大跨度城市景觀橋鋼箱梁滾動拖拉技術

程茂欣

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京市101100）

0 引 言

目前拖拉法技術主要應用于中小跨度橋梁施工中，它通常采用鋼索配合卷揚機和滑輪機組在滑道上拖拉至指定位置落梁[1]。對于大跨徑、超寬幅結構形式的復雜橋梁，由于拖拉質量大、墩頂反力大，拖拉時主體結構和臨時結構受力復雜，常規拖拉工藝和設備將難以適用，需對拖拉工藝、設備、技術進行研究并改進。本文以深圳市夢海前灣河橋為背景，對大跨度拱梁組合體系鋼橋實施滾動拖拉的施工工藝進行了總結。

1 工程概況

深圳市夢海前灣河橋為單跨簡支拱梁組合體系鋼橋，跨越前灣河水廊道，全長161.22 m，計算跨徑155.5 m，橋寬46.5 m。夢海前灣河橋橋梁效果圖見圖1。

圖1 夢海前灣河橋橋梁效果圖

橋梁上部結構由主箱梁、主拱、鋼架、橫向聯系桿件及吊桿錨固體系組成。主拱結構采用三維空間曲線造型，由3 道獨立的單箱通過橫向聯系桿件連接成空間剛架拱，橫斷面成三角形結構。主梁采用封閉的正交異形板鋼箱梁，為單箱多室截面，中心處梁高2.3 m，橫斷面上共設8 道腹板（縱隔板），箱梁車行道部分橋面板采用2%的橫坡。鋼箱梁構造圖見圖2。

圖2 鋼箱梁構造圖

2 安裝方案比選

參考同類橋梁施工經驗，可采用龍門吊、汽車吊、主梁頂推或滾動拖拉+ 主拱汽車吊安裝4 種方案。綜合考慮橋梁結構特點、安裝順序、橋位兩側預留規劃地鐵線路、新建河道通水節點及吊裝設備等因素，結合現場實際情況，擬采用主梁頂推或滾動拖拉+ 主拱汽車吊安裝方案。

2.1 主梁頂推方案

在0# 橋臺岸堤側搭設50 m 長拼裝平臺，并搭設通長滑移軌道，在拼裝平臺上依次逐段拼裝鋼箱梁并向前頂推，前119 m 頂推到位后，在拼裝平臺上安裝剩余鋼箱梁。施工流程為：搭設拼裝平臺→安裝滑移系統→鋼梁在拼裝平臺上拼裝→履帶吊將拼裝的梁段吊到拼裝平臺預定位置→對各梁段進行線形調整后焊接→安裝頂推設備、在滑移平臺上將鋼梁頂推至設計橋位[2]。

2.2 主梁滾動拖拉方案

施工流程：支架平臺搭設→拖拉軌道安裝→汽車吊將分塊鋼梁吊放至拼裝平臺→鋼梁分塊位置調整、拼裝鋼梁橫向節段并焊接→利用卷揚機和運梁軌道小車將梁體從拼裝平臺拖拉至組裝平臺按照1+1 模式匹配→通過卷揚機和運梁軌道小車拖拉至設計橋位。

2.3 方案比選

2.3.1 技術方面

（1）施工同步性比選：長距離頂推超寬幅、大噸位鋼箱梁施工技術難度大，對頂推設備性能要求很高，頂推施工過程很難確保同步性，施工質量及進度受影響；滾動拖拉施工同步性可控。

（2）線形控制比選：為確保設計豎曲線要求，需在頂推過程中多次調整標高，施工過程不連續，工序繁瑣，線形控制難度大；滾動拖拉可通過在臨時支架頂部預先設置好的調位裝置和臨時支撐，直接將梁段落放到位，然后進行微調，操作方便靈活，線形可控。

2.3.2 經濟方面

頂推和滾動拖拉方案經濟對比分析見表1。

表1 方案經濟對比分析表

2.3.3 方案確定

通過上述綜合分析、比較，鋼箱梁采用滾動拖拉安裝方案技術可行、經濟合理。

3 滾動拖拉法施工關鍵技術

3.1 梁段劃分

根據運輸的限界條件、起吊能力及施工場地周邊環境等因素，鋼箱梁采用縱向分段、橫向分塊方式在制造單位加工制作[3]。具體劃分方式為：鋼箱梁縱向共分為13 個節段、橫向共分為17 塊，其中兩端為拱梁結合段，長度為7.1 m，其余為跨中節段，長度分別為10.363 m、10.575 m 和14.1 m，各節段質量為220～320 t。鋼箱梁縱橫向節段劃分見圖3、圖4。

