一點交叉多層次蝶形立交鋼箱梁跨既有高架橋施工技術

龍厚全

【摘要】一點交叉、全定向多層互通立交的形式在全國都比較少見，它適應城市發展需要，占地面積小，通行能力比較好，將來會越來越受到重視和推廣，本工程一點五層立交施工的場地布置、臨時支架設計、鋼箱梁的吊裝施工、臨時支架的拆卸、線形監測控制等施工技術、設計理念可節約土地、減少投資、綠色環保，有較大的適用價值，可為各地同類型橋梁的施工設計提供有利的參考。

【關鍵詞】一點交叉；多層立交；鋼箱梁施工技術

1、項目背景

按照蘇州綜合交通規劃，蘇州中環快速路是城市“井字加環”快速高架橋路網的重要組成部分，承擔著蘇州市區各組團之間的聯系作用。中環快速路的建設不僅構架蘇州綜合交通運輸體系，同時拉開城市的發展空間，建設意義非常重大，被列為蘇州市重點工程。

蘇州市中環快速路高新區段（312國道-玉山路南）二標段工程由中鐵一局集團有限公司承建，是連接中環快速路西線高架橋與太湖大道高架橋的樞紐型、全定向、一點交叉五層互通立交，為中環西線的關鍵節點工程。目前這種立交橋的形式在全國都比較少見，它適應城市發展需要，占地面積小，通行能力比較好，將來會越來越受到重視和推廣。本工程的實施讓我們積累了寶貴的建設經驗，培養了一批懂技術、懂管理的復合型人才。

2、工程概況

本工程北起銅墩街南，南至金珠路南，主要內容有高架橋主線、互通立交匝道、地面道路等。

主線高架橋起止里程樁號為JFK1+924.512～JFK2+639.312，長714.8m，新建立交在跨越太湖大道高架橋部位為鋼箱梁，中環主線高架橋的非立交部位為預制混凝土箱梁，其余部位為現澆混凝土箱梁。本工程分五層，八條匝道，匝道總共長4181m。

第一層：鹿山路、金楓路地面道路（已建道路，本次部分拓寬改造）。

第二層：A（EN）、B（NW）、C（WS）、D（SE）匝道與太湖大道（沿鹿山路的已建高架橋）拼接，采用現澆混凝土箱梁。

第三層：E（ES）、G（WN）匝道，上跨太湖大道高架橋。E匝道（E02-E05）和G匝道（G02-G05）為三跨的連續鋼箱梁，梁高是2.2m，頂寬是10m，底寬是7.06m，跨徑組合均為45m+65m+45m，各有一聯，結構中心全長155m，鋼箱梁的形式為等高的連續直腹板鋼箱梁，主梁的橫斷面為單箱室鋼筋混凝土結構，頂板的橫坡與道路的橫坡一致，底板則按平坡來設計。

第四層：F（NE）、H（SW）匝道，上跨E、G匝道。F匝道（B07-F03）、H匝道（D07-H03）為三跨的連續鋼箱梁，跨徑組合均為50.5m+65m+50.5m，結構中心全長166m，其他的設計參數與第三層E、G匝道相同。

第五層：沿金楓路的中環主線高架橋，采用等截面的簡支鋼箱梁，2.0米的梁高，25.5米的梁寬，跨徑為50m，共1聯。

太湖大道高架橋的路幅寬度是25.5m，橋面高度是8m，地面道路交叉口段的路幅寬度達55.25m，地面一般段的路幅寬度也有50.5米。如圖一所示：

圖一：太湖大道立交橋效果圖

3、工程難點

本工程施工難點較多，主要有：

（1）施工場地狹小，交叉點多，而且現場四周被外資企業包圍，廠區車輛頻繁進出，穿插在施工區域內，只能半幅路開放，對施工干擾大，存在較多的安全隱患。

（2）地處鹿山路（太湖大道）與金楓路交叉口，太湖大道高架橋是蘇州城區通往高新區西部的唯一主通道，車流大，交通組織難度大，交通安全隱患多。

（3）大型吊裝工程多，安全風險大。本工程鋼箱梁、預制梁均為大型構件，其中鋼箱梁最大約270噸，最大起重高度約32m，并且集中于一點立體交叉，上下層交叉施工相互制約，周邊高橋墩密集，場地受限，吊裝工作是本工程最大的難點，也是本工程控制性關鍵節點。預制混凝土梁用于中環主線高架橋的非立交部位，有160片，梁重約80噸，安裝高度最低24m，最高30m，施工場地狹小，吊裝風險也很大。

