交叉作業環境下系桿拱橋鋼管拱肋整體吊裝技術

廖星星 （中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

阜陽市城南新區潤河路與京九鐵路立交橋工程第五聯為1-104m簡支下承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋面全寬29.6m，梁端拱腳范圍加寬至30.2m，雙向六車道布置。拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土拱肋，拱肋理論計算跨徑101m，計算矢高25.25m，矢跨比1/4，拱軸線采用二次拋物線。拱肋高2.6m，拱肋鋼管外徑1100mm，壁厚分16mm、20mm兩種；橫向兩片拱肋之間共設置3道桁架式橫撐，橫撐鋼管采用直徑80cm、60cm、45cm三種，壁厚12mm。

圖1 系桿拱橋效果

2 工程特點

潤河路系桿拱橋與潁州南路U型槽處于同一區域施工，交叉作業多，占用時間長，極易發生墜物傷人、機械傷害等安全事故。

拱橋總體采用“先梁后拱”的施工方案，主系梁、端橫梁采用支架現澆法施工，中橫梁及橋面行車道板采用預制吊裝法施工，單側鋼管拱肋分9個節段采用支架法拼裝施工。

根據現場條件，系桿拱橋下部結構可與U型槽同步施工；主系梁、端橫梁及拱腳需在U型槽底板完工后施工，然后再進行鋼管拱肋、中橫梁及橋面板吊裝施工。鋼管拱肋分為9個節段吊裝，除節段1、節段9預埋后與拱腳混凝土一起澆筑外，其余7個節段分批次吊裝，同時U型槽墻身、排水、路面等結構也在同步施工，兩者長時間在同一區域交叉施工，給如期完工造成極大困難。因此，選擇一種將工序從交叉作業場內轉移至場外完成，同時壓縮在交叉作業場內工序施工時間的方法就尤為重要。鋼管拱肋整體吊裝就是近年來為適應特殊環境、滿足特殊要求而逐步發展起來的系桿拱橋施工方法，具有施工工期短，對橋下作業區域影響時間短，安全可靠、效率高、成本低等優點。

圖2 系桿拱橋與U型槽平面關系

圖3 系桿拱橋與U型槽立面關系

3 施工技術方案

3.1 總體工序流程

施工系桿拱橋下部結構、同步分節段制作鋼管拱肋和橫撐→施工主系梁、端橫梁及拱腳（拱肋節段1、節段9預埋）→場外預制中橫梁、橋面板→安裝1/2跨徑處和緊鄰端橫梁處的中橫梁（共4道）→將運至橋址附近的拱肋節段2～節段8和橫撐在交叉作業區域場外焊接成整體→鋼管拱肋整體吊裝、調整拱軸線并支固→整體吊裝鋼管橫撐→分級頂升灌注鋼管混凝土→安裝并張拉吊桿→安裝剩余18道中橫梁→安裝橋面板→施工橋面系、鋼結構涂裝等附屬工程[1-4]。

3.2 鋼管拱肋及橫撐制作

①制作工藝流程：資源配置→鋼材校平→下料加工→單元件制作→鋼管拱分段制作→構件涂裝、存放。

②鋼結構制作以若干個單元件為基礎，分別為鋼管筒節、拱肋節段、腹腔綴板、拱腳預埋段、橫撐直桿、橫撐斜桿、橫撐豎桿、加勁鋼環及下錨箱等單元。為避讓吊桿位置，單元件主要以2m和1.8m為主，輔以小部分1m及其他尺寸。單元件對接環向焊縫與吊桿中心線、腹腔綴板焊縫錯開距離不小于20cm，焊接采用坡口熔透焊縫，焊縫質量達到Ⅰ級。

③鋼結構生產以各單元件為半成品，在廠內劃分區域平行作業、流水生產、妥善存放、加強保護；按照工序流程合理配置勞動力、機具設備、工程材料等資源，制定進度目標和質量目標，嚴格按照工藝方案組織生產及驗收，形成優質高效的單元件生產網。

