烏海至瑪沁公路（寧夏境）青銅峽至中衛段工程施工關鍵技術

何艷青，陳文強，呂正東，桂文濤

（海波重型工程科技股份有限公司，湖北 武漢 430207）

0 引言

烏海至瑪沁公路（寧夏境）青銅峽至中衛段A7標鎮羅黃河特大橋工程位于中衛市黃河下游15km處的鎮羅鎮，由北向南依次跨越濱河大道、黃河、濱河南路。分為北岸引橋、北岸跨堤橋、主線橋、南岸跨堤橋、南岸引橋5聯。起點樁號LK5+684，終點樁號LK6+964，跨徑布置為3×40m+（2×40m+75m+40m）+（55m+6×90m+55m）+（2×40m+75m+40m）+3×40m=1280m，如圖1所示。

圖1 鎮羅黃河特大橋全橋布置圖（單位：m）

主、引橋上部結構均采用鋼-混組合梁連續梁橋，下部結構為實心片墩加鉆孔灌注樁基礎，橋臺為肋板式橋臺。按照里程前進方向為基準分左右兩幅橋，單幅頂板全寬12.75m，底板寬6.7m，中心梁高2m、3.8m、4.5m。

鋼梁鋼結構總重約12900t，鋼材主要材質為Q345QD,單個分段最高4.1m，最寬4.2m，最重39t。

1 總體制造方案

1.1 工程重難點分析

該項目鋼梁板厚種類較多且均比較厚，對接焊位置焊接量大、焊接變形大。因而對鋼箱梁焊接收縮、變形控制、各向尺寸精度控制難度較大。主線橋跨黃河部分鋼梁采用頂推施工法，頂推部分鋼梁長度較長，縱坡線型較大，頂推施工難度較大。

1.2 鋼梁總體施工工藝

鎮羅黃河特大橋主線橋橫斷面布置如圖2所示。根據鎮羅黃河特大橋的結構特點，以制造精度、鋼箱梁線型為控制重點，焊接質量為核心。結合工廠已建和在建類似鋼梁制造方面的成功經驗，鎮羅黃河特大橋鋼結構制造總體思路如下：

鋼梁廠內制造流程：材料復驗→材料預處理→零件下料→零件加工→單元件制作→噴砂涂裝→分段總裝→涂裝→分段存放、運輸。

圖2 鎮羅黃河特大橋主線橋橫斷面布置圖（單位：cm）

1.3 鋼梁分段總拼制造工藝

根據鋼結構的吊裝設備的起重性能以及陸地汽車運輸跨度及載重等因素，對鋼梁橫向劃分為兩個分段，長度方向劃分為若干個節段：南北岸引橋均沿橫向劃分為4個分段，縱向劃分為13個節段；南北岸跨堤橋均沿橫向劃分為4個分段，縱向劃分為25個節段；主線橋橫向劃分為4個分段，縱向劃分為73個節段。總拼時根據場地的大小，按照輪次進行總拼。

（1）總拼胎架

總拼胎架應根據梁段的重量、結構形式、外形輪廓、梁段制作預變形、設計線型、成橋預拱值及梁轉運等因素進行胎架設計和制作，胎架結構滿足承載施工荷載的要求，確保不隨梁段拼裝重量的增加而變形。胎架橫梁設計成高度可調形式，以便根據每輪胎架的設計高度調整模板高度，滿足每輪梁段縱坡值、預拱值變化的要求。

（2）連續匹配制造工藝

鋼箱梁在總拼場地進行連續匹配制作時，當發現梁段尺寸有誤或預拱度不符時，即可在預拼裝場地進行尺寸修正和調整匹配件尺寸，避免在高空調整，減少高空作業難度并加快吊裝速度，確保鋼箱梁順利架設。

（3）焊接順序

如圖3所示，鋼箱梁節段具體裝焊順序：底板單元件上胎架→焊接底板縱縫→交替安裝橫隔板與T腹板單元件→對稱立向上焊接橫隔板與腹板角接焊縫→從中間向兩端焊接橫隔板與底板之間平角焊縫→自中間向兩端同時對稱焊接腹板與底板平角接焊縫→從中間向兩端對稱焊接橫隔板翼板與頂板橫對接焊縫→兩端對稱焊接頂板與橫隔板角接焊縫→裝預留隔板翼板→同方向對稱焊接預留翼板縱縫→焊接橫隔板與預留翼板角焊縫。

圖3 鎮羅黃河特大橋總拼工藝流程

2 超寬超高鋼梁運輸方案

該項目所有鋼梁均采用陸地汽車運輸。

2.1 引橋與跨堤橋裝車方案

北岸引橋、南岸引橋分段高度約為2m。寬度為4.2m和3.9m，鋼梁最重為32t。北岸跨堤橋、南岸跨堤橋部分分段外形尺寸與南岸引橋、北岸引橋類似，采用相同的運輸方式，部分分段高度約為3.7m，寬度為4.2m和3.6m，鋼梁最重34t。陸地超寬運輸，鋼構件涂裝完畢后，鋼梁裝載至運輸車輛，裝車時鋼梁按剛體簡化計算重心，保證鋼梁重心與車輛重心保持一致，如圖4和圖5所示。

