重慶軌道交通9號(hào)線嘉華橋鋼箱梁整體提升安裝技術(shù)

王 勇 陳金州 趙研華

1. 中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430074；

2. 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖北 武漢 430056

連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是梁體連續(xù)、梁墩固結(jié)，具有結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、動(dòng)力性能好、行車平順的優(yōu)點(diǎn)。其既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的優(yōu)點(diǎn)，又保持了T形剛構(gòu)不設(shè)支座、不需轉(zhuǎn)換體系的優(yōu)點(diǎn)，且有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度，能滿足大跨度的受力要求[1]。但是，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的跨徑以虎門大橋輔航道橋最大，達(dá)到了270 m[2]。

重慶石板坡長(zhǎng)江大橋采用連續(xù)剛構(gòu)與連續(xù)梁組合體系，除主跨跨中段采用鋼箱梁外，其余均為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效減少了橋梁梁體的自重問題，同時(shí)也有效減少了混凝土收縮和徐變帶來的下?lián)希瑔慰邕_(dá)330 m[3]。該類橋梁因大節(jié)段鋼箱梁自重大，整體提升一直受到重視，同時(shí)，大跨度橋梁受材料參數(shù)取值、溫度、測(cè)量影響，合龍口配切和安裝一直是技術(shù)難題。合龍口的配切和安裝一般采用嵌補(bǔ)段設(shè)計(jì)，在強(qiáng)構(gòu)件快速嵌補(bǔ)形成橋梁受力結(jié)構(gòu)后，嵌補(bǔ)箱梁板單元，但施工周期長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，外觀觀感不如工廠制造順暢。

重慶軌道交通9號(hào)線嘉華軌道專用橋?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)橋，252 m主跨跨中92 m采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁底采用豎曲線設(shè)計(jì)，鋼箱梁跨中高5 m，合龍口高7.5 m，大跨度橋梁計(jì)算參數(shù)取值、配切測(cè)量溫度場(chǎng)的影響等會(huì)帶來較大配切誤差，若配切精度不夠，配切后節(jié)段長(zhǎng)度不夠，仍需重新增加嵌補(bǔ)結(jié)構(gòu)。若采用嵌補(bǔ)段結(jié)構(gòu)，可降低配切誤差帶來的風(fēng)險(xiǎn)，嵌補(bǔ)段在現(xiàn)場(chǎng)施工會(huì)導(dǎo)致合龍施工周期長(zhǎng)，而且橋梁線形難以保證，不是最佳方案。因此，精確配切是同類橋梁要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。整體吊裝質(zhì)量1 030 t，江水流速高，江面風(fēng)力風(fēng)向不穩(wěn)定，江面長(zhǎng)期作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)非常大。大節(jié)段鋼箱梁快速提升安裝和快速形成整體結(jié)構(gòu)，是本橋施工要解決的關(guān)鍵問題。

1 工程概況

重慶軌道交通9號(hào)線嘉華軌道專用橋跨越嘉陵江，南接渝中區(qū)，北至江北區(qū)，橋跨布置為（28+39+48+138+252+110） m，主橋立面布置如圖1所示。主梁為變截面箱梁，由預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁和鋼箱梁組成，均采用單箱單室箱形斷面；墩頂梁高15.7 m，跨中梁高5 m；橋面寬12.5 m，梁底寬7.6 m，截面如圖2所示。主跨跨中92 m范圍內(nèi)采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，其中鋼箱梁兩端鋼-混凝土結(jié)合段各長(zhǎng)2.5 m，采用栓焊連接與鋼-混段連接，起吊段鋼箱梁總質(zhì)量為1 030 t，長(zhǎng)87 m，鋼箱梁跨中高由7.5 m變至5.0 m。

圖1 立面布置示意

圖2 鋼箱梁斷面布置示意

2 鋼箱梁施工

每年10月底三峽蓄水完成后至次年2月，嘉陵江水流流速較慢，為1.2 m/s左右，其余時(shí)間段流速高，最大流速可超過3.2 m/s，2月下旬至6月中旬為枯水期，水位無法進(jìn)行鋼箱梁運(yùn)輸。

若鋼箱梁采用常規(guī)的分段制造、分批運(yùn)輸、逐段吊裝和逐段現(xiàn)場(chǎng)焊接的施工方法，將會(huì)在流速急湍的蓄水期進(jìn)行吊裝等現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，無法保證吊裝作業(yè)安全。因此，重慶軌道交通9號(hào)線嘉華軌道專用橋鋼箱梁采用大節(jié)段整體提升合龍的技術(shù)方案。

2.1 鋼箱梁吊裝

2.1.1 橋面吊機(jī)及荷載試驗(yàn)

