸向南岸單向頂推方案。

5　鋼桁梁帶加勁弦頂推工況計(jì)算分析

采用橋梁領(lǐng)域通用結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)系統(tǒng)MIDAS/ Civil-V2012，建立了全橋帶導(dǎo)梁的基本分析模型，對(duì)整個(gè)頂推施工過(guò)程進(jìn)行模擬，研究整橋結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。利用板單元模擬橋面板（考慮U形肋對(duì)橋面板的剛度影響），利用梁?jiǎn)卧M主桁梁及導(dǎo)梁構(gòu)件。施工階段吊桿位置的臨時(shí)支撐采用桁架單元（承受拉壓）模擬，吊桿采用索單元模擬。桿件節(jié)點(diǎn)處按剛接處理，墩頂支座施加位移約束。

通過(guò)對(duì)各頂推工況和合龍工況進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值模擬分析，研究在頂推施工過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)體系的受力狀態(tài)，并對(duì)細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。綜合分析結(jié)果得出以下結(jié)論：

1）主桁梁、導(dǎo)梁各桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足相應(yīng)規(guī)范技術(shù)要求；抗傾覆驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，整橋屈曲分析顯示失穩(wěn)系數(shù)均大于5，不會(huì)出現(xiàn)整體和局部失穩(wěn)。分析結(jié)果表明頂推過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)體系是安全的。

2）頂推就位后，按照從中間到兩邊（吊桿所在加勁弦）、從短到長(zhǎng)，對(duì)稱拆除臨時(shí)支架，拆除的同時(shí)安裝吊桿并進(jìn)行初張拉，能夠保證成橋線形和桿件內(nèi)力與設(shè)計(jì)基本一致。

3）利用拼裝支架及墩旁支架調(diào)整鋼桁梁線形，可以實(shí)現(xiàn)加勁弦合龍。

4）頂推和起頂施工過(guò)程中，整體節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力均未超過(guò)鋼材屈服強(qiáng)度的1.2倍，節(jié)點(diǎn)是安全的。

5）頂推施工過(guò)程中，基礎(chǔ)承臺(tái)和樁基承載力滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，采用跨中無(wú)臨時(shí)墩鋼桁梁由北岸向南岸單向頂推方案技術(shù)可行。

6　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)我國(guó)首次建造大跨度剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁公鐵兩用橋跨越黃河主槽的施工，本文提出了3種鋼桁梁架設(shè)施工方法，從安全可靠性、成本經(jīng)濟(jì)性、工期可控性及對(duì)河道影響等方面進(jìn)行充分比選分析，提出了鋼桁梁多點(diǎn)頂推施工方法。同時(shí)，采用了MIDAS/Civil有限元軟件對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果證明該施工方法技術(shù)可行。該橋已于2015年9月順利實(shí)現(xiàn)了頂推到位。

［1］中鐵第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路石家莊至濟(jì)南客運(yùn)專線施工圖［Z］.天津：中鐵第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013.

［2］楊夢(mèng)純.鄭州黃河公鐵兩用橋連續(xù)鋼桁梁懸臂拼裝關(guān)鍵技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2010（3）：1-3.

［3］岳迎九.大西客專上跨鄭西客專的橋式方案研究［J］.鐵道建筑，2015（7）：10-12.

［4］中鐵大橋局集團(tuán)有限公司.大跨度橋梁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10002.2—2005鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

（責(zé)任審編孟慶伶）

Study on Erection Plan of Main Bridge's Steel Truss Girder of Jinan Yellow River Highway and Railway Shared Bridge on Shijiazhuang-Jinan Passenger Dedicated Railway

ZHAO Xinyu
（Shijiazhuang-Jinan Passenger Dedicated Railway Co.，Ltd.，Shijiazhuang Hebei 050051，China）

T he Jinan Yellow River Highway and Railway Shared Bridge on Shijiazhuang-Jinan railway passenger dedicated railway，a rigid cable and continuous steel truss girder bridge，is 798.3 meters long，and its span length is （128+3×180+128）meters.T his bridge type was for the first time applied in highway and railway shared bridge in China.T he erection plan of the steel truss girder of the main bridge was studied in this paper.T hree erection plans were compared，and the steel truss girder erection using multipoint incremental launching technique without temporary pier at mid-span was finally selected.T he entire construction was simulated with M IDAS/Civil，and its feasibility was verified.

Passenger dedicated railway；Steel truss girder；Erection method；Incremental launching technique

U445.462

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.02

1003-1995（2016）08-0010-04

2016-05-14；

2016-06-20

趙新宇（1962— ），男，高級(jí)工程師。