大跨徑寬幅鋼箱梁施工技術難點及關鍵技術

【摘 要】?文章以青島新機場高速連接線（雙埠-夏莊段）工程（天康路以西段）（起點～K7+380）三標段的涉鐵工程鋼箱梁轉體橋為背景，根據復雜的現場施工環境及鋼箱梁自身的結構特點，介紹了大跨度鋼箱梁轉體橋在拼裝施工中的一些技術難點及應對關鍵技術，為后續復雜環境下同類工程施工提供了一定的工程借鑒。

【關鍵詞】鋼箱梁; 技術難點; 應對措施

隨著我國高速公路的發展，越來越多的新建高速公路橋梁及城市道路高架橋梁建設成為涉鐵工程的項目也不斷增加，同時新建的橋梁跨度也因此越來越大，施工環境也越來越復雜，大跨徑鋼箱梁橋的應用也逐漸成為首選方案，這也為施工中帶來一定的技術難題。本文以青島新機場高速連接線（雙埠—夏莊段）工程（天康路以西段）（起點～K7+380）三標段的涉鐵工程鋼箱梁轉體橋為背景，介紹鋼箱梁轉體橋在轉體前施工中的技術難題及應對關鍵技術。

1 工程概況

本工程為青島市新機場高速連接線（雙埠—夏莊段）工程，主線鋼箱梁橋從西向東依次跨越膠濟貨線、膠濟客專雙線、青榮城際雙線、機場專用線六條既有鐵路，既有鐵路均位于路基段，填土高約6 m。鋼箱梁橋采用墩梁固結體系，結構形式跨徑2×120=240 m T構橋，分幅錯位布置（圖1）。采

用轉體施工工藝，轉體前分別在平行鐵路線方向支架拼裝焊接，焊接完成后采用臨時索塔進行臨時拉索對稱張拉拉起大小里程梁端、拆除支架逆時針雙幅同時轉體90°。

鋼箱梁主體結構采用Q345qDNH鋼材全焊結構，工程總量約為7 588 t。鋼箱梁單幅梁面寬度24.58 m，中墩墩頂4 m區段鋼箱梁，梁高7 m，墩頂等高梁段兩側各40 m區段梁高從7 m按2次拋物線變化至4.5 m，其余區段梁高為4.5 m。跨中梁高與跨徑比值為1/26.667，中墩支點梁高與跨徑比值為1/17.143。橋面為單向橫坡2 %，按設計要求設置預拱度。設計荷載為城-A級，考慮1.3倍提高系數。設計速度為100 km/h[1]。

2 工程特點

本工程為全焊接鋼箱梁結構，施工地點位于仙山路與安順路交叉處，上跨膠濟客專等鐵路營業線，施工難度較大。主要施工難點如下：

（1）吊裝工程量大。鋼箱梁按設計吊裝構件尺寸大、噸位重。S0塊重量372.47 t，高為7 m。

（2）工程難度大。轉體前支架布置及吊裝需要滿足現場交通的需要，仙山路東西方向、安順路南北方向，車流量極大。施工中安順路要導改，仙山路東西側盡量要保證通行。同時現場場地狹小，如左幅5#墩鋼箱梁支架位置位于青榮城際鐵路及機場專用線間，無吊裝設備站位鋼構件水平投影距青榮線柵欄最近距離為4 m左右，鋼構件的吊裝難度極大。

（3）臨時支架搭設難大。分支架搭設的高度高、制作安裝均繁瑣、工作量大，同時，搭設時對鐵路營業線安全隱患多。

（4）安全風險高。現場施工均屬高空作業，施工安全要求高，尤其與鐵路營業線相近，安全措施必須到位。

（5）工程工期緊。合同工期為2020年12月31日要求全線通車。

3 工程中技術難點

3.1 鋼箱梁分段分節技術研究

設計吊裝構件尺寸大、噸位重，單幅鋼箱梁橋按設計劃分為17個段，其縱向長度分別為10 m、12.5 m、15 m、17.5 m四種類型，梁面寬度均為24.58 m，梁高從S0段7 m至S3段按2次拋物線變化至4.5 m，S4～S7段高度均為7 m。最重分段重量為372.49 t。左幅鋼箱梁進場道路鐵路橋梁限高為5 m。如在廠內加工成塊單元則無法通過公路運輸至施工現場[2]。

施工技術與測量技術孫曉邁： 大跨徑寬幅鋼箱梁施工技術難點及關鍵技術

3.2 臨時支架設計技術研究

轉體前支架布置平行于鐵路既有線方向，右幅鋼箱梁轉體前支架范圍垂直投影在城市道路安順北路上，地下管線復雜、交通繁忙，同時支架南北向也跨過仙山西路，向北延伸支架范圍有40 m的垂直投影落在白沙橋上及河道中，地形十分復雜。

左幅鋼箱梁轉體前支架范圍投影在青榮城際鐵路及機場專用線間，青榮城際柵欄與機場專線坡腳間距離僅為30 m，5號主墩向北小里程方向支架要跨過進場的唯一通道仙山西路及鐵路集水房（圖2）。向南要跨越水塘，地形更加復雜。