圖3 鋼箱梁縱向節段分段圖（單位：mm）

圖4 鋼箱梁橫向節段分段圖（單位：mm）

3.2 支撐體系設計及施工

支撐體系由樁基礎、樁帽（系梁）、鋼管立柱、立柱間聯系梁、承重主梁等組成。主要用于鋼箱梁拼裝平臺、實施滾動拖拉和承受主拱胎架及吊裝鋼拱之用。因此支撐體系在設計時，需綜合考慮各施工階段的受力工況，既要考慮其能承受拖拉時的最大豎向荷載和最大水平力，也要考慮滿足鋼箱梁滾動拖拉以“凸”形豎曲線軌跡前進的要求，同時還要考慮頂梁千斤頂安放位置及焊接作業平臺等因素。

3.2.1 樁基礎

河床以下樁基礎采用預應力管樁和系梁基礎相結合的方式，采用PHC600 AB 110 管樁。考慮到樁頂反力動態變化，為避免不均勻沉降，樁端持力層需進入全風化巖層，設計樁長為38 m，采用靜壓法施工，單樁最大承載力特征值200 t，壓樁力400 t，終壓控制標準應結合試樁情況、樁端進入持力層情況綜合確定，以終壓力控制為主，樁底標高控制為輔，基礎混凝土施工時預埋鋼板和地腳螺栓孔。3.2.2 樁帽、系梁基礎

樁帽結構尺寸為1 000 mm×1 000 mm×600 mm，縱橫向系梁基礎截面尺寸為1 000 mm×600 mm。位于前灣河河道內的樁帽及系梁基礎頂按河床底標高進行控制，樁帽、系梁基礎混凝土強度為C30。系梁基礎平面布置圖見圖5，樁帽構造圖見圖6。

3.2.3 鋼管立柱、橫向分配梁

采用A609×10 mm 螺紋鋼管作為鋼管立柱，立柱高度隨兩岸及河槽地勢漸變，長度根據鋼管和樁帽頂標高現場配切，在2.5～6 m 之間。安裝前預先焊接好封端鋼板，鋼管立柱與樁帽預埋鋼板焊接，由于鋼管立柱間距大，為增強支撐體系的整體穩定性，采用A273×8 mm 和A152×6 mm 鋼管作為鋼管立柱間縱橫向連系梁，連系梁端口采用相貫線切割機加工成型，鋼管立柱上封板頂部設置2I40a 橫向分配梁。拖拉系統平面布置圖見圖7，中軸線處縱斷面圖見圖8，河道處橫斷面圖見圖9。

3.3 鋼箱梁滾動拖拉施工

3.3.1 主要設施及布置

圖5 系梁基礎平面布置圖（單位：mm）

圖6 樁帽構造圖（單位：mm）

圖7 拖拉系統平面布置圖（單位：mm）

圖8 中軸線處縱斷面圖（單位：mm）

圖9 河道處橫斷面圖（單位：mm）

鋼箱梁主要在搭建的臨時支架平臺上進行安裝，包括鋼箱梁塊段拼裝平臺、220 t 汽車吊、滾動拖拉系統，滾動拖拉系統包括運梁軌道小車、牽引系統及拖拉軌道縱梁。

3.3.2 拖拉牽引設備選型

主要設備包括：4 臺3 t 卷揚機、6 臺60 t 運梁軌道小車。

（1）運梁軌道小車。根據鋼箱梁作用于運梁軌道小車的支點反力，結合企業現有設備，選用60 t 運梁軌道小車作為滾動拖拉設備。60 t 軌道小車由行輪總成、臺車構架、心盤以及磨耗板組成，每個節段的鋼箱梁下設置6 臺軌道小車，分布在節段梁前后的軌道縱梁上。運梁軌道小車構造示意圖見圖10。

圖10 運梁軌道小車構造示意圖（單位：mm）

（2）牽引系統。取載重軌道小車在鋼軌上的最大摩擦系數0.006 5，最大節段質量取350 t，小車在0.625%的上坡段拖拉，考慮鋼箱梁自重產生的分力、正壓力，計算得到牽引力必須大于4.461 t，因此在鋼箱梁拖拉軌道縱梁兩端各設置2 臺額定牽引力3 t 的卷揚機，通過托架連為一體。

（3）軌道縱梁。分配梁頂部設置有3 組（每組2個雙拼63 工字鋼軌道縱梁）及4 組三拼63 工字鋼起頂縱梁（用作箱梁起頂調整）。工字鋼腹板內外每750 mm 設置1 道厚16 mm 腹板加勁，加勁位置的工字鋼頂、底板設置有360 mm×200 mm×20 mm的連接板。為保證每組軌道縱梁結構豎向穩定性，在每組雙拼軌道縱梁間間隔4 m 設置1 道槽鋼連接系，軌道縱梁連接板頂面鋪設重型43 型鋼軌。軌道縱梁構造示意圖見圖11。