④鋼結構制作前需進行試作試驗，對其結構尺寸、軸線偏差及焊縫質量等關鍵工藝參數進行收集整理并分析形成工藝總結報告進行評審，根據評審結論來確定最優的制作工藝和生產組織。在首三件單元件制作工藝評審通過后，才能進行單元件大批量生產，并定期或不定期對單元件制作過程的工藝質量進行檢測。

⑤鋼管拱肋采用平面制作成型，因鋼拱曲線為二次拋物線線型，為了保證鋼管拱組裝成型線條流暢光滑，工地架設尺寸到位，所有單元件的構配件均采用計算機放樣和數控編程精確下料，以確保構配件制作精度滿足設計和規范要求。設置專用胎架以防止拱肋變形，為現場拼裝及安裝創造條件，胎架必須正確、牢固。管節卷制和拱圈組拼均在專用胎架上完成，采用氣保焊打底，埋弧焊焊接，焊縫兩端設引弧板，每個構件完成后進行焊縫探傷檢測和結構尺寸校核。

⑥根據本工程鋼管拱的結構特點，鋼管拱的制造分為拱腳、拱肋、腹板加工。整橋拱肋分為18個加工節段，每個加工節段由拱管及腹板組成，各節段均考慮運輸及吊裝所允許的尺寸和重量[5-7]。

如圖4所示，單側拱肋分為9個節段，A1、A9節段長 433cm，A2、A8 節段長 1634cm，A3、A7 節段長1498cm，A4、A6節段長 1573cm，A5 節段長 1081cm。另外，由于橫撐直桿（φ80cm）橫向較長，考慮運輸方便，將橫撐直桿分為1450cm和1150cm兩種節段，橫撐斜桿（直徑60cm）和豎桿（φ45cm）不分段。

圖4 系桿拱橋拱肋分段示意（單位：cm）

3.3 鋼管拱肋及橫撐吊裝

①吊裝工藝流程：搭設拱肋及橫撐拼裝支架→單元節段出廠檢驗→構件運輸→單元節段焊接成整體→拱肋整體吊裝、調整拱軸線并支固→橫撐吊裝。

②拱肋及橫撐支架采用墩梁式結構，即鋼管立柱+型鋼的組合結構形式；鋼管立柱采用φ630×10mm螺旋鋼管，連接系梁采用槽鋼及角鋼組焊件，分配梁采用H500×200H型鋼；鋼管立柱基礎采用C30混凝土基礎或直接落在U型槽C40混凝土底板上，厚度50cm。拼裝支架與橋面系結構現澆支架存在沖突時，可適當移動拼裝支架位置。為保證拼裝支架的穩定，鋼管立柱豎向每間隔8m在其縱橫向均設置連接系。

圖5 拼裝支架立面布置（單位：cm）

圖6 拼裝支架平面布置（單位：cm）

③鋼管拱肋及橫撐構件出廠應出具產品合格證，并具有完整的質量證明資料及質量驗收記錄。構件在廠內和在工地均應存放在專用胎架上并下墊上蓋，防止構件變形和生銹，妥善存放保護。構件發運號應采用鋼印標識清晰，裝車采用定位支架確保構件穩固不側滑，不損傷。

④在橋址附近的交叉作業區域外將單側拱肋A2～A8節段焊接成整體，場地選擇必須滿足能將單側拱肋順利轉移至吊裝位置的要求。在拼裝支架頂面安裝圓弧型托盤及拱肋調整設施，立柱頂端設置作業平臺供工人調整及支固拱肋使用。拱肋安裝準備工作完成后，用汽車吊將其安放在拼裝支架上預先測定的位置，再用千斤頂精確調節拱肋位置，精調過程中吊車吊鉤不受力但不得松除吊鉤，精調完成后方可松除吊鉤并穩固拱肋。拱肋位置復核準確后焊接A1、A2節段接口和A8、A9節段接口直至整個拱肋成為一體，待橫向另一側拱肋也焊接成為一體后，先對稱吊裝兩端橫撐再吊裝拱頂橫撐，并與拱肋栓接成整體。

