西江特大橋施工方案比選和二次經營工作淺析

曹春寧

中鐵上海投資集團有限公司安徽指揮部 安徽 合肥 230041

正文：

南廣鐵路西江特大橋(以下簡稱“西江特大橋”）是我國首座中承式鐵路鋼箱梁提籃拱橋，具有技術含量高、施工難度大的特點。施工單位2009年初中標后，面臨極大的施工和成本壓力（預計虧損近1億元，虧損幅度約15%），為此施工單位從施工方案和設計變更兩個方面入手開展“二次經營”工作，取得了良好的社會和經濟效果。

1 項目簡介

西江特大橋位于西江三榕峽上游，是南廣鐵路的關鍵性控制工程，全長618.3米，主橋跨徑450米，一跨過江，是世界鐵路同類橋梁最大跨度橋梁，鋼箱拱肋截面尺寸為15×5米，截面高度為世界第一。

西江特大橋橋址處接近西江彎曲段頂部，河面寬度410m，河床最大深度約80m。西江深切，形成峽谷，兩岸為中低山，山坡陡峭，山上植被茂密。橋址區屬亞熱帶濕潤型季風氣候，雨量充沛，年平均降水量1671mm。西江為山區季節性河流，雨季河水暴漲爆落。全年平均風速1.7m/s，受南海海洋氣候影響，為臺風活動侵襲經過的地區之一，平均每年3.1次臺風。本橋位所處西江河段為II級航道，通行船舶噸級為2000t，線路與河流基本正交。廣州臺后為G321國道，南寧側無既有道路。

本橋初步設計概算6.37億元，施工單位投標降造后中標價為5.80億元，中標后預計實施成本6.80億元。

2 上部結構施工方案比選

本橋設計推薦的上部結構施工方案為“邊段豎轉+中段提升”，施工單位中標后結合多方面因素發現原方案存在諸多不確定因素且臨時設施投入過大，經研究建議使用“纜索吊機節段懸拼”方案，并進行了詳細的方案比選。

2.1 “邊段豎轉+中段提升”方案介紹

方案概述：拱肋分為三大段在拼裝場地進行組拼，其中拱肋邊段水平投影長度為166m，弦長194m，重量為7000t，拱肋中段水平投影長度為108m，重量為2900t。三大段拱肋分別通過船運至相應位置，拱肋邊段采用豎轉施工，邊段豎轉到位后，利用邊段拱肋頂端安裝的拱上吊架，整體提升拱肋中段。拱肋合龍后，再進行吊桿安裝和橋面系施工。

拱肋“邊段豎轉+中段提升”方案及各階段索力示意圖

2.1.1 拱腳預埋段安裝

用500t吊船安裝拱腳預埋段。

2.1.2 拱肋拼裝

拱肋在工廠組拼成適當長度的節段，通過船運至拼裝場地碼頭，利用碼頭吊機吊裝，然后由棧橋和場地軌道運輸至組拼場各個位置進行拱肋拼裝。拼裝場占地約25000m2，場內設3臺400t門吊吊裝拱肋組件。拱肋在拼裝支架上拼裝，拼裝完成后轉換支撐體系使拱肋支撐到移動支架上，然后拆除拼裝支架。

2.1.3 拱肋下河及運輸

拱肋支撐在移動支架上（總重約8000t），由組拼場滑移至下河碼頭，直至15000t駁船上，由駁船運輸至橋位。

拱肋下河示意圖

2.1.4 橋位處拱鉸對位

橋位處邊段拱肋對位調整方法：

⑴水平位置調整：a、在定位船上收放拉纜；b、移動支架的前后滑動。

⑵豎向位置調整：通過調整壓重水在不同隔艙中的重量分布來改變駁船縱向傾斜度，從而改變拱腳豎向高度（調整范圍1m）。

2.1.5 邊段拱肋豎轉和中段拱肋提升

拱座處設置吊索塔架，塔高130m，一個吊索塔架頂共設60臺350t千斤頂，同步張拉實現邊段拱肋豎轉。

2.1.6 “邊段豎轉+中段提升”方案存在的風險及難點

⑴拱肋下河困難

拱肋預拼場及棧橋要經歷2010年一個洪水期，根據行標《鐵路大型臨時工程和過渡工程設計暫行規定》要求“6.5.3 施工棧橋梁底高程不應小于設計的施工水位”，棧橋頂高程不得低于+14.5m，而拱肋下河時間在2010年的枯水期（2010.10以后），為滿足下河和拱鉸安裝的要求，棧橋頂高程又不得高于+5.1m，否則，拱肋很難下河。

⑵拱肋運輸風險

①通過調查，目前國內能滿足拱肋及支架（約8000t)運輸條件的駁船僅廣州打撈局“重任1500”一艘，屬緊缺受控資源，對工期的保證存在很大的不確定性；

②在船體上支撐拱肋的支點反力達1200t，船體龍骨加固工程量大，加固困難；

③拱肋運輸距離1.5km或以上，裝載拱肋的駁船抗風穩定能力較弱，在運輸過程中存在安全風險。

⑶通航限制

本方案江面全封航時間過長，存在三次封航，預計每次超過2天；半封航時間預計至少10天（辦理全封航可能性很小）。

⑷拱鉸對位時，對水位控制要求嚴格

拱鉸對位期間，如果水位有稍大變化，將對拱鉸產生很大影響（豎轉鋼絞線束安裝調整約需10天以上，其間水位若有＞1m的變化，會直接影響甚至破壞已對位拱鉸）。

⑸拱肋豎轉提升設備數量龐大，控制風險高

邊段拱肋豎轉和中段拱肋提升過程中，一座塔架需60臺350t連續千斤頂控制以不同力量同步提升，自動控制系統不成熟需要重新開發，并且豎轉過程中必須人為介入，對工期和安全均帶來一定風險。

