南沙港鐵路雞鴉水道公鐵合建連續(xù)鋼桁梁合龍技術(shù)

麥小金

（中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)公司江門工程建設(shè)指揮部）

1 工程概況

西江特大橋跨雞鴉水道主橋是南沙港鐵路建設(shè)重、難點(diǎn)控制性工程之一，是公鐵合建連續(xù)鋼桁梁橋，全長(zhǎng)381m，鋼梁自重14513.5t。下層為I 級(jí)雙線電氣化鐵路，設(shè)計(jì)速度120km/h；上層為雙向6 車道高速公路，橋面全寬34.2m， 設(shè)計(jì)速度100km/h。主橋孔跨布置為102+175+102m，邊支座中心距端梁1.0m，鋼桁梁采用華倫形桁式結(jié)構(gòu)，桁高16.4m，主桁節(jié)間長(zhǎng)度邊跨12.75m，中跨12.5m，全橋由30 個(gè)節(jié)間組成。鋼桁梁采用兩片豎直主桁，桁間距15.0；副桁上弦桁間距為33.5m，公路橋面橫向采用輔助桁架，鋼桁梁斷面呈倒梯形。（見(jiàn)圖1）

1.1 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

鋼梁主跨采用全懸臂拼裝架設(shè)，最大跨度長(zhǎng)度達(dá)87.5m，拼裝作業(yè)面距離水面10m～17m，下部船舶通行，鋼梁水上、水下、高空、大懸臂拼裝安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大。

鋼梁在跨中進(jìn)行合龍，合龍桿件多，精度要求高，且受通航條件和施工成本限制，主跨不設(shè)置臨時(shí)墩，鋼梁精確合龍是本工程的重、難點(diǎn)。

主桁桿件之間采用栓接方式，構(gòu)件制作線形決定拼裝線形，在加工廠需要嚴(yán)格按照要求進(jìn)行桿件試拼裝，加工制作精度要求。

1.2 主桁構(gòu)件

主桁下弦桿采用箱型截面，內(nèi)寬1300mm（中支點(diǎn)處加寬至1900mm），內(nèi)高1800mm，板厚24mm～48mm。桿件重量：除了E8 桿重98216.0kg，其余重19811.8kg～59446.9kg。（見(jiàn)圖2）

圖2 1/2 主桁立面圖 （單位：mm）

主桁上弦桿采用箱型截面，內(nèi)寬1300mm（中支點(diǎn)處加寬至1900mm），內(nèi)高1400mm，板厚24-52mm。桿件重量：除了A7 桿重99323.6kg， A8 桿重73810.9kg，A9 桿重77134.0kg 外，其余重15167.7kg～55434.5kg。

主桁腹桿根據(jù)內(nèi)力的大小，采用王字形截面及箱型截面；副桁上弦桿采用工字形截面，副桁桿件采用箱型截面。

鐵路橋面系采用縱橫梁明橋面，在兩片鋼桁下弦節(jié)點(diǎn)處設(shè)置橫梁，橫梁通過(guò)四根縱梁相連接；公路橋面系采用密橫梁多縱梁-混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)。

1.3 理論預(yù)拱度

在靜活載作用下，邊跨（E2、E2’）、中跨E15 分別產(chǎn)生36.5mm，223.5mm 的豎向撓度。邊跨桿件的伸縮值分別是+36mm、-6mm、+19mm，-11mm、-4mm、-8mm、+4mm，中跨分別是-62mm、+27mm、+28.5mm、+8.5mm。預(yù)拱度通過(guò)保持下弦及橋面系長(zhǎng)度不變，伸長(zhǎng)及縮短其他桿件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 施工方案

鋼梁在工廠制造時(shí)各構(gòu)件間全部為焊接，在工地拼裝除橋面板焊接外其余為栓接。

鋼桁梁主節(jié)點(diǎn)A7、A8、A9、E8 構(gòu)件通過(guò)水路運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)船吊直接吊裝，其余構(gòu)件通過(guò)公路運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

678#-679#、680#-681#墩邊跨采用支架法架設(shè)，中跨采用懸臂架設(shè)，提前在678#、681# 墩配置Ф40 的PSB1080 精軋螺紋鋼墩頂錨固或混凝土塊壓重，壓重后抗傾覆系數(shù)不小于1.3。

2.1 大里程側(cè)架設(shè)方法

大里程側(cè)設(shè)置預(yù)拼場(chǎng)，681# 墩處設(shè)置1100t.m 塔吊提升站。E0’～E2’節(jié)間利用塔吊拼裝，拼裝完成后，在上桁拼裝70t 橋面吊機(jī)及運(yùn)梁小車，除了A7、A8、A9、E8桿件采用全回旋浮吊拼裝，其余桿件采用橋面吊機(jī)拼裝。合龍前退回至680#主墩上方。

2.2 小里程側(cè)架設(shè)方案

因受場(chǎng)地限制，在小里程側(cè)設(shè)置小型預(yù)拼，陸地上E0E1 節(jié)間利用150T 履帶吊拼裝，其余桿件及合龍口通過(guò)300T 全回旋浮吊拼裝。

3 合龍方案

3.1 合龍口狀態(tài)計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的結(jié)果，找出針對(duì)X、Y、Z方向最有效的調(diào)整值。并靈活決定調(diào)整方法，確定作用力的大小及其所用的工具。