⑤為防止單片拱肋吊裝發生傾覆，吊點位置必須在拱肋重心之上。吊點位置既要確保吊點間距合適，拱肋變形小，又要使拱肋兩端恰能落在既定位置上，起吊時受力合理。由于鋼管拱為勻質材料且呈二次拋物線狀，拋物線頂點與最低點形成一個三角形，三角形三邊中線的交點即為鋼管拱肋重心。如圖7所示，4個吊點對稱布置在拱頂兩側，分別高出拱肋重心916cm和1268cm，吊耳間距960cm和3176cm。正式吊裝前，按等比例縮放采用勻質物體制作拱肋試吊裝模型以檢驗吊點布置是否合理，確保拱肋吊裝安全。

圖7 鋼管拱肋整體吊裝吊耳布置（單位：cm）

⑥單片拱肋總重137.3t，采用兩臺500t汽車吊進行單片拱肋整體吊裝施工，單臺起重量需達到68.65t，伸臂長43.3m，作業半徑16m，查詢 500t汽車吊配重149t工況表得伸臂長48m作業半徑16m時額定起重量為153t，荷載率45%，滿足吊裝要求。吊裝過程：場地清理→安全防護→吊車就位→主臂伸長到指定位置→鋼絲繩檢查、栓接→拱肋勻速提升→拱肋就位后臨時固定→拱肋精調后支固→拱肋接口焊接→解除吊點受力、松除吊鉤。

系桿拱橫撐為規則幾何體，幾何體中心即為橫撐重心，兩端橫撐重14.6t，采用單臺500t汽車吊取橫撐上桿中心為吊點對稱吊裝，拱頂雙道橫撐采用兩臺500t汽車吊取橫撐左右端部內2m處為吊點同步吊裝。

3.4 交叉施工作業注意事項

①制定交叉作業安全防護方案并對各方作業班組進行崗前安全教育培訓和詳細的安全交底；指派專職安全員檢查現場各項安全措施的執行情況，并加強施工過程中的安全控制，防患于未然[8]。

②組織交叉作業各方召開施工前準備會，界定各方的場地范圍及應布置的防護設施，明確各方工作量及工作時間，詳細交代施工中應注意的安全事項；集思廣益商討能錯開施工場地及工作時間的施工組織辦法，當無法錯開時，作業層間及區域間設置安全防護隔離設施，進出場通道及應急通道派專人把守，保持暢通。

③吊裝過程中，吊車作業派專人指揮，吊車作業半徑內嚴禁站人；非己方范圍內的機具設備及安全保障防護設施嚴禁使用或破壞；小型工具裝入工具袋內由工人隨身攜帶，材料、邊角余料等采用定制籮筐或吊籠輸送，嚴禁隨意拋擲。

④嚴禁擅自拆除交叉作業區內的護欄、圍擋、隔離墩、槽口蓋板、安全網等安全防護設施。必須拆除時，提前聯系安全設施歸屬方到現場確認，取得對方同意后方可拆除并采取臨時過渡安全措施，待作業完成后及時恢復原狀并經原設置單位驗收。

圖8 鋼管拱肋整體吊裝立面示意（單位：cm）

圖9 鋼管拱肋整體吊裝平面示意（單位：cm）

⑤嚴禁在夜間和昏暗環境下進行交叉作業。在危險地段設置圍欄和懸掛警告警示標牌，指派安全保衛人員維護并疏通過往車輛，確保施工和交通安全[9-10]。

4 結語

在多方交叉作業環境下，鋼管拱肋整體吊裝有效地將大部分交叉作業場內吊裝焊接工作轉移至交叉作業場外完成，將拱肋線型由高空立面控制轉變為地面胎架平面控制，大大降低了施工難度及安全風險，保證了施工質量和工程進度，經計算，兩片鋼管拱肋整體吊裝可以追趕工期約2個月，給類似作業環境下工程施工提供參考和借鑒。