鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工關鍵技術研究

何明貴

摘 要：本文結合某鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工工程實例，系統分析了當前鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋托拉法施工面臨的主要問題以及技術難點，研究提出了變導梁設計、前后換位拖拉法、便捷線型控制測量法、拖拉過程實時糾偏系統等創新技術措施并在實例中成功應用，能夠為類似工程施工提供參考與借鑒意義。

關鍵詞：鐵路上跨高速公路鋼桁梁;拖拉法施工;關鍵技術

1 工程概況

某鐵路上跨高速公路大橋全長210.705 m，設置5墩2臺，橋跨布置為1-24 m簡支T梁+1-64 m鋼桁梁+1-32 m簡支T梁+3-24 m簡支T梁。鋼桁梁為下承式簡支鋼桁梁，結構為單線整體節點平行弦三角桁架，計算跨度64 m，全長66 m，節間長度為12.8 m，桁高12.8 m，兩片主桁中心距8.5 m，總寬度9.18 m，鋼桁梁自重585噸，位于直線、平坡地段。高速公路為雙向六車道，寬約30.8 m，公路與線路大里程夾角為73.18度，鋼桁梁梁底距高速公路6.5 m（公路限高5.5 m）。

2 面臨的主要問題

2.1 拼裝場地狹小且上方有高壓線

本工程位于丘陵地帶，高速公路兩側為山坡，地勢起伏大，無平整場地;臺后屬于半挖半填路基，挖方高度大于20 m，填筑高度大于15 m，最寬處僅有15 m，場地狹小。且臺后鋼桁梁拼裝場地位置上方架設有35 kV高壓線（如圖2），高壓線與鋼桁梁頂面高差為9.47 m，影響E2'～E0'（第一節）節間拼裝。

2.2 拖拉過程上跨運營高速公路

該鐵路鋼桁梁橋上跨某高速公路，高速公路車流量大，公路寬約為30.8 m，在拖拉過程中不允許墜物、傾覆等危及高速公路正常行車的安全隱患。

2.3 受拼裝場地影響拖拉距離長

由于鋼桁梁橋周邊地理位置及上方高壓線影響，為確保拼裝過程安全，鋼桁梁拼裝位置須避開高壓線，在后臺路基進行拼裝，再縱向拖拉一次到位，導致拖拉距離長達97 m。

3 需解決的技術難點

結合其他鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工工藝，鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法架設須解決的技術難點有：一是設計適合的臨時支架與導梁結構。二是選擇適合的拖拉方法。三是建立有效的拖拉精度控制體系。四是采取一定的安全保證措施。五是設計可行的高速公路防護方案。

3.1 臨時支架與導梁設計要求

因該高速公路寬30.8 m，加上高速公路兩側臨時支架各保持與高速公路3 m左右的安全距離，臨時支架在高速公路處的最大跨度達到37.2 m，不設導梁進行拖拉施工，抗傾覆穩定系數為0.72，遠低于鋼桁梁拖拉施工抗傾覆穩定性系數不小于1.3的要求。為確保拖拉施工安全，需設計導梁提前上墩，減小主梁懸臂長。

3.2 拖拉方法選擇要求

鋼桁梁橋架設拖拉方法主要有前端拖拉、后端拖拉。本工程拖拉距離長達97 m，后端拖拉不利于線形控制;前端拖拉千斤頂需安裝在高速公路對面支架上，牽引鋼絞線需橫跨高速公路，在拖拉過程中有滑絲、斷絲風險，會長時間影響高速公路運營。為確保施工安全，同時減少對高速公路運營影響，需設計更加安全合理的拖拉方法。

3.3 拖拉方向與位置精確控制要求

受拖拉系統左右側動力不均衡、左右滑道阻力不一致等潛在因素的影響，鋼桁梁橋在拖拉過程中隨著拖拉持續進行，非常容易出現拖拉方向存在微小偏差，如果沒有糾偏裝置的話，微小方向偏差將不斷積累，進而形成大的橫向偏差，導致拖拉到位后難以按設計位置進行落梁。為確保拖拉精度，需設計便捷有效的鋼桁梁拖拉過程糾偏系統，在鋼桁梁移動過程中對鋼桁梁移動方向與位置不斷進行糾偏，確保拖拉到位后不出現大的偏差，保證落梁要求。

3.4 拖拉過程安全控制措施要求

跨高速公路鋼桁梁橋拖拉過程中存在一定的傾覆風險，為確保拖拉工程安全可控，需采用一定的安全控制措施。

4 采用的關鍵技術措施

為解決上述影響該鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工存在的主要問題與技術難點，在綜合應用國內鋼桁梁托拉法施工現有技術的基礎上，研究提出并在實例中成功實施了以下關鍵技術措施：

4.1 采用變導梁設計方案

采用變截面導梁設計，將導梁分為前半部分和后半部分。導梁前半部分長18 m，高3 m，采用貝雷片拼成;導梁后半部分長14 m，采用變截面結構，導梁結構如圖3。采用變截面導梁設計，可減小導梁自重，最大程度地增加鋼桁梁的跨越能力，降低拖拉過程安全風險，同時能夠有效降低施工成本。

4.2 采用前后換位拖拉方案

針對前端拖拉與后端拖拉法在拖拉過程中的種種不利影響，通過技術創新，研究提出了前后換位拖拉施工工藝。具體操作（如圖4）為：將拖拉千斤頂安裝在1#墩支架上，前期拉錨器設置在梁體前端，采用前端拖拉法拖拉31 m;鋼桁梁梁體前端抵達1#墩后，不變拖拉千斤頂位置，將拉錨器轉移至梁體后端，采用后端拖拉法拖拉66 m。整個過程牽引鋼絞線不用橫跨高速公路，不會對高速公路正常運營造成干擾，同時也可減少最大拖拉距離，提高拖拉精度。

