跨洪奇瀝水道特大橋鋼桁柔性拱架設(shè)方案比選★

王海波 程世玉

(中鐵六局集團有限公司，北京 100036)

1 工程概況

廣州南沙港鐵路為國家重點鐵路項目，是廣州國際航運中心建設(shè)重要支撐以及珠三角西部貨運通道的重要組成部分,線路自廣珠鐵路新建的鶴山南站引出，止于南沙港區(qū),全長88.026 km。

跨洪奇瀝水道特大橋為廣州南沙港鐵路控制性工程，主橋全長998.8 m。采用下承式連續(xù)鋼桁梁柔性拱結(jié)構(gòu)，跨度布置(138+360+360+138)m，主橋孔跨布置具體見圖1。

鐵路等級為Ⅰ級鐵路，無道砟軌道；雙線鐵路，線間距4.0 m；設(shè)計行車速度120 km/h；主橋平面位于直線上，橋面縱坡為平坡；橋面寬度為15 m；通航標準為Ⅰ級航道，通航凈空300×24；地震動峰值加速度系數(shù)0.1g；

本橋采用下承式鋼桁梁柔性拱，鋼桁梁兩片主桁，桁高16 m，桁間距15 m，寬跨比1/24；柔性拱矢高65.0 m，矢跨比1/4.67采用華倫式，節(jié)間長度為13.5 m和14 m，全橋共72個節(jié)間，在鋼桁的三個中支點處向邊跨側(cè)2個節(jié)間和向中跨側(cè)1個節(jié)間布置下加勁，下加勁高16 m。

鋼桁梁采用縱橫梁明橋面，在兩片鋼桁下弦節(jié)點處設(shè)置橫梁，橫梁間通過四根縱梁相連，縱梁在橫橋向間距2 m，縱梁間通過系桿相連。縱梁每隔2個節(jié)間設(shè)置縱向活動鉸。兩片主桁的下弦節(jié)點間通過X下平聯(lián)相連。

2 鋼桁梁柔性拱架設(shè)重難點分析

跨洪奇瀝水道特大橋主橋為鋼桁柔性拱結(jié)構(gòu)，主跨達360 m，柔性拱高度為65 m，橋梁結(jié)構(gòu)體系新穎，技術(shù)標準高、架設(shè)難度大，通過分析本橋架設(shè)施工的重難點如下：

1)鋼桁梁懸臂架設(shè)，懸拼距離長。

本橋主跨為360 m，受河道影響，在主跨設(shè)置水中臨時墩進行鋼桁梁懸拼架設(shè)，最大懸拼距離達98 m。

2)懸臂架設(shè)，跨中合龍。

239號墩鋼梁采用雙懸臂架設(shè)跨中合龍，為確保鋼梁的安裝精度和懸臂安裝整體穩(wěn)定性，其墩旁托架的結(jié)構(gòu)形式的選擇尤為重要。

3)合龍點多。

鋼桁柔性拱為2片主桁空間結(jié)構(gòu)，鋼桁梁、柔性拱合龍點多，且合龍點空間坐標的變化因素多，合龍精度高，施工難度大。

4)穩(wěn)定和線型控制。

主橋鋼桁梁采用大跨度懸臂拼裝，柔性拱采用整體提升，如何確保柔性拱安裝過程的穩(wěn)定性及線型是施工難點。

5)保障主航道通航。

主跨處于主航道上方，鋼梁的架設(shè)過程中對航道的安全防護，以及如何做好臨時墩的防護為本工程的重點。

6)抗臺風(fēng)措施。

本橋所處位置為臺風(fēng)高發(fā)區(qū)，施工工程中如何做好抗臺風(fēng)干擾，確保結(jié)構(gòu)及施工安全為本項目難點。

3 施工場地布置

根據(jù)現(xiàn)場場地及航道情況，現(xiàn)場搭設(shè)棧橋配合上下部結(jié)構(gòu)施工，小里程棧橋從岸邊搭設(shè)至239號墩，大里程側(cè)棧橋從岸邊搭設(shè)至240號墩，在239號～240號墩之間預(yù)留航道，保證航道通行。

