大跨度鋼桁斜拉橋鋼梁架設施工技術

丁仕洪

(中鐵四局集團鋼結構建筑有限公司，安徽 合肥 230031)

0 引 言

我國高速鐵路網建設迅猛，極大地提高了人民的出行效率和舒適性。高速鐵路跨越河流、公路等通常采用橋梁結構，而鋼桁梁橋具有剛度大、承載能力高、跨越能力強、結構美觀等特點，成了首選橋型。鋼桁梁橋常用的架設方法有：支架法[1，2]、頂推法[3]、懸拼法、浮運法[4]等，懸拼法作為鋼桁梁橋建造的主要方法之一，不受橋址水文條件、通航、墩高等限制，特別適合于跨越大江大河的鋼桁梁橋架設施工。我國已建成的鐵路鋼桁梁橋中，滬通鐵路滬通長江大橋[5]、京福高鐵銅陵長江公鐵大橋[6]、寧安城際安慶長江鐵路大橋[7]、貴廣高鐵北江特大橋[8]等均采用了懸拼法施工。大跨度鋼桁梁斜拉橋一般均采用雙向對稱懸臂架設的方法，從主墩往邊墩架設、跨中合龍。對于特殊的地理氣候環境、工期要求等，鋼桁梁橋架設時可能會綜合兩種架設法方法，例如支架法+懸拼法、頂推法+懸拼法等。本文針對臺風地區大跨鋼桁斜拉橋施工特點，介紹鋼梁架設采用支架法+懸拼法的綜合施工工藝，確保臺風過境鋼梁架設安全。

1 工程概況

徐鹽鐵路連接江蘇省徐州市與鹽城市，是設計時速250 km/h的高速鐵路。鹽城特大橋是徐鹽鐵路的重點控制性工程，橋址位于鹽城市亭湖區新洋港與通榆河交匯處，主橋為5跨連續鋼桁梁斜拉橋[9]，塔梁分離，半漂浮體系。橋跨布置為(72+96+312+96+72)m，長650 m，總用鋼量約1.2萬t。兩片主桁，桁架為三角形桁架，共54節間，主桁間距15 m，節間距12 m，桁架高14 m。斜拉索為環氧涂層鋼絲，斜拉索面與主桁同一平面，橋塔錨固采用預埋錨座，索梁錨固采用錨拉板。在邊墩設置2個節間壓重區，每個節間壓重300 t鐵砂混凝土；輔助墩設置4個節間壓重區，每個節間壓重250 t鐵砂混凝土。橋梁總體布置見圖1。

圖1 鋼桁斜拉橋總體布置(單位：m)

2 總體施工方案

鹽城臨近海域，施工期間橋梁架設將受臺風影響，常規鋼桁梁雙向懸拼施工橋梁抗風穩定性差，同時，主塔的施工周期長，鹽城特大橋作為徐鹽鐵路的重點控制性工程，工期直接影響鐵路開通運營時間，綜合考慮最終采用邊跨、次跨支架法+主跨單向懸拼的施工方案。

根據現場條件，在主橋大、小里程側各布置一個鋼梁拼裝場，在1029#、1034#兩邊墩處各設置一個桿件提升站，用于桿件的垂直提升(由于1029#側橋位距新長鐵路營業線較近，屬于鄰近營業線施工，為確保列車行車安全，使用1臺履帶吊作為鋼梁桿件提升設備；1034#側橋位遠離新長鐵路營業線，使用1臺100 t龍門吊作為鋼梁提升設備)。

鋼梁架設分別從1029#、1034#兩邊墩開始，依次架設邊跨、次跨、主跨，直至主跨跨中合龍。邊跨和次跨采用支架法架設，主跨采用懸拼法架設。邊跨和次跨架設時，在邊墩和主塔之間安裝承重支架。利用起吊設備(履帶吊/龍門吊)在承重支架上完成前三個節間鋼梁的安裝，形成穩定單元后安裝WD 70型全回轉架梁吊機，橋面上運梁平車將桿件運送至架梁吊機下方，架梁吊機從運梁平車上提升桿件，架設鋼梁。懸臂架設時，每架設完成一個節間同步對稱安裝主塔兩側的斜拉索，直至全橋合龍；合龍后，架梁吊機退回邊墩位置進行拆除，完成主橋鋼梁架設。鋼梁架設施工總體布置如圖2所示。