圖4 鎮羅黃河特大橋分段運輸裝載示意圖一（單位：mm）

圖5 鎮羅黃河特大橋分段運輸裝載示意圖二（單位：mm）

主線橋分段外形尺寸與分段高度約分別為4.4m和4.3m，寬度為4.2m和3.6m，鋼梁最重39t。對運輸路線實地考察，陸地超寬超高超重運輸，鋼梁高度超過可運輸高度，鋼構件采用起吊設備將L型鋼梁首先旋轉90°后，裝載至運輸車輛，裝車時鋼梁按剛體簡化計算重心，保證鋼梁重心與車輛重心保持一致，如圖6所示。

圖6 鎮羅黃河特大橋分段運輸裝載示意圖三（單位：mm）

3 現場總體安裝工藝

3.1 總體安裝方案

根據該項目結構特點以及現場施工條件，該項目總體安裝方案如下：

（1）南岸引橋、北岸引橋分段：采用支架法吊裝，一臺150t汽車吊從右往左進行依次吊裝至臨時支架定位，焊接縱橫向焊縫后，待橋面預制板安裝完成后拆除臨時支架。

（2）南岸跨堤橋、北岸跨堤橋分段：采用支架法吊裝，一臺150t汽車吊進行依次吊裝至臨時支架定位，焊接縱橫向焊縫后，待橋面預制板安裝完成后拆除臨時支架。

（3）主線橋分段：主線橋鋼梁采用頂推法安裝，首先在現場總拼胎架上進行橫向合箱，同時將長度方向相鄰節段兩兩接長為大節段，采用兩臺龍門吊整體吊裝至頂推平臺上焊接鋼梁環縫，然后采用多點步履式千斤頂頂推安裝，最后調整線型后落梁，待橋面預制板安裝完成后拆除臨時支架。

3.2 南北岸引橋安裝工藝

（1）臨時支架

臨時支架采用混凝土擴大基礎3m×6m，臨時支架主要由φ273mm×8mm鋼管通過角鋼∠75mm×5mm，槽鋼[10連接而成的立體格構柱。如圖7和圖8所示，頂部橫梁采用雙25b的工字鋼與鋼管焊接，在支架橫梁頂部設置φ219mm×8mm的調節鋼管。同時每套臨時支架頂部下方設置25t液壓千斤頂，可對鋼箱梁高度進行調整。擴大基礎底部換填30cm厚度碎石并壓實，確保地基承載力大于10MPa。

圖7 南北岸引橋臨時支架構造示意圖（單位：mm）

圖8 南北岸跨堤橋臨時支架構造示意圖（單位：mm）

（2）安裝步驟

鋼箱梁安裝步驟：復查永久支墩的標高、軸線→臨時支架布置→吊車就位→梁段運輸至指定位置→按順序吊裝鋼箱梁→測量、精調鋼箱梁的軸線與標高→碼板碼焊→焊接→無損檢測合格后裝焊嵌補→油漆修補及最后一道面漆施工，如圖9所示。

圖9 分段吊裝示意圖

3.3 主線橋安裝工藝

3.3.1 總體安裝工藝

主線橋主要采用頂推吊裝法，鋼箱梁在加工基地制作成分段運輸至橋址，首先在大節段拼裝平臺上拼裝成大節段，再用龍門吊吊裝至頂推拼裝平臺處拼裝，最后通過智能千斤頂頂推到位。

3.3.2 鋼梁頂推工作系統

根據鋼梁結構形式，結合頂推施工特點，鋼梁頂推系統主要分為頂推輔助結構措施和頂推設備兩大類，其中頂推輔助結構措施細分為：頂推工作平臺體系、臨時支墩體系、導梁三個部分。

3.3.3 鋼梁頂推工作平臺

頂推工作平臺分為大節段拼裝平臺和頂推平臺，在工作平臺處配置軌距為30m，起升高度為23m，雙小車45t+45t的2臺龍門吊，配合分段拼裝及頂推拼裝。

分段拼裝平臺位于15#至17#墩之間，采用600cm×400cm×7500cm的條形基礎，條形基礎按照4m等間距布置，條形基礎內部放置預埋件，預埋件上方設置模板，控制鋼箱梁的縱向線型。

鋼梁頂推拼裝處采用立柱支架橫斷面鋼管中心距為2.5m×5.8m，由4根φ377mm×8mm鋼管通過槽鋼[20連接。頂部采用雙排H700×300型鋼與鋼管焊接，橫向H型鋼上部在縱向設置雙H400mm×300mm分配梁，分配梁上部設置φ273×8mm的調平鋼管，同時每套臨時支墩上部設置50t液壓千斤頂，可對鋼箱梁高度進行調整，在需放置頂推設備處，采用立柱支架橫斷面鋼管中心距為2.5m×3m，由4根φ630mm×10mm通過槽鋼[20連接。頂部采用雙排H700mm×300mm型鋼與鋼管焊接，橫向H型鋼上部在縱向設置三排H700mm×300mm型鋼，用于放置頂推設備，如圖10所示。

