大跨度鋼結構臨時橋梁應急施工方案

馬 軍 林， 李 軍

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

2018年10月11日凌晨，西藏江達縣波羅鄉以下約10 km處金沙江發生山體滑坡事件，阻斷金沙江干流并形成堰塞湖，至10月13日7時50分堰塞湖潰壩葉巴灘段下泄流量達到7 770 m3/s，超過300年一遇洪水標準。2018年11月3日17時00分，白格滑坡體原主槽部位再次垮塌，阻斷金沙江干流，至11月13日19時50分堰塞湖潰壩葉巴灘段下泄流量達到28 300 m3/s，超過萬年一遇標準(10 600 m3/s)。兩次堰塞湖超標洪水將葉巴灘水電站金沙江兩岸低高程(2 730～2 740 m)前期已完成的道路、橋梁全部沖毀(超標洪水達到高程2 763 m)，導致金沙江右岸4#、6#、8#交通洞等部位的交通完全中斷，所有工作面全部被迫停止施工。

為盡快打通金沙江左、右岸連接通道，經建設各方對比分析，決定恢復原上下游4#、6#臨時橋(布置在左、右岸導流洞進出口)外，在大壩下游合適位置增加一座臨時鋼結構橋梁(“11·03”應急臨時橋)，作為堰塞湖洪災應急搶險項目盡快完成，盡早投入使用恢復兩岸交通。

1 優化橋梁設計

參照公路工程鋼結構橋梁相關規范[1]，“11·03”應急臨時橋由兩跨連續梁(27 m+72 m)組成，采用開口式桁架鋼結構形式，全部采用特種鋼材，總重量135 t，橋梁總體布置(圖1)。該橋梁在設計和布置時，充分考慮了以下因素：

(1)結合現場地形及地質條件，選定最優的橋梁位置。橋梁位置選擇在大壩下游，接近廠房交通洞(4#、6#交通洞)及右岸通往纜機平臺交通洞(8#交通洞)等關鍵部位，橋梁架設完成后便于盡快恢復交通洞施工。同時該部位河床相對較窄，兩岸出露巖石較完整，有利于兩岸橋臺施工，最終選定的橋梁全長為：3.8 m+72 m+27 m+3.8 m=106.6 m。

圖1 “11·03”臨時橋布置圖

(2)合理設計橋梁荷載，滿足工程運輸需要。該橋梁主要用于洞挖出渣，以及鋼筋、水泥等材料運輸，選定荷載為50 t單車。

(3)充分考慮防汛及上游堰塞湖洪水風險，提高防汛標準。金沙江主汛期主要集中在6月至9月，為滿足防汛要求。同時充分考慮上游白格堰塞湖仍然存在的風險，橋梁防汛標準提高為百年一遇。

(4)盡量選用成品材料，加快現場施工進度。本橋主桁架采用K形桁架，主桁桁高5 m，節間長度2.25 m，橫梁間距4.5 m，弦桿長度9 m，軸線間距8.516 m，行車道兩側布置波形護欄，定型鋼橋面板，通行凈寬為7.35 m。主桁全部桿件均為工廠制備，采用高強螺栓連接。絕大部分材料為成品件，進場后即可組裝，加快橋梁安裝進度。

(5)利用場內其他橋梁橋面材料，節省工程建設投資。電站壩址上游至進水口設計規劃有一座鋼結構橋梁(7#臨時橋)，為節省投資，“11·03”應急臨時橋上部結構絕大多數采用7#臨時橋構件，“11·03”應急臨時橋完成使命后，上部結構再用于7#臨時橋，可節省工程投資400萬元。

2 加快施工進度

該橋梁安裝從橋位實際地形、地質特點、橋梁形式及跨徑，以及施工方便性等綜合因素考慮，現場采用起重機吊裝、鋼扁擔錨拉法懸臂拼裝、配重加斜拉扣掛、滾筒拖拉等幾種安裝方案。整個安裝過程分為四個階段，其中階段一為左岸回填施工平臺用50 t汽車起重機安裝27 m跨；階段二為鋼扁擔錨拉法懸臂拼裝27 m；階段三為鋼扁擔錨拉法加斜拉扣掛拼裝18 m；階段四為滾筒拖拉法，汽車起重機落梁安裝27 m節段。