為預(yù)測(cè)合龍口狀態(tài)，采用Midas Civil 2019 有限元分析軟件，對(duì)合龍工況進(jìn)行計(jì)算分析，分析結(jié)果如下（見(jiàn)圖3、表1）：

⑴轉(zhuǎn)角：南沙港側(cè)=0.0029rad（0.168°），鶴山側(cè)=0.0025rad（0.144°）。

⑵豎向偏差：南沙港側(cè)鋼梁比鶴山側(cè)高28mm 左右。

⑶縱向偏差：上弦合龍口為閉合狀態(tài)，閉合值為-64.4mm；下弦合龍口為閉合狀態(tài)，閉合值為24.9mm。

圖3 合龍前合龍口狀態(tài)示意圖 （單位：mm）

表1 合龍前合龍口狀態(tài)

3.2 鋼梁合龍敏感性分析

采用Midas Civil 2019 有限元分析軟件對(duì)鋼梁合龍時(shí)敏感性分析，主要考慮溫度變化(升溫)10°，主墩處標(biāo)高變化(升高)10mm。（見(jiàn)表2）

表2 鋼梁合攏口敏感性分析 (mm)

3.3 合龍?jiān)O(shè)計(jì)

鋼梁合龍需要調(diào)整合龍口的橫向偏差、豎向偏差及轉(zhuǎn)角、縱向偏差。

⑴調(diào)整橫向偏差。利用橫向糾偏裝置移動(dòng)鋼梁，調(diào)整合龍口橫向偏差。

⑵調(diào)整豎向偏差及轉(zhuǎn)角。利用豎向起頂裝置，對(duì)主墩鋼梁進(jìn)行頂梁，調(diào)整合龍口縱向偏差及轉(zhuǎn)角。通過(guò)計(jì)算得出，在679#墩起梁299.2mm，鶴山側(cè)合龍口下弦dz=308.6mm；在680#墩起梁256.2mm，南沙港側(cè)合龍口下弦dz=257mm，可消除合龍口的豎向偏差及轉(zhuǎn)角。下弦△z=51.6mm，利用南沙港側(cè)梁整體起梁來(lái)消除。

（3）調(diào)整縱向偏差。利用縱向糾偏裝置或合龍口頂拉裝置，調(diào)整合龍口的縱向偏差。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將鶴山側(cè)鋼梁縱移13.4mm，將南沙港側(cè)鋼梁縱移11.7mm（縱移值根據(jù)實(shí)測(cè)值進(jìn)行調(diào)整），再結(jié)合龍口頂拉裝置進(jìn)行微調(diào)，消除合龍口的縱向偏差。

3.4 合龍步驟

⑴懸臂拼裝后的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及分析。（見(jiàn)表3）

⑵合龍桿件如圖4 所示。合龍前，保持678#、681#邊墩墩頂鋼梁不動(dòng)，通過(guò)利用千斤頂調(diào)整679#、680#主墩墩頂高差來(lái)滿足合龍撓度要求（圖5、圖6）。

⑶合龍前詳細(xì)測(cè)量?jī)蓚?cè)鋼梁的縱橫豎偏移及轉(zhuǎn)角和溫差、日照影響，根據(jù)測(cè)量資料認(rèn)真分析研究調(diào)整方法與步驟。

⑷利用679#(680#)墩墩頂?shù)娜蚯Ы镯敚日{(diào)整合龍口的橫向位移，用倒鏈在合龍點(diǎn)橫向?qū)炌ㄖ麒熘芯€；利用679#墩墩頂千斤頂消除鶴山側(cè)鋼桁梁豎向偏差及偏角，利用680#墩墩頂千斤頂及681#墩墩頂豎向千斤頂消除南沙港側(cè)鋼桁梁豎向偏差、偏角及與鶴山側(cè)鋼桁梁豎向差值；利用679#(680#)墩墩頂?shù)那Ы镯攲摿赫w向合龍點(diǎn)縱移。將各主梁支點(diǎn)調(diào)整至設(shè)計(jì)狀態(tài)，進(jìn)行下弦桿合龍。鋼桁梁合龍?jiān)诮Y(jié)構(gòu)上采用長(zhǎng)圓孔加圓孔合龍鉸的措施。

表3 鋼梁安裝監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

圖5 1000T 三向千斤頂

圖6 液壓系統(tǒng)

⑸利用千斤頂在上弦節(jié)點(diǎn)施加張力，使得上弦節(jié)點(diǎn)栓孔對(duì)應(yīng)，安裝上弦合龍節(jié)點(diǎn)，最后合龍腹桿，接著再安裝上、下平聯(lián)。

⑹合龍后，起頂678#、681#墩鋼梁，并將臨時(shí)支座更換為正式支座；679#、680# 墩頂鋼梁起頂抽出鋼墊板，之后落頂使鋼梁和正式支座連接。

4 結(jié)語(yǔ)

西江特大橋跨雞鴉水道公鐵兩用鋼桁梁采用橋面吊機(jī)及全回旋浮吊等設(shè)備配合下，選取合適的架設(shè)方案及合龍方案，利用監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)修正，已于2018 年11 月架設(shè)完工，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。