2.2 “纜索吊機節段懸拼”方案介紹

方案概述：主拱肋開始三個節段利用500t浮吊安裝，其余節段采用“纜索吊機節段懸拼”施工，單個拱肋共劃分成41個拱肋節段，單個節段重量不超過300t。具體步驟如下：

2.2.1 開始三個節段的安裝

拱座施工完成之后，在扣塔拼裝期間，利用500t浮吊完成拱腳第一節段的安裝，待扣塔拼裝完成之后，安裝拱肋第二、三節段和對應的扣錨索。

2.2.2 剩余節段、吊桿及橋面系的安裝

纜索吊機跨度布置為：250m+476m+250m，承受集中荷載420t，纜索吊機試吊合格后，首先開始拼裝剩余節段鋼箱拱，直至主拱合龍，然后安裝吊桿和提升邊跨橋面系，最后安裝中跨橋面系，直至橋面系合龍。

拱肋節段采用單榀吊裝，吊裝時主索需橫移，纜塔頂設置主索橫移設備。

2.2.3 “纜索吊機節段懸拼”方案的實施難點

⑴纜索吊機主跨為476m，集中荷載420t，塔架高度達到180m，纜索吊機的規模較大；

⑵纜索吊機在拱肋吊裝過程中，需要不斷的左右橫移鞍座；

⑶單個扣塔和纜塔的錨碇反力分別達到5400t和1800t，設計難度大。

2.3 綜合分析及結果

2.3.1 兩種施工方案優缺點比較

2.3.2 工期比較

經分析“邊段豎轉+中段提升”方案全橋工期共34個月，“纜索吊機節段懸拼”方案全橋工期共35個月。

2.3.3 實施成本比較

經測算“邊段豎轉+中段提升”方案全橋成本約6.8億元，“纜索吊機節段懸拼”方案全橋成本約6.5億元。

2.4 方案比選結果

通過對西江特大橋上部結構兩種不同施工方案的分析比較，并經鐵道部工管中心、業主單位組織的多次專家評審會研究，認為“纜索吊機節段懸拼”方案是成熟的、可控的，而其它方案存在諸多不成熟和不可控的工序、方法。因此，選擇“纜索吊機節段懸拼”方案。

3 施工方案變更

本橋初步設計階段拱肋施工方案推薦采用豎轉+大段提升的施工方法，施工單位進場后結合現場實際情況和自身情況，綜合考慮大噸位船舶運輸、西江水位季節性變化及封航作業的不確定性，建議將原初步設計批復的豎轉大段提升方案優化為纜索吊拼裝方案，經部工管中心組織專家論證并下發相關函件決定同意施工單位的建議，拱肋施工由豎轉+大段提升方案變更為纜索吊裝節段懸臂拼裝方案。由于施工方案的變化，導致大臨工程發生較大變化，主要表現在：扣塔高度增加；增設纜塔、纜塔錨碇、纜索、鞍座及轉向設備；現場拼裝場地面積減小；豎轉鉸取消等。豎轉+大節段提升方案和纜索吊裝方案相關工程數量見下表：

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根據施工方案的變化以及相應工程量的變化情況，經設計院詳細測算并結合大橋主體結構優化情況，報請部鑒定中心批準，西江特大橋原投資63792.49萬元，變更后投資68601.50萬元，工程投資增加4809.01萬元（見下表）。

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4 結論及啟示

西江特大橋施工單位中標價5.80億元，變更前本項目面臨巨額虧損風險，施工方案變更在確保方案本身可行的同時，還充分考慮了施工單位既有的大型施工設備和周轉材料的重復利用，實施過程中既增加了收入又減少了成本，施工單位在本項目最終實現了成本和收入的平衡。南廣鐵路已于2014年12月全線開通，西江特大橋在結構形式、跨度、構造和施工工藝等方面均有較大創新，多項指標達到國內先進水平。本項目的二次經營工作卓有成效，帶給我們很多重要的有益啟示。

（1）工程項目尤其是結構新穎、施工難度大、施工方案復雜的項目，臨時工程和措施項目占造價比重大，進入現場實施階段后施工方案對實施成本影響較大。施工單位中標后，能否結合自身優勢組織對施工方案進行詳細研究和比選，選擇最切實可行和最經濟的方案，是項目成功與否的關鍵。

（2）由于施工單位中標后變更施工方案往往面臨較大壓力，保持多方面的有效溝通，有禮有節的取得業主、上級主管單位和業內專家的理解、認可和支持至關重要。

（3）鐵路項目在現行管理體制下，臨時設施的Ⅰ類變更成功案例不多，西江特大橋在業內有一定影響力，本項目施工方案Ⅰ類變更取得的“突破”和成功實施，為類似項目提供了重要的有益借鑒。