圖2 鋼梁架設施工總體布置

3 鋼梁架設施工關鍵技術

3.1 邊跨鋼梁支架法架設施工技術

在南北兩岸的邊跨、次跨內安裝承重支架，支架基礎為采用φ1.2 m鉆孔灌注樁，支架立柱采用φ1 000×20 mm的鋼管，鋼立柱橫向與縱向之間均設置管桁架連接系，鋼管材質均為Q345B。每組承重支架立柱均位于鋼梁下弦節點處，橫向間距為15 m，縱向間距為12 m。鋼梁與立柱之間布置抄墊塊，用以調整鋼梁標高。

利用邊跨處提升站(履帶吊或100 t龍門吊)，安裝前3個節間(E0-E4)鋼梁，為方便后期桿件提升，第一節間(E0-E1)僅安裝下弦桿和橋面板。前3個節間安裝完成后，在上弦桿上安裝WD 70型全回轉架梁吊機，在橋面鋪設軌道并安裝運梁平車。架梁吊機安裝完成后，利用架梁吊機從橋面運梁平車提取桿件，架設后續鋼梁，直至主塔位置，鋼梁安裝同步完成輔助墩支座預裝和墩頂布置。每架設1個節間鋼梁，對橋中線、標高、節間平面對角線差及桿件應力等進行測量，若有偏差，及時進行調整。鋼梁在承重支架上安裝順序為：下弦桿、橋面板、斜腹桿、上弦桿、橫聯、上平聯。

橋面板單元采用兩種安裝方式，其中壓重區和主塔橫梁上方橋面板采用橋位散拼法拼裝，其余橋面板在專用胎架上拼裝成整體單元后安裝。胎架拼裝時整體單元采用“1+1”模式的正裝法進行組拼，即預留前一輪次組裝好的1塊橋面段作為下輪次組裝的匹配段，新組裝的橋面段以匹配的為參照進行組拼，并依次進行下去，直至橋面板全部完成。

3.2 中跨鋼梁懸拼法架設施工技術

鋼梁安裝至主塔區域，即進入中跨鋼梁架設，在安裝主塔區域鋼梁前，需進行主塔橫梁上方支座的安裝。首先對主塔橫梁墊石進行鑿毛，預裝主塔支座，按墩頂布置要求，完成墩頂糾偏裝置的布置。利用架梁吊機完成主塔處兩個節間鋼梁(E13-E15)的安裝，采用坐標法精確校正鋼梁的橫向、縱向、豎向偏差，使已架鋼梁的中心線、支座處標高以及支座的中心位置符合設計要求。采用壓力注漿在支座不解鎖的狀態下，對支座下座板和主塔支座墊石梁進行錨固，并對支座上座板鋼桁梁進行栓接；利用阻尼器安裝鉸座安裝縱向限位拉桿；在鋼梁牛腿與主塔下塔柱之間安裝橫向擋塊，完成塔梁的臨時固結。

主塔處兩個節間鋼梁安裝完成后，架梁吊機移位通過主塔，利用架梁吊機從橋面提取桿件，采用單向懸臂架設的方法，鋼梁懸臂架設時的安裝順序為下弦桿、斜腹桿、上弦桿、橋面板、橫聯、上平聯。鋼梁每完成一個節間的架設后，對稱安裝斜拉索，并對拉索進行初張拉，待測量監控采集數據，評估鋼梁結構安全可靠后，移位架梁吊機繼續下一節間鋼梁架設，直至鋼梁合龍。中跨鋼梁懸拼法架設施工示意如圖3所示。

圖3 鋼梁懸拼法架設示意圖

3.3 鋼梁合龍施工技術

鹽城特大橋地處沿海地區且跨越新洋港河航道，河面寬度約250 m，航道通航船只繁多，河口風速大，合龍具有跨度大、懸臂長、溫度高等特點，實現大跨度雙線鐵路斜拉橋單向懸拼跨中快速精確合龍的技術難度較大。