在小里程239號墩棧橋端頭設(shè)置1臺60 t桅桿吊作為上料碼頭，大里程在棧橋端頭設(shè)置一臺80 t桅桿吊作為上料碼頭；預(yù)拼場設(shè)置在橋址附近，鋼梁桿件水運進場，碼頭桅桿吊卸船，通過棧橋汽車運輸至吊裝位置，再用橋面吊機從棧橋取梁；239號和240號處各設(shè)置一個提升站，通航孔鋼梁通過在下弦設(shè)置運梁小車，水平運輸至吊裝區(qū)進行懸臂拼裝。

4 鋼桁梁架設(shè)方案比選

4.1 鋼桁梁架設(shè)

4.1.1方案一：臨時支墩配合對稱懸拼、頂落梁合龍施工方案

分別在邊跨和主跨設(shè)置臨時墩，邊跨前4個節(jié)間鋼桁梁采用履帶吊在支架上安裝，后在鋼梁上弦設(shè)置1臺75 t橋面架梁吊機，向跨中懸臂拼裝，在239號墩處設(shè)置墩旁托架，采用浮吊在墩旁托架上安裝4個節(jié)間鋼梁及臨時桿件，在安裝的鋼梁上表面設(shè)置2臺橋面架梁吊機，進行對稱懸拼至合龍口，采用頂落梁及縱橫移措施調(diào)整鋼桁梁合龍口精度，在設(shè)計要求的合龍溫度下完成鋼桁梁的依次合龍，方案一施工示意圖見圖2。

4.1.2方案二：扣塔拉索配合臨時支墩對稱懸拼、拉索調(diào)整合龍施工方案

分別在238號～240號墩各設(shè)置一座墩旁托架，利用浮吊在墩旁托架上方架設(shè)4個節(jié)間鋼桁梁，并在各墩鋼梁上拼裝2臺75 t橋面吊機，利用棧橋和下弦進行鋼梁桿件的水平運輸，進行鋼桁梁懸臂拼裝施工，利用扣塔和鋼絞線對拉鋼桁梁，平衡鋼桁梁自重和施工荷載，對稱懸臂拼裝至合龍口進行合龍。扣塔采用塔吊進行分段安裝，塔吊附著于扣塔上，扣塔根部與鋼桁梁上弦鉸接，通過縱橫移調(diào)整里程，扣塔拉索調(diào)整標高進行鋼桁梁的合龍，在設(shè)計要求的合龍溫度下完成鋼桁梁的依次合龍，方案二施工示意圖見圖3。

4.2 鋼桁梁架設(shè)方案對比分析

通過兩個方案可操作性，在設(shè)備投入、臨時結(jié)構(gòu)工程量、鋼桁梁合龍及施工工期方面進行對比，并分析優(yōu)缺點，具體如表1所示。

表1 鋼桁梁架設(shè)方案比較簡表

方案一優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：1)大型吊裝設(shè)備投入少；2)墩旁托架及扣塔等臨時結(jié)構(gòu)數(shù)量少；3)鋼桁梁架設(shè)施工高度低，無扣塔和拉索，施工安全風(fēng)險可控，且臺風(fēng)影響較小；4)合龍口少，通過縱橫移及頂落梁進行合龍口的調(diào)整，施工較為簡便，可操作性高；5)項目整體施工成本低，經(jīng)濟效益高。

缺點：1)鋼桁梁架設(shè)工作面少，導(dǎo)致整體架設(shè)工期較長，但能夠滿足合同工期要求；2)架設(shè)施工中為滿足抗傾覆系數(shù)大于1.3的要求，需要在邊墩設(shè)置拉錨措施，將鋼桁梁與邊墩錨固。

方案二優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：懸拼工作面多，整體架設(shè)工期短。

缺點：1)大型設(shè)備投入較多，且設(shè)備工效低；2)臨時結(jié)構(gòu)較多，扣塔及拉索施工難度較大；3)合龍口較多，扣塔及拉索調(diào)整合龍口操作復(fù)雜，操作性差。

通過以上兩個方案的比較和優(yōu)缺點分析，方案一具有安全風(fēng)險低、操作性較強，投入少，經(jīng)濟效益高的特點，選用為本橋的架設(shè)施工方案。