3.3.4 鋼梁頂推導梁

圖10 鋼梁頂推工作平臺示意圖（單位：mm）

根據施工現場條件，頂推用臨時支墩縱橋向最大間距達45m，因此鋼梁前端需設置導梁。設計采用變截面工字型導梁，由根部向端部逐漸減小。導梁縱向長度32m，其結構外形尺寸與箱梁保持一致，導梁與箱梁采用焊接連接，縱梁間通過橫梁連接形成整體。為便于導梁通過臨時支墩，導梁的兩組縱梁端部設計成臺階狀，以利于過墩時起頂，如圖11所示。

圖11 鋼梁頂推導梁示意圖（單位：mm）

（5）鋼梁頂推設備

鋼梁頂推采用智能三維千斤頂調整系統，根據頂推用數量，全橋共計投入60個高壓液壓三維千斤頂。頂推設備負責鋼梁的豎向起頂、縱向推移，同時自帶有頂推施工時的橫向限位功能。

根據該項目頂推時，頂推設備所承受的力可以計算出所需的智能三維千斤頂不小于250t，其結構形式及技術參數如圖12所示。

圖12 鋼梁頂推設備示意圖（單位：mm）

3.3.5 鋼梁頂推設備系統

頂推設備系統包括智能三維千斤頂調整系統、智能三維千斤頂液壓系統、智能三維千斤頂電控系統智能三維千斤頂調整系統：主要包括頂升支撐油缸、頂推縱移油缸、橫向調整油缸、縱移滑塊、橫移滑塊、橫移底座等結構，通過計算機控制和液壓驅動來實現組合和順序動作。

智能三維千斤頂液壓系統工作流程為：液壓泵站為油缸提供動力，根據主控計算機的指令，執行規定動作。

智能三維千斤頂電控系統包括主控單元由西門子S7-300PLC、開關量擴展模塊EM222和模擬量擴展模塊EM231、西門子觸摸屏組成。

3.3.6 鋼梁頂推裝置工作原理

頂推工作原理是豎向千斤頂頂起鋼箱梁，水平千斤頂完成向前推移，落梁后擱置于調節工裝上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作（每個行程10min），頂推過程中是一個自平衡的頂推動作過程，如圖13所示。

圖13 鋼梁頂推設備工作流程

3.3.7 主線橋鋼梁頂推安裝流程

如圖14所示，主線橋鋼梁頂推流程如下：

圖14 主線橋鋼梁頂推（單位：mm）

（1）復查固定支墩標高、軸線，施工機具及鋼箱梁分段就位，布置臨時支墩及頂推設備；

（2）左幅吊裝、拼接48m鋼箱梁與32m導梁，落至步履式千斤頂上，做好頂推準備工作；

（3）將拼裝好的左幅鋼箱梁向前頂推49m的同時在右幅拼裝平臺上拼裝導梁和48m鋼梁；

（4）左幅鋼箱梁拼接后續46m鋼梁，同時右幅鋼梁開始向前頂推49m，實現兩幅交替頂推；

（5）重復第三和第四步驟每次拼接長度在44~50m直至頂推到臨時墩L7后拆除導梁；

（6）頂推至合龍處，到位后采用步履式千斤頂進行落梁，直至步履式千斤頂無法繼續降低為止；

（7）將墩頂步履式千斤頂更換為小型豎向千斤頂，并移除步履式千斤頂，然后安裝永久支座；

（8）鋼梁整體落梁至成橋標高，墩頂落到永久支座上；

（9）利用跨中臨時墩上的千斤頂調整鋼梁豎向線型，設置好豎向鋼管支撐后移除千斤頂；

（10）吊裝主線橋7#墩處最后一個鋼梁，以及14#至15#墩55m跨鋼梁，7#墩鋼梁采用150t汽車吊或者100t履帶吊吊裝，55m跨鋼梁支架采用80t龍門吊吊裝；

（11）待橋面板安裝完成后，卸載跨中臨時支墩上的鋼管支架，拆除支架。

4 結 語

烏海至瑪沁公路（寧夏境）青銅峽至中衛段A7標鎮羅黃河特大橋為烏瑪高速青銅峽至中衛段的控制性工程，大橋建成后，將與中衛南站大橋線路形成一個連接中衛市區、沙坡頭機場、中衛南站的環線，也將基本實現烏海至瑪沁高速公路寧夏境內路段全線貫通，形成寧夏沿黃經濟區、賀蘭山東麓第二條南北向快速運輸大通道。

鎮羅黃河特大橋為大跨度連續鋼混組合梁，主線橋采用了頂推施工。施工該橋技術含量高、精度控制要求嚴，主線橋頂推工藝是整個項目的關鍵點。安裝過程中，頂推長度達600m，如何控制頂推過程中橋梁的線型，如果對鋼梁進行糾偏。施工期間水上交通組織難度大等，對施工過程控制都提出了極高要求。

烏海至瑪沁公路（寧夏境）青銅峽至中衛段A7標鎮羅黃河特大橋已在緊密鑼鼓的施工過程中，全部橋梁的建設工程計劃在2021年6月份完成。