（4）中環跨太湖大道高架段的主線，匝道墩柱的布置比較密集，最高橋墩達到了28m，高橋墩、蓋梁的施工安全風險非常大。

（5）現澆箱梁44聯，支架最高達20米，支架約70萬立方米，箱梁混凝土3萬多立方米，工程量大，工期非常緊。

4、關鍵技術

本工程中的鋼箱梁主要有兩種形式。第一種為第三、四層匝道單箱單室的鋼箱梁，橋寬10m，箱梁均布在緩和曲線上，最小曲線半徑分別是125m和90m。第二種為第五層的直線型多箱的鋼箱梁，橋寬是26m。

因立交核心區吊裝場地狹小，并集中一點立體交叉，上跨既有高架橋及匝道，施工難度大，根據現場情況，先選好吊裝順序，臨時支架布置，再根據支架布置形式確定鋼箱梁的節段劃分。在現場吊裝施工時，重點做好吊裝機具的選擇及驗算，場地布置與基礎處理，箱梁節段定位及箱梁線型控制，吊裝過程中鋼箱梁的變形監測、臨時支架的監測，以及臨時支架卸載過程中的監控等。

核心區域場地狹小，做好吊裝場地布置和現場臨時支架的設置是本項目的重點。

鋼箱梁吊裝單元的吊裝定位，決定了整個的安裝精度和施工質量。

采用全站儀對梁段安裝軸線與線形進行測量。

5、管理措施

為使施工過程處于可控狀態，保證總體工期目標、質量目標、安全目標，需要做好以下幾點。

5.1必要的保障支持

（1）組織保障：成立以施工單位項目經理為首的攻關領導小組，為項目的實施提供有利的領導班子。

（2）資金的保障：準備專項建設資金，保證本工程的順利實施。

（3）人員保障：參加研究的人員要穩定，不在實施過程中進行調動，保證項目資料及數據的專人保管性。

（4）設備保障：用于本項目部的機械設備特別是試驗設備要結合本項目特點進行購置，滿足項目實施過程中的試驗要求。

5.2組織管理措施

本工程建立施工單位項目經理總負責、總工具體負責的質量安全責任制，全面實施各項目標管理，橫向到邊，縱向到底，權責清晰的管理機制。

5.3組織實施的步驟

（1）成立項目的領導小組，編寫有關質量安全管理制度，明確小組成員的分工。

（2）編寫項目實施方案。

（3）按照方案做準備，主要包括技術資料、材料構件、儀器設備、監測點布置與原始數據采集。

（4）嚴格按照方案組織施工，加強施工過程控制。

（5）及時采集監測數據，及時分析、判斷，指導施工。

（6）整理原始資料，匯總分析，得出項目成果報告。

6、主要技術經濟效益及前景分析

6.1技術經濟的效益分析（含經濟效益和社會效益）

（1）城市高架橋施工在各地都十分普遍，我們通過本項目積累了大量寶貴的施工經驗，也培訓了建設人才。

（2）本項目在安全施工前提下，有效地控制了工程變形，提高了工程質量，加快了施工進度，同時節約了成本。

（3）本項目位于重要的交通樞紐，安全、高質量、按時完成施工，為施工單位創造了很高的社會效益。

6.2推廣應用前景分析

一點交叉多層次蝶形立交橋施工技術，在城市建設中有著十分廣闊的前景。

7、主要成果

本工程一點五層立交施工的場地布置、臨時支架設計、鋼箱梁的吊裝施工、臨時支架的拆卸、線形監測，對于城市橋梁建設給出了一個全新的施工理念，節約土地、減少投資、綠色環保，有較大的適用價值，可為各地同類型橋梁的施工提供有利的參考。

