復雜環境下的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術

邵倚旻

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

近年來，隨著城市交通流量的不斷增加，現有城市高架道路建設發展不斷提速，新建城市高架橋梁與既有高架橋梁互通連接的情況較為普遍。在城市建成區復雜構筑物環境條件下實施新建城市高架橋梁的施工，建設條件更為苛刻、技術難度更為復雜。

在這種復雜條件下，橋梁上部結構采用鋼結構箱梁是一種常用的手段[1-5]，相比混凝土結構具有分段靈活、質量輕、安裝方便等特點。

在城市建成區域實施大型鋼箱梁的安裝，受到周圍環境限制，經常需要對鋼箱梁進行分段安裝，并采用起重機械上橋吊裝的方法。本文以上海中環線滬閔高架路立交西向南匝道新建工程為例，闡述復雜環境下的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術。

針對復雜環境下的鋼箱梁上橋安裝，根據起重機作用點位置和支腿反力，對橋梁承載能力進行驗算，驗證節段梁分段的合理性，并據此科學地進行鋼箱梁節段劃分，確保了老橋橋梁結構安全，同時也順利實施了吊裝方案，為后續工程在復雜條件下的鋼箱梁節段梁分段和吊裝方案合理性驗證提供參考。

1 工程概況

上海中環線滬閔高架路立交西向南匝道（WS轉向匝道），是連接滬閔高架和中環線的一條空中對接匝道，西起滬閔高架東側蓮花路上匝道合流點下游處，轉向中環路外圈后止于上中路下匝道起點處，橫跨軌交1號線和滬杭鐵路，長度1 008.5 m，共25跨，如圖1所示。

圖1 工程地理位置示意

工程周邊環境復雜，在整個立交區域需同時跨越地鐵一號線、滬杭鐵路、虹梅路跨線橋、人行地道等重要設施（圖2），特別是跨越地鐵一號線及滬杭鐵路區域，鋼結構箱梁的吊裝難度非常大。

圖2 工程周邊復雜環境示意

2 復雜環境下的鋼箱梁上橋吊裝技術

2.1 上橋吊裝環境概況

背景工程鋼箱梁投影面區域周圍環境復雜，上跨地鐵地面區間、滬杭鐵路，且新建橋梁投影面位于虹梅路跨線橋中央分隔帶位置（圖3），起重機吊裝作業禁區多，位于虹梅路跨線橋區域的鋼箱梁節段梁吊裝均需采用起重機上橋作業。鋼箱梁的合理分段受橋梁承載能力的限制，將直接影響吊裝作業的可行性和安全性。

圖3 新建橋梁橋位平面示意

2.2 鋼箱梁分段原則

2.2.1 需考慮滿足大件運輸條件

鋼箱梁寬度≤7.5 m時，其橫向不予分段，順橋方向分段長度原則上不超過35 m。鋼箱梁寬度＞7.5 m（弧形段為外接矩形寬度）時，其墩橫梁為單獨分段，縱箱梁橫橋向一分為二，長度原則上不超過25 m。鋼縱梁橫向分段須考慮分段后構架的剛性和強度，其一側開口處需在出廠前加設支撐進行臨時加固。

根據吊裝順序，本工程縱橫梁典型分段及接頭形式如下：

1）鋼箱梁寬度＞7.5 m的橫向分段（梁寬≤7.5 m時橫橋方向不作分段）如圖4所示。

2）縱梁與橫梁對接以及縱梁與縱梁對接的接頭形式如圖5所示。

3）變截面連續梁中橫梁位置接頭形式如圖6所示。

2.2.2 需考慮起重機上橋吊裝作業時的橋梁承載能力

圖5 鋼箱梁對接拼裝示意

圖6 鋼箱梁對接拼裝示意

工程地處城市建成區域，周邊環境復雜，起重機吊裝施工作業禁區多，其中鋼箱梁投影面位于虹梅路跨線橋上的區域，吊機只能停放在跨線橋上進行起重吊裝作業。工程施工期間，虹梅路跨線橋交通需維持正常通行。為確保起重機上橋作業吊裝的安全可靠，根據各吊裝工況條件下起重機支腿反力和作用點位置，對跨線橋的橋梁承載能力進行驗算，以驗證鋼箱梁分段的合理性。

2.3 鋼箱梁安裝時的臨時支撐鋼架設置

為了配合鋼箱梁分段的安裝，需要設置臨時鋼支撐架系統，設置原則如下：

1）能夠直接坐落在地面以及在跨線橋上能坐落在墩柱蓋梁部位的，均采用市政鋼橋架設專用的井字形鋼支架。

2）鑒于跨越地鐵一號線和滬杭鐵路的為弧形轉向段，為減少對跨線橋上的交通影響，采用門式鋼架形式，其一肢鋼支架直接坐落于地面，另一肢鋼支架坐落在跨線橋的中央隔離帶部位，上部橫梁采用鋼桁架形式。