為了能夠準(zhǔn)確調(diào)整鋼箱梁起吊過程中的姿態(tài)，以及增加吊機(jī)持荷時(shí)間[4]，方便施工，研制了單個(gè)吊點(diǎn)既可獨(dú)立提升又能同步提升的橋面吊機(jī)，如圖3所示。每個(gè)懸臂端安裝2臺(tái)獨(dú)立吊機(jī)通過主吊架橫向連接組成橋面吊機(jī)，采用連續(xù)液壓千斤頂提升。每個(gè)提升油缸安裝1個(gè)行程傳感器測(cè)量油缸行程；每個(gè)提升油缸的上下工作油缸各安裝1個(gè)壓力傳感器監(jiān)測(cè)鋼絞線的錨固狀態(tài)；在每個(gè)提升油缸大腔側(cè)安裝1個(gè)壓力傳感器測(cè)量提升力的大小；將各種傳感器同各自的通信模塊連接，再連入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)整體聯(lián)調(diào)聯(lián)控，確保平穩(wěn)提升吊裝。

吊裝支架系統(tǒng)為提升的動(dòng)力點(diǎn)和著力點(diǎn)，必須具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提升能力和持荷能力，為此，在橋面吊機(jī)工廠內(nèi)制造完成后，進(jìn)行了提升梁質(zhì)量為120%的超載持荷試驗(yàn)，見圖3，即將橋面吊機(jī)組拼成形，臥式背靠背平放，并成對(duì)固定，利用提升油缸施加荷載并持荷。

圖3 橋面吊機(jī)加載試驗(yàn)

2.1.2 鋼箱梁吊裝

鋼箱梁整體提升的具體過程如下：

1）將鋼箱梁拖運(yùn)至橋下提升位置，拋錨定位，定位精度為±1 m。

2）將吊具下放與吊點(diǎn)進(jìn)行銷接。

3）將各豎向油缸逐漸加載至理論荷載，直到鋼箱梁底部離開駁船0.5 m時(shí)停止，并對(duì)吊點(diǎn)、吊具以及吊架等構(gòu)件各進(jìn)行一次檢驗(yàn)。

4）利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)鋼箱梁進(jìn)行調(diào)平；檢查各豎向油缸的實(shí)際荷載是否在其理論荷載的±5%以內(nèi)。

5）自動(dòng)提升模式，到鋼箱梁頂部距離鋼-混凝土結(jié)合段懸臂端底部約0.5 m高度處停止。

6）縱向、橫向調(diào)位系統(tǒng)調(diào)節(jié)鋼箱梁位置，直到沿橋軸方向居中為止[5]。

7）鋼箱梁繼續(xù)提升4.0 m，對(duì)鋼-混凝土結(jié)合段懸臂端合龍口和鋼箱梁合龍口幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)鋼箱梁配切量進(jìn)行畫線。

8）對(duì)鋼箱梁的兩端同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配切。

9）鋼箱梁繼續(xù)提升4.0 m，對(duì)鋼-混凝土結(jié)合段懸臂端合龍口和鋼箱梁合龍口幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量畫線，并對(duì)鋼箱梁進(jìn)行配切。

10）將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置為微控模式，利用液壓水平調(diào)位系統(tǒng)，沿縱向、橫向和豎向微調(diào)油缸的伸縮，直到鋼箱梁與鋼-混凝土結(jié)合段懸臂端的各個(gè)方向匹配精度達(dá)到要求為止[6]。

11）在鋼箱梁與鋼-混凝土結(jié)合段懸臂端箱內(nèi)頂、底板各設(shè)置2道碼板進(jìn)行臨時(shí)連接。

12）坡口修整除銹，現(xiàn)場(chǎng)腹板焊接、頂?shù)装搴附樱詈蟀惭b合龍口箱內(nèi)栓焊構(gòu)件，拆除吊機(jī)。

2.2 鋼箱梁配切

大節(jié)段鋼箱梁整體吊裝合龍受到溫度和吊點(diǎn)位置及吊點(diǎn)力的影響，合龍施工難度較大[7]。借鑒甌江橋起吊后箱梁配切經(jīng)驗(yàn)[8]，設(shè)置合理的八字形合龍口，將鋼箱梁起吊至合龍口內(nèi)合適位置，在同一溫度場(chǎng)、同一測(cè)站下進(jìn)行鋼箱梁測(cè)量配切，消除制作誤差、理論計(jì)算與計(jì)算參數(shù)取值偏差等帶來的合龍口誤差，同時(shí)減小了溫度場(chǎng)和測(cè)量傳遞帶來的誤差，提高了合龍精度，降低了合龍難度。一方面，受結(jié)構(gòu)材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)偏差以及邊跨支座和邊墩受力等影響；另一方面，本橋橋梁墩高55.548 m，預(yù)壓力混凝土箱梁懸臂長(zhǎng)80 m，計(jì)算時(shí)難以考慮幾何非線性，使得鋼箱梁起吊后懸臂結(jié)構(gòu)受力計(jì)算的懸臂端位移與實(shí)際偏差較大。同時(shí)，嘉陵江最低流速超過1.2 m/s，工程船舶拋錨定位穩(wěn)定性差。由此，給合龍施工帶來了很大的難度。