4.3 采用實時便捷線形控制測量技術

為對拖拉過程拖拉方向、拖拉位置進行準確測量，采用實時、便捷線形控制測量方法。在下弦桿側面粘貼反光貼作標志作為監控點位，采用全站儀自由設站功能，由計算程序將測站三維坐標轉換為與線路設計關聯的里程偏距，通過全站儀免棱鏡測量各節點側面點位平面及高程的方式對拖拉過程進行線形控制測量，點位設置在下弦桿頂面以下固定高度位置，方便進行撓度監測。此方法較傳統方法減少了測量人員投入，將測量精度提高至毫米級，監控點位設在反光貼上滿足夜間施工監測要求，實現全過程進行線形控制測量。

4.4 采用拖拉過程實時糾偏方法

傳統的鋼桁梁拖拉小偏移采用調整自動連續千斤頂油壓，改變兩側牽引力大小的方式，大偏移糾偏采用暫停拖拉，使用機械千斤頂頂推梁體側面的方式。傳統糾偏方式糾偏效果差，結構復雜，施工效率低，且容易導致梁體偏向設計中線一側，降低橫向抗傾覆穩定性，增加安全風險。為解決傳統糾偏方法的不足，實例采用利用限位裝置+三角導軌進行線形糾偏，兩塊三角鋼板對角安裝在梁體前后兩端下滑道側面，三角導軌糾偏裝置橫斷面圖如圖5所示，三角鋼板放置在支架縱梁與下滑道面板焊接連接，三角導軌長1 500 mm，寬50 mm，在梁體前進過中完成糾偏。三角導軌糾偏原理如圖6所示，當梁體出現偏移時焊接三角鋼板，利用拖拉力及三角鋼板的導向作用完成糾偏，使用本方法糾偏，可以前后兩端兩側同時進行，不會導致梁體偏向設計中線一側。

4.5 拖拉過程安全控制措施

在跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工前、施工中，應用有限元分析、BIM技術、數值模擬、模擬試驗、應力測試等新技術。一是采用Midas專業有限元軟件對臨時支架、鋼桁梁、導梁進行有限元分析，可以使對結構受力的檢算、抗傾覆性的驗算更加精確。二是利用BIM技術模擬鋼桁梁拖拉施工各工況，可以提前找出拖拉過程中可能出現的安全隱患，并加以規避或解決;利用BIM技術進行可視化交底，可將施工工藝要求及安全注意事項直觀、形象的展示在現場作業人員面前，降低作業人員理解難度。三是對鋼桁梁拖拉過程進行數值模擬可以在施工前期對施工過程各控制指標提前預測，調整必要的施工工藝和技術方案使結構的內力和線形處于有效的控制之中，確保施工安全和成橋狀態符合設計要求。四是在鋼桁梁拼裝完成后，在各節點位置布置千斤頂，按實際拖拉工況下的支承點，頂升脫空節點，模擬拖拉過程。在模擬試驗進行過程中檢查各節點連接情況，監測各工況下的撓度，進行全橋的應力測試，與理論計算值進行對比，分析拖拉施工的可行性。采用理論分析、數值模擬、現場監測等方法，對拖拉施工最不利工況下鋼桁梁、導梁貝雷梁、導梁型鋼、貝雷梁連接系等桿件最大拉、壓應力進行數值模擬分析，掌握拖拉施工過程中各桿件的應力變化規律，并得出拖拉施工過程應力變化的計算數值。五是開展鋼桁梁拖拉施工過程桿件應力變化測試，對現場實測結果與模擬分析計算數值不斷對比分析，實時掌握鋼桁梁應力變化情況，并在應力變化不正常時，及時進行預警，以便及時采取措施，防止安全事故發生或擴大。六是進行鋼桁梁線形監控，在拖拉施工時，對拖拉體系主梁軸線和豎向線形、導梁撓度、支架沉降及縱向變位等進行全方位的實時線形控制測量。通過桿件應力測試與鋼桁梁線形監控，精準掌握拖拉過程結構受力變化情況，對非正常狀況提前預警，有利于保證拖拉過程安全。

4.6 高速公路安全防護措施

一是在拖拉施工前，將所有桿件連成整體，清除鋼桁梁上所有剩余材料、垃圾、雜物，降低拖拉過程墜物風險。二是優化線形控制測量方法，將有可能掉落的棱鏡頭、水準塔尺等取消，通過在下弦桿側面等高度位置粘貼反光條，采用全站儀免棱鏡測量的方式進行鋼桁梁拖拉線形控制測量。三是采用前后換位拖拉施工工藝，鋼絞線不用橫跨高速公路，對高速公路正常運營無影響。四是與高速公路管理局合作，在鋼桁梁通過高速公路上方時，對高速公路進行臨時管制，限速改道，消除安全隱患。

5 結束語

本文結合某鐵路上跨高速公路64 m鋼桁梁拖拉法施工工程實例，系統分析了鐵路上跨高速公路鋼桁梁拖拉法施工面臨的主要問題與技術難點，研究提出了相應的技術解決措施與應用的關鍵技術。通過采用變導梁設計、前后換位拖拉、便捷線型控制測量、實時糾偏系統等創新工藝以及應用有限元分析、BIM技術、數值模擬、模擬試驗、應力測試等新技術，大大提高了該鐵路上跨高速公路鋼桁梁拖拉法施工的精準性、安全性，對類似鐵路上跨高速公路鋼桁梁拖拉法施工具有重要的借鑒意義。

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