2.1 一階段安裝措施

一階段先安裝27 m跨，安裝前在左岸回填一吊裝平臺，平臺靠1號橋墩側放坡，坡度滿足安全規范要求[2]，1#橋墩處坡腳設置鋼筋石籠與橋墩分隔開，避免對橋墩產生側壓力。

該27 m跨采用汽車起重機，按照起重機相關操作要求[3]在回填平臺上吊裝安裝下弦桿、橫梁、腹桿、上弦桿及橋面板，依次安裝完成該跨鋼桁架梁。

2.2 二階段安裝措施

二階段安裝27 m跨，采用鋼扁擔錨拉法懸臂拼裝，用50 t汽車起重機懸臂拼裝該段。

抗傾覆穩定由2#橋臺處預設鋼扁擔提供對桁架支座節點的拉力來實現，參照鋼結構相關規范要求[4]，經復核計算設計抗傾覆鋼扁擔2個，每個由2根40a槽鋼組成，長度1.8 m。鋼扁擔與預埋型鋼(Q345B) HW200×200×8×12螺栓連接。預埋型鋼埋入混凝土深度2.5 m，外露長度1.34 m。為了牢靠錨固預埋型鋼，橋臺在原設計尺寸的基礎上做了加大處理。

本跨設置4道纜風繩，纜風繩與地面夾角不大于30°，與橋軸線夾角不小于50°。二階段安裝如圖2所示：

2.3 三階段安裝措施

三階段安裝18 m跨，采用斜拉扣掛法，用50 t汽車起重機懸臂拼裝該段。

圖2 “11·03”臨時橋二階段安裝示意圖

2.3.1 斜拉扣掛系統

在左岸1#橋墩上設置塔架，塔架采用外徑600 mm、壁厚12 mm的Q345B鋼管，塔架高度(包含柱頭及柱腳)25 m，橫向凈距5 m，通過法蘭螺栓連接而成雙柱式結構，每根立柱采用2根鋼管，全橋共4根。塔架立于1#墩處的鋼橫梁上，塔腳采用鉸接方式。塔架設置前后纜風和橫向纜風，前后纜風各2道，上下游各1道，每道選用6×φ19.5 mm鋼絲繩。橫向纜風上下游各1道，每道選用4×φ19.5 mm鋼絲繩。前纜風錨于右岸巖石上，后纜風錨于左岸錨樁上。

該橋9 m桁架節段重量為12.267 t，27 m桁架片安裝節重量為36.8 t。本段設置四道斜拉扣掛索，上下游各2道。根據鋼絲繩相關規范要求[5]，經計算分析每道拉索選用2×φ52 mm鋼絲繩，每道拉索設置一組收放滑車組，拉索錨固于左岸4根鋼筋混凝土錨樁上。

2.3.2 左岸主錨碇

左岸主錨碇設置4根φ1.6 m鋼筋混凝土錨樁，每根樁長6.5 m，對稱于橋軸線布置。樁身全為堅硬巖石，采用C40鋼筋混凝土澆筑。

本跨安裝共設置4道纜風繩，上下游各兩道，每道纜風繩選用2×φ19.5 mm鋼絲繩。三階段安裝如圖3所示：

圖3 “11·03”臨時橋三階段安裝示意圖

2.4 四階段安裝措施

四階段安裝右岸27m跨，采用滾筒拖拉法縱移梁、汽車起重機落梁方式。

2.4.1 右岸錨固系統

本跨安裝前先在右岸0#橋臺部位，正對上下游弦桿軸線設置錨環錨碇，錨環上下游各設置4個，用HPB300(φ32 mm)圓鋼制作。錨環埋入巖石2 m深，孔內灌注M20水泥漿。

2.4.2 最后27 m跨安裝

27 m節段拼裝位置位于1#橋墩兩側，靠河側先拼裝，邊拼裝汽車起重機邊后退，最后停留在左岸27 m跨橋上，桁架片移運滾筒采用φ60 mm鋼棒。

桁架片拼裝和移運過程中，設置可靠的防側倒支撐。移運過程中設置1根φ52 mm制動索，制動索利用2#橋臺上的預埋錨環固定，尾部設置1道φ52 mm捆綁索，捆綁索兩端固定于上下游已安裝桁架的下弦，中間捆壓住移運桁架的上弦，以防止移運桁架的縱向傾覆。移運過程中，桁架始終保持前端標高不低于后端，即在橋面上的桁架底部不脫離滾筒。移運至尾部尚有2 m在橋面上時停止移運，利用50 t汽車起重機落梁。落梁時的橫移在整個梁體呈懸空狀態后操作，前端由上下游拉索的收緊和松放(一側收緊的同時另一側放松)并結合橫向風纜進行控制，后端由汽車起重機的操作來實現。