3）在跨線橋非墩柱蓋梁部位設置的鋼支架，其底部增設1根順橋方向的鋼結構地梁，地梁兩頭擱置在該跨兩端的墩柱蓋梁位置，以使鋼支架載荷后的重力不直接轉遞至橋面。

4）鋼架系統支架或者桁架規格的選用，均須經過計算確定。

以本工程12#～13#墩之間的臨時鋼支撐為例，其布置形式如圖7、圖8所示。

2.4 起重機支腿反力和作用點驗算

在起重機上橋吊裝作業期間，虹梅路跨線橋在起重機吊裝作業下橋梁承載能力應滿足設計要求，吊裝施工不對虹梅路跨線橋造成破壞性影響。為此采用專業軟件，計算各吊裝工況下的吊機支腿反力，同時結合吊裝工況圖和設計院提供的工程總平面圖，確定吊機支腿和梁車作用點位置，將各吊裝工況條件下作用力和作用點位置，進行吊裝工況下虹梅路跨線橋橋梁承載能力驗算，根據驗算結論確定鋼箱梁分段和吊裝工況的合理性。

圖7 12#～13#墩臨時鋼支撐系統示意

圖8 12#～13#墩跨中門式鋼架支撐示意

為分擔吊機支腿反力，所有上橋作業工況下的吊機支腿位置均鋪設寬4 m路基箱，分攤吊機支腿荷載，并在路基箱與橋面接觸部位鋪設麻袋，保證路基箱與橋面接觸，防止產生集中應力。

在具體的實施過程中，首先需要根據鋼箱梁的分段情況、質量、周邊環境、所采用的吊機型號及起重能力，繪制各分段的吊裝工況圖。以背景工程K13孔K13f節段鋼箱梁為例（圖9），對起重機上虹梅路跨線橋吊裝合理性進行分析計算。鋼箱梁節段質量為88 t，采用2臺200 t汽車吊雙機抬吊進行吊裝施工，起重機、梁車均停放在虹梅路跨線橋上方。吊機支腿下方虹梅路跨線橋的橋跨結構為預應力混凝土簡支T梁，跨度35 m。

然后根據上述工況條件，確定相應計算參數，主要包括起重量、起重臂水平位置、起重臂長、起重高度及工作半徑等，采用專業軟件對吊裝工況進行模擬分析，計算出每臺起重機的支腿反力。

計算出吊機支腿反力后，還需要確定吊機支腿作用點與既有橋梁的位置關系，如圖10所示。根據吊機支腿作用位置確定既有橋梁受力驗算的范圍及參數，進一步復核吊裝工況的合理性。

圖9 K13f節段鋼箱梁吊裝工況平面示意

圖10 K13f節段鋼箱梁吊機支腿作用位置示意

最后進行既有橋梁結構的受力驗算。本工程既有虹梅路跨線橋采用“T”梁結構承重，根據之前的支腿反力計算得到前支腿最大壓力650 kN，后支腿最大壓力830 kN。荷載通過路基箱分擔在2根T梁之上。路基箱按長4 m，垂直T梁長度方向計算。T梁驗算時取2臺吊車三支腿在同一根梁上的最不利工況進行驗算，得出T梁彎矩值計算結果，并與T梁彎矩抗力限值進行對比，如圖11所示。

圖11 T梁彎矩計算模型及驗算結果示意

由圖11（臺階圖為設計限值范圍，陰影圖為實際工況下的計算彎矩）可知，T梁彎矩滿足設計要求。由此可判斷，該節段梁吊裝工況合理、分段情況合理。否則就需要重新對吊裝工況進行調整，重新計算直至滿足既有橋梁的承載能力要求。

本工程在實施鋼箱梁分段和制定吊裝方案時，均以此技術措施驗證虹梅路跨線橋區域吊裝工況的合理性，對鋼箱梁分段進行控制。在實施過程中，嚴格按照驗算吊裝工況精心組織施工。在虹梅路跨線橋區段，在地鐵地面區間和鐵路上方跨線橋橋面組織大噸位鋼箱梁起重吊裝施工，確保了虹梅路跨線橋結構安全，也確保了跨線橋下方地鐵和鐵路的通行安全。

在該區域組織吊裝施工過程中，還委托第三方監測單位，對吊裝過程中虹梅路跨線橋的變形情況進行實時自動化監測。監測數據反映，虹梅路跨線橋的應力應變值均在設計要求范圍內，鋼箱梁節段梁分段控制技術的實施得到有效驗證。

3 結語

隨著近年來城市建設的不斷發展，在城市建成區復雜構筑物環境條件下實施新建城市高架橋梁的施工，周邊環境更為苛刻、技術難度更加大。當需要進行起重機械上橋作業時，鋼箱梁的吊裝直接受到橋梁承載能力的限制，通過合理的鋼箱梁分段控制，有利于優化鋼箱梁節段臨時支承點和節段接縫設置，減少施工對城市建成區交通通行的影響。通過吊裝工況模擬和計算分析，能有效驗證起重工況下的橋梁承載能力，從而驗證箱梁分段的可行性和吊裝作業的安全性。工程施工中所提煉的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術，對于后續在城市建成區復雜構筑物環境條件下的大噸位鋼箱梁起重吊裝施工有著顯著的借鑒價值和推廣意義。