5 柔性拱架設(shè)方案比選

5.1 柔性拱架設(shè)方案

5.1.1方案一:拱上分段臥拼+垂直提升架設(shè)方案

在鋼桁梁的上弦設(shè)置臨時支架體系，利用全回轉(zhuǎn)橋面吊機進行柔性拱桿件的臥拼施工，其中單跨拱兩側(cè)前3個節(jié)間采用原位支架法安裝，中間部分采用臥拼，對拱肋提升處進行加固，設(shè)置水平索及張拉，對弓弦式拱肋進行豎向整體提升及合龍，然后進行拱肋吊索的安裝和張拉施工，完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。施工示意圖見圖4。

5.1.2方案二：拱上分段臥拼+豎向轉(zhuǎn)體架設(shè)方案

在鋼梁的上部設(shè)置臨時支架體系，利用4臺75 t全回轉(zhuǎn)橋面吊機進行柔性拱桿件的臥拼施工，設(shè)置拱肋豎轉(zhuǎn)塔架和扣索，臥拼后進行拱肋的豎向轉(zhuǎn)體施工及合龍，先豎轉(zhuǎn)小里程、后豎轉(zhuǎn)大里程側(cè)柔性拱，豎轉(zhuǎn)過程中設(shè)備背索與鋼桁梁進行拉結(jié)，豎轉(zhuǎn)到位后高空進行合龍段的安裝及焊接，完成柔性拱合龍，后進行拱肋吊索的安裝和張拉施工，完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。施工示意圖見圖5。

5.2 柔性拱架設(shè)方案對比分析

通過兩個方案在可操作性，在設(shè)備投入、安全性、施工效率、經(jīng)濟效益、施工工期等方面進行對比，并分析優(yōu)缺點，具體見表2。

表2 柔性拱架設(shè)方案比較簡表

方案一優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：1)提升塔架和附著塔吊的高度低，合龍口施工高度低，抗風(fēng)性能好，施工安全風(fēng)險可控；2)大節(jié)段垂直提升施工，提升同步控制簡單，應(yīng)急處理方便，可緊急鎖定；3)塔吊利用率高，兩跨同時提升，施工效率高；4)架設(shè)周期短。

缺點：1)全橋合龍口共計4處，合龍口數(shù)量多；2)需要設(shè)置專用提升塔架，配置4臺塔吊并附著于提升塔架上，設(shè)備投入較多。

方案二優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：1)塔吊投入少；2)全橋合龍口數(shù)量少。

缺點：1)提升塔架和附著塔吊的高度高，合龍口施工高度高，結(jié)構(gòu)整體抗風(fēng)性能較差，施工安全風(fēng)險大；2)豎向轉(zhuǎn)動施工中拱肋屈曲穩(wěn)定性差，必須設(shè)置背索，且豎轉(zhuǎn)安裝及控制較難，應(yīng)急處理不便；3)臨時結(jié)構(gòu)的投入和施工工期不占優(yōu)勢。

垂直提升方案在經(jīng)濟上相比豎轉(zhuǎn)方案要經(jīng)濟，在施工安全性、施工效率、工期保證方面有較大的優(yōu)勢；塔吊多投入一臺，但塔吊施工覆蓋范圍廣，施工效率高，從長遠及整體上看，其經(jīng)濟性也相比方案一具有較大優(yōu)勢。

通過兩個方案的綜合比較，結(jié)合項目特點及各因素對柔性拱施工影響的敏感性，確定選用方案一為本橋的柔性拱架設(shè)施工方案。

6 結(jié)語

廣州南沙港鐵路跨洪奇瀝水道特大橋橋梁結(jié)構(gòu)新穎、施工難度大，結(jié)構(gòu)為同類型結(jié)構(gòu)國內(nèi)最大跨度橋梁，綜合橋址場地、地質(zhì)、河道、通航等情況，通過對各種方案的優(yōu)缺點分析，確定了鋼桁梁采用臨時支墩配合對稱懸拼、頂落梁合龍施工方案，柔性拱采用拱上分段臥拼、大節(jié)段垂直提升法架設(shè)的施工方案。

目前，現(xiàn)場按照確定的施工方案進行推進，各項工作進展順利，鋼桁梁于2017年11月23日開始進行鋼桁梁架設(shè)，計劃在2018年12月份完成鋼桁梁的合龍施工，2019年6月份完成柔性拱的合龍施工和全橋結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。