本跨設置4道纜風繩，上下游各兩道，每道纜風繩選用2×φ19.5 mm鋼絲繩。纜風繩錨固于右岸巖石，用于保持安裝桁架片的橫向穩定。四階段安裝如圖4所示：

圖4 “11·03”臨時橋四階段安裝示意圖

2.5 斜拉掛扣系統拆除

在橋梁所有吊裝任務完成后開始逐步拆除斜拉掛扣系統，拆除的順序與安裝順序基本相反。

2.5.1 斜拉掛扣索拆除

上下游對稱逐級松索，松索完成后解除捆綁繩索。

2.5.2 塔架拆除

拆除按照“自上而下”的基本順序進行操作，先拆除塔頂橫梁及斜撐，在拆除過程中，注意保持所拆除結構與整體結構的關系，注意觀察重要受力桿件的變形情況，防止出現整體傾覆和局部屈曲等不利情況。現場塔架采用50 t汽車起重機拆除。

3 安全保障措施

3.1 安裝監測

根據本橋梁特點，在現場安裝過程中及時開展了如下監測工作，并對偏差值超出設計要求的立即暫停施工，查明原因，采取措施，確保橋梁安裝整體穩定和施工安全。

橋梁軸線控制；塔架在安裝過程中的偏移控制；桁架片各扣點在各階段的標高控制；扣索各階段索力觀測；錨碇位移變形觀測；最后27 m段安裝時的重點觀測。橋梁懸臂安裝傾覆安全是關鍵，因此，標高測量是整個觀測工作的重中之重，安裝過程中懸臂最前端標高下降值始終控制在L/300之內(L為懸臂長度)。

3.2 安全管控措施

本橋梁安裝前，經全面分析，現場主要危險源包括：左岸塔架及風纜系統；兩岸錨碇系統；斜拉扣掛索系統；汽車起重機；鋼桁架風纜系統及最后27 m段安裝等。針對各危險源按照安全作業相關規定[6]，分別制定安全專項措施，并安排專職安全人員進行全過程指導、檢查及糾偏，順利實現安全生產目標。

4 本橋施工的體會

葉巴灘水電站“11·03”應急臨時橋實際施工工期為70 d，其中土建施工20 d、鋼結構及附屬設施安裝50 d，較同類型鋼結構橋梁的施工工期相比提前較多，切實發揮了應急搶險作用。結合本橋梁實際實施情況，小結以下幾點體會：

(1)搶險應急橋梁安裝一般存在場地條件較差、工期要求較緊、施工安全風險較大等特點，在規劃布置時應充分考慮上述因素，必要時請行內專家進行咨詢、指導，選用合理、可行的布置方案是關鍵。(2)大跨度鋼結構橋梁安裝應以科學、可行的技術方案為基礎，充分結合現場實際條件及工期要求，可綜合采用多種便于操作、安全快速的安裝措施，以加快施工進度。(3)大跨度橋梁安裝相對技術復雜、標準嚴格，應選擇專業隊伍進行規范化、精細化作業，確保一次安裝到位。(4)橋梁安裝現場安全危險源相對較多、風險較大，施工前應制訂詳細的安全專項措施，對危險源進行全面辨識、管控。現場配置有經驗、責任心強的技術和安全人員進行全過程、全方位指導和管控，確保施工安全。(5)針對應急搶險項目的現場施工組織，可充分利用、整合現場資源優勢，如兩岸橋臺土建項目可安排提前實施，避免占用直線工期。所用材料、設備盡量選用正規廠家生產制作的成品件，在保證質量的基礎上加快現場施工進度，爭取盡早投入使用。(6)在橋梁安裝過程中，按照設計及規范要求[7]加強監測，纜風繩、斜拉扣繩等應及時安裝到位，確保結構整體穩定。另外橋梁安裝所用鋼絲繩較多，必須按照規范要求[8]及時進行檢查、保養、更換。

葉巴灘水電站“11·03”臨時橋的成功實施，在大江大河防洪度汛，以及在應急恢復交通等方面具有一定的借鑒意義。