3.3.1 鋼梁合龍條件

由于本橋結構設計為半漂浮體系五跨連續鋼桁斜拉橋，在合龍施工前，采取僅將徐州側塔梁臨時固結釋放，鹽城側不釋放的措施，研究合龍需要控制的基本條件。在安裝荷載和自重的作用下，徐州側(左側)梁截面a-b有轉角φ1，鹽城側(右側)梁端面c-d有轉角φ2，b、d兩點均有垂直撓度和水平位移，要實現跨中無應力狀態下強制合龍須滿足四個基本條件(參數含義如圖4所示)：①轉角的影響：φ1=φ2=0；② b、d兩點不同的撓度、高差的影響：Zb=Zd；③ b、d兩點順橋向水平位移、里程不一致的影響：ΔXb=ΔXd；④左右兩段鋼梁平面中線不在一條直線上的影響：Yb=Yd。

圖4 合龍口偏差示意圖

3.3.2 合龍敏感性分析

針對本橋合龍特點，建立全橋有限元分析模型(圖5)，開展合龍口敏感性研究[10,11]。結合合龍方案中可采用的合龍調整措施，分析影響合龍口處三個方向的敏感因素如下：

圖5 主橋合龍敏感性分析模型

(1)X方向(橋跨方向)：塔梁縱移、合龍口頂拉、溫度變化。

(2)Y方向(橫橋方向)：上下游對拉。

(3)Z方向(豎向方向)：局部拉索調整、跨中配重。

通過理論分析，在徐州側塔梁約束釋放的條件下，塔梁縱移、合龍口頂拉對合龍口沿橋跨方向X位移影響較大，調整拉索及跨中配重對合龍口沿豎向Z位移影響較大，上下游對拉對合龍沿橫橋方向Y位移影響較大，為合龍調整措施選擇提供了理論依據。

3.3.3 合龍施工工藝

根據合龍敏感性理論計算，結合對徐州側合龍口測量數據的分析，在安裝合龍桿件時需要考慮鋼梁縱移以滿足合龍桿件安裝。在徐州側1031#主塔處利用阻尼器預埋件和抗風裝置改造設計了縱移裝置，輔助北岸鋼梁整體縱移。結合前期對溫度及鋼梁合龍口的觀測，確定凌晨3∶00-6∶00(環境溫度25 ℃)進行下弦合龍段安裝；合龍前解除1031#塔梁固結，安裝主塔縱移裝置進行鋼梁縱移保證合龍桿件安裝，一端與懸臂端栓接，另外一端不連接。待上下弦合龍桿件、斜腹桿合龍桿件安裝后，此時合龍口形成。按照先上、下弦桿合龍，再進行斜腹桿的合龍順序，當主桁沖釘全部按50%打好后，開始進行高強度螺栓施擰工作，完成中跨合龍。

(1)橫向調整：通過2臺10 t導鏈將上弦上下游節點對拉，使其橫向偏差減小，輔助放松合龍口需要調整側的斜拉索進行調整。通過以上措施調整鋼梁軸線偏差，將合龍口橫向相對偏差減小至5 mm以內。

(2)豎向調整：通過調整合龍口斜拉索索力輔以懸臂端壓重(懸臂端壓重采用混凝土塊，壓重重量30 t)等措施，使合龍口豎向的相對偏差減小至5 mm以內。

(3)縱向調整：合龍桿件安裝好以后，等待選定的合龍溫度，輔助上下弦合龍口的頂拉設備(200 t液壓千斤頂及頂座、頂板等)，使縱向相對偏差值減少，直到4根弦桿均穿上圓孔合龍鉸為止，然后抽去合龍鉸軸，使合龍點處于鉸接狀態，按照規定進行高栓擰緊。

4 結束語

通過對徐鹽鐵路鹽城特大橋結構形式、地理氣候條件、現場條件的綜合分析，提出鋼桁斜拉橋采用邊跨、次跨支架法+中跨單向懸拼的施工方案。該橋于2017年5月1日開始鋼桁梁架設，2018年8月25日順利實現鋼桁梁跨中合龍。施工中從大型臨時支架布置、鋼梁支架高位拼裝、懸拼限位、跨中合龍等方面出發，充分考慮鋼桁斜拉橋的施工特點，理論分析結合施工監測，解決了大跨度高速鐵路鋼桁斜拉橋的單向懸拼架設施工難題。支架法+懸拼法綜合施工技術在鋼桁斜拉橋的成功應用，降低了臺風地區鋼桁梁橋架設風險，可為類似橋梁工程施工提供借鑒。