圖11 軌道縱梁構造示意圖（單位：mm）

3.3.3 滾動拖拉施工

鋼箱梁塊段通過220 t 汽車吊吊放至拼裝平臺上，為保證鋼箱梁拖拉到位后的精度，在塊段焊接前將其橫橋向調整為設計線形，塊段組拼由中間向兩端對稱進行。經測量確定節段軸線與橋梁設計軸線一致后，方可進行縱向焊縫的焊接。分段焊縫經檢測合格后，利用1# 橋臺位置卷揚機配合將6 臺軌道小車拖拉至鋼箱梁梁底位置，將8 臺50 t 千斤頂放在4 組三拼63 工字鋼上，縱向布置在箱梁隔板處，通過液壓泵站并聯同時工作將1 個節段梁頂起，然后緩慢卸載千斤頂，使梁段平穩落在軌道小車上。小車頂面放置調節塊和橡膠防滑墊板，梁段通過軌道小車運至組裝平臺與相鄰節段匹配。

節段3～12 采用滾動拖拉方法施工，節段1、節段2 和節段13 采用原位吊裝。每節段鋼箱梁拖拉至設計橋位后精確定位、焊接相鄰節段間環縫。主要施工步驟如下：分塊梁段拼裝平臺組裝→相鄰梁段組裝平臺匹配→梁段焊縫檢測→梁段滾動拖拉→梁段精調、落位→主梁合攏。

3.3.4 精確定位

鋼箱梁拖拉至設計橋位后，進行起頂和縱橫向精確調整，使其與前一段鋼箱梁準確對接。布置4 臺千斤頂在三拼63 工字鋼縱梁上，其中兩側布置2 臺80 t 三向千斤頂，中間布置2 臺80 t 豎向千斤頂。千斤頂布置圖見圖12。

圖12 千斤頂布置圖

節段梁拖拉至設計橋位后，測量其位置偏差，之后采用三向調位裝置進行位置調整。在縱向三拼63工字鋼縱梁上鋪設1 層石棉網，上面安裝三向調位裝置，調位裝置內放置1 臺80 t 豎向千斤頂，千斤頂與鋼箱梁底板之間設置鋼板、橡膠板。根據鋼箱梁的偏位方向，開動相應的水平千斤頂，調位裝置在水平力作用下與鋼箱梁一起移動，直至鋼箱梁位置滿足設計要求。調位時，縱橫向不能同時進行，應按先后順序作業。

3.3.5 落梁

精準對位完成后，80 t 千斤頂落頂，節段梁落在分配梁上的8 個臨時支撐上，將運梁軌道小車抽出用于下一個輪次鋼箱梁拖拉。臨時支撐采用A609×10 mm 鋼管，橫橋向在橫隔板下方對稱布置4 個，順橋向按間距4.7 m 布置。鋼箱梁節段安裝前實測鋼管立柱安裝位置支架的頂標高，根據實測數據及鋼箱梁底設計安裝標高計算出鋼管支撐架的下料高度。鋼管頂采用80 mm×80 mm×20 mm 的鋼板封頂，施工時需在鋼板上放1 塊厚5 cm 的橡膠，防止鋼箱梁底局部變形。落梁完成后焊接相鄰節段間環縫。

按照上述施工方法完成其他節段鋼箱梁的拖拉架設施工。

4 施工控制要點

（1）鋼箱梁拖拉施工前全面檢查牽引系統，并進行試車，確保供電、通信設備正常，對鋼絲繩實施預緊，操作、指揮及監測人員到位。

（2）通過建立有限元模型，掌握施工全過程結構內力、應力、線形的變化規律，預判施工中可能存在的風險和問題，以此指導實際施工。

（3）在軌道縱梁上做好標尺，拖拉時以標尺為參照物，觀察鋼箱梁移動是否同步。軌道梁上坡段間隔30 cm、下坡段間隔20 cm 畫上刻度，相鄰節段畫出3 m 控制線，確保2 梁段預留間距，梁段兩側設置超聲波位移傳感器實時監控鋼梁行進速度。

（4）施工前應對橋墩縱橫軸線、高程及支座的安裝質量進行檢查驗收，合格后方可進行安裝。支撐體系臨時墩設置沉降觀測點，測量并記錄初始值。拖拉過程中主要對承重主梁撓度、中箱梁橫向位移、應力集中點的應力、各臨時墩豎（縱）向位移和牽引力大小實施監測。

（5）拖拉過程應做到卷揚機同步制動，牽引速度應小于1 m/min，也可采用手動導鏈短距離制動，發現滾動拖拉過程有異常，采用限位墊塊隨時制動。

（6）拼裝平臺支墩按箱梁底相對標高設置，在拼裝處精確放出橋梁中線及邊線，以此來控制橋面寬度及中線位置[4]。

（7）在鋼箱梁安裝過程中，通過監測調整好每段鋼箱梁的線形，確保鋼箱梁整體連接后的線形符合設計要求。

5 結 語

深圳市前海合作區夢海前灣河橋鋼箱梁采用滾動拖拉施工方法，成功解決了超寬幅、大跨度城市景觀橋安裝精度要求高、焊縫質量控制難度大的問題，可實現6 d 完成1 個節段的安裝，且拖拉到位后，軸線和高程誤差不大于10 mm，焊縫檢測及成橋線形均滿足《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》（CJJ 2—2008）要求。滾動拖拉法在該橋的成功應用，為類似橋梁施工提供了參考。