為降低合龍難度，本橋在鋼箱梁制造時(shí)設(shè)置了寬50 cm的八字形合龍口，腹板斜焊縫相對(duì)于直焊縫伸長(zhǎng)0.017 m，不僅不影響環(huán)焊縫的焊接量，還降低了焊接的施工難度，如圖4所示。

圖4 鋼箱梁八字形合龍口

將鋼箱梁提升至合龍口內(nèi)后，采取少量的臨時(shí)措施，對(duì)鋼箱梁進(jìn)行臨時(shí)連接，避免風(fēng)荷載引起鋼箱梁擺動(dòng)，方便測(cè)量和配切施工。鋼箱梁梁端出廠預(yù)留200 mm的配切余量，實(shí)際橋梁施工時(shí)分上、下2次進(jìn)行配切并提升到位，第1次配切自頂板向下4 m，第2次配切自底板向上3.5 m。將鋼箱梁提升至兩端各留5 cm間隙的位置進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)計(jì)算可得到合龍口的準(zhǔn)確配切量。

2.3 合龍口焊接

鋼箱梁安裝到位后，快速形成橋梁整體結(jié)構(gòu)，可極大地降低安全風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際施工中，采用先環(huán)縫焊接后構(gòu)件栓接的方式。合理調(diào)整焊接順序，快速實(shí)現(xiàn)有效的結(jié)構(gòu)連接，形成橋梁結(jié)構(gòu)。合龍口定位焊采用CO2氣體保護(hù)焊；合龍口焊縫均采用陶瓷襯墊焊單面焊接雙面成形的工藝，頂板和底板對(duì)接焊縫采用CO2氣體保護(hù)焊打底第1道焊縫，埋弧自動(dòng)焊填充、蓋面，鋼箱梁合龍口環(huán)焊縫焊接順序和焊接步驟如圖5所示，要求環(huán)縫做到兩端和橋中線對(duì)稱同步施焊和栓接。焊接步驟中①、②焊接長(zhǎng)度為1.5 m，焊接步驟③焊接長(zhǎng)度為0.8 m。經(jīng)計(jì)算，焊接完成第③步驟時(shí)，鋼箱梁形成勁性箱形結(jié)構(gòu)，可以承受橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力，此時(shí)可解除碼板約束，亦可放松吊機(jī)吊索，拆除吊具。但限于橋面作業(yè)面小，橋梁施工中待環(huán)縫焊接完成后才放松吊索、拆除吊具。最后，待環(huán)焊縫外觀檢驗(yàn)和無損檢測(cè)均合格后，對(duì)箱內(nèi)栓接進(jìn)行施工。

圖5 環(huán)縫焊接順序

3 結(jié)語(yǔ)

重慶軌道交通9號(hào)線嘉華軌道專用橋已于2021年3月完成施工，應(yīng)用的大跨度鋼-混組合梁剛構(gòu)橋的大節(jié)段鋼箱梁整體吊裝與安裝技術(shù)，確保了大節(jié)段鋼箱梁提升平穩(wěn)，狀態(tài)調(diào)整方便，持荷穩(wěn)定；通過鋼箱梁設(shè)置八字形合龍口，將鋼箱梁提升至合龍口內(nèi)，測(cè)量、配切，消除了結(jié)構(gòu)參數(shù)取值誤差、溫度場(chǎng)影響帶來的計(jì)算和測(cè)量誤差，配切精度高，操作安全可靠，合龍后橋梁線形順暢，環(huán)縫拼焊滿足規(guī)范要求，該配切方案解決了大節(jié)段鋼箱梁整體提升安裝中的技術(shù)難題，具有可靠的操作性；合理調(diào)整環(huán)焊縫焊接順序，鋼箱梁安裝后快速形成橋梁整體受力結(jié)構(gòu)，降低了施工過程中溫度變化、焊接收縮等引起臨時(shí)結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)踐表明，該大節(jié)段整體提升和安裝技術(shù)橋梁施工切實(shí)可行，操作方便，可為同類結(jié)構(gòu)施工和設(shè)計(jì)提供借鑒。