7.1施工場地布置

根據以往施工經驗，結合現場條件，制定詳細的施工方案，科學合理地進行場地布置，充分利用有效資源，對每一施工環節都詳細計算、評估，確保施工順利進行。

本工程成功地采用BIM技術，真實還原現場環境，規劃拼裝場地，模擬吊裝工況，保證了吊裝工程順利實施。

7.2臨時支架設計

在吊裝過程中，為了盡量保證既有道路（太湖大道高架、鹿山路）的通行，臨時支架的設計顯得非常重要。吊裝過程是一個動態過程，隨著鋼箱梁的就位，梁體的縱橫向偏差、板梁間隙等會發生變化，通過臨時支架的精確設計來確保施工質量。

采用midas軟件對鋼管支架進行安全穩定性驗算。

7.3鋼箱梁的吊裝

通過BIM技術，模擬吊裝工況，檢查吊裝過程中空間是否滿足要求。

7.4臨時支架拆除

在臨時支架拆除后，鋼箱梁結構的受力狀態發生了根本性的變化，由支撐受力轉換為結構自身的受力，支架與結構構件的應力會超出安裝時的初始應力。施工單位對此予以足夠地重視，切實采取可靠的安全措施，防止支撐架或結構的垮塌事故。

7.5鋼箱梁梁體的線型制控

通過對梁體的標高、預拱度、臨時支墩的測量，確保鋼箱梁整體線型達到設計要求，這也是施工監控的主要內容。

因運輸條件、吊裝條件、施工環境，以及設計要求等，鋼箱梁通常縱向分段，橫向分片，把閉口完整的鋼箱梁分割成幾個開口單元。到施工現場將這些片段組裝拼接成較大的整體，再進行吊裝施工，最終實現鋼箱梁的架設。主梁撓度的變化非常復雜，要做好以下三方面：

（1）通過高精度測量與校正，做好箱梁梁段的吊裝和調整。

（2）臨時支架拆除后，鋼箱梁就靠自身結構受力，轉換受力的過程中，特別要防止支撐或結構垮塌事故的發生。

（3）本項目的鋼箱梁整體拼裝正值夏季，鋼結構的晝夜溫差有40℃左右，梁的合攏段選擇在日出前的早上5：00至7：30，或者陰天進行，盡量減少溫度變形。

7.6數據分析，以匝道鋼箱梁為例說明

施工監控過程中，根據階段撓度及梁段累計撓度，對各梁段標高進行監測，布置在主梁位移監測點的觀測結果如下：

鋼箱梁在施工過程中箱梁的撓度變化基本和理論計算一致，在整體安裝完成拆除支架后，箱梁中跨跨中預拱為74mm，邊跨跨中分別是58mm與30mm，在橋面鋪裝完成后跨中預拱為56mm，邊跨跨中分別是20mm與18mm，橋面線型平順，滿足設計要求。

通過鋼箱梁在施工過程中監測結構變形表明：鋼箱梁實際變形值與理論變形值基本保持一致，鋼箱梁工況鋼箱梁實際最大變形值滿足施工規范相應要求。

各種工況下，同一梁段上的監測點實測撓度變化大致相等，表明鋼箱梁并沒有出現橫向扭轉現象。

鋼箱梁在施工過程中箱梁的撓度變化基本和理論計算一致，在整體安裝完成拆除支架后，橋面鋪裝完成后的G匝道邊跨跨中預拱度為-11mm，其他跨跨中最大預拱度是56mm，邊跨最大預拱32mm為橋面線型基本平順。

通過對支墩身沉降監測數據的監測，墩身沉降未見明顯的不均勻變形，且變形數值穩定在支墩的壓縮變形范圍內，箱梁安裝過程中未出現明顯的偏壓，未影響結構安全。

結語：

本工程工期緊，工程量大，施工技術特別復雜，缺少可借鑒的施工經驗，并且受自身知識水平的限制，施工中某些技術環節和管理措施還不盡完美，將在以后的工程實踐中進一步深入研究，使一點交叉多層次立交橋梁施工技術更加成熟。