3.3 鋼箱梁安裝方案技術研究

鋼箱梁在總拼場地由板單元拼接成塊單元后，如何把塊單元吊裝到支架設計位置也是本項目的一個技術難點。把鋼箱梁塊單元吊裝到支架設計位置的吊裝設備前期考慮主要有大噸位汽車吊、履帶吊及龍門吊等，根據現場的復雜特殊地形、工期要求、鐵路安全等多方面比選，最終確定采用四臺120t龍門吊作為本項目鋼箱梁吊裝設備。

采用龍門吊作為吊裝設備需解決以下幾個問題：

（1）左幅5#墩如何跨越向北小里程方向的唯一進場道路仙山西路（圖3）進行鋼箱梁吊裝焊接。如果把道路填平修建軌道，則鋼箱梁板單元無法進入施工場地。

（2）如何吊裝右幅小里程方向的S5～S7三段。此三段支架垂直投影位于白沙河橋上及河道中，龍門吊軌道由于白沙河橋縱坡高差太高無法修建，同時大噸位汽車吊、履帶吊無站位。

（3）如何降低緊鄰鐵路營業線施工帶來的安全風險。龍門吊的高度在方案評審時提出高度越低越安全，最終確定龍門吊高度僅限于33.5 m以下，支腿縱向跨度最小為16.5 m，鋼箱梁的分段長度為10 m、12.5 m、15 m、17.5 m。因此，鋼箱梁吊裝只能一臺龍門吊吊裝，兩臺龍門吊無法進行抬吊。如何用一臺龍門吊在限高的要求下安全平穩的吊裝鋼箱梁塊單元也是本項目需解決的技術難點。

4 采取應對的關鍵技術

4.1 鋼箱梁分段分節施工技術

由于鋼箱梁跨度大、截面高，高度最高達7m，最小高度為4.5m，制作成整體節段超寬超高不能運輸，只能采用三階段法：第一階段工廠板單元構件制造，第二階段是在工地胎架上匹配組裝焊接成箱梁節段，第三階段支架鋼箱梁節段安裝，完成箱體之間的焊接。

鋼箱梁分段情況如下：左右幅節段劃分：縱橋向各分為17個大段，S1～S8橫橋向各劃分為5個塊體，S0號豎直方向上均劃分為上下兩層，劃分為8個塊體，S1～S7橫向分節為5個塊體（圖3）。左幅全橋合計88個單元件，右幅全橋合計88個單元件，采用BIM技術劃分計算（表1），其中最重單元塊體為80.93 t。

4.2 鋼箱梁臨時支架關鍵技術

本工程為臨時支架為格構式鋼管桁架，跨度為6.25～18 m，柱高為14.64～24.55 m。支架鋼管主要采用478×8 mm的螺旋管，本工程桁架鋼管、立柱鋼管、各節點板、支座墊板均采用Q235B結構鋼，結構用鋼材應具有抗拉強度、屈服強度、伸長率和硫、磷含量的合格保證。

根據本橋址所處的地形地貌及架設方式不同，支架結構形式分為三種類型：支架一為一般地段的支架;支架二為拖拉滑道部位支架;支架三為左幅鐵路集水房大跨度支架結構形式（圖4）。

梁段自重、施工人員及機具、風荷載、支架自重參照《建筑結構荷載規范》基本組合：恒載系數取1.35，活載系數取1.4[3]。采用MidasCivil2015整體建模計算支架受力是否在容許應力之內。

4.3 鋼箱梁安裝關鍵技術

根據現場左右幅支架區域范圍內的地形地貌不同，鋼箱梁塊單元在臨時支架吊裝焊接可分為原位吊裝和拖拉就位兩種形式。

4.3.1 左幅小里程跨仙山路鋼箱梁安裝技術

左幅鋼箱梁單元件全部采用原位吊裝方式，主墩鋼箱梁小里程方向跨越仙山西路龍門吊基礎采用型鋼墩梁式結構方式（圖5）跨過。軌道鋼梁由2根Ⅰ50a工字鋼雙拼組合成，按最大輪壓：P=310 kN。鋼梁跨度L=5.0 m，考慮鋼梁自重計算鋼軌鋼梁抗彎強度：

M/rW=186.5 N/mm2≤215 N/mm2 （安全）

鋼軌鋼梁抗剪強度

τ=VS/Itw=53.2 N/m2≤125 N/mm2（安全）

軌道鋼梁撓度

f=PL3/（48EI）=6 mm≤L/800=7.8 mm （安全）

采用型鋼墩梁式龍門吊軌道基礎方式既解決了跨越仙山西路吊裝難點，又解決了龍門吊在吊裝工作中不影響鋼箱梁板單元進入總拼施工場地的困難。同時根據把影響進場道路的S3支架及落在鐵路集水房的S5支架取消，加強小里程S2、S4、S6支架結構，小里程鋼箱梁S3段與S4段、S5段與S6采用二合一方式架設，具體安裝示意見圖6。

4.3.2 右幅小里程S5、S6、S7段鋼箱梁安裝方式

右幅小里程S5、S6、S7段鋼箱梁段支架位于白沙河橋上及河道中，采用龍門吊或汽車吊履帶吊均無法安裝到設計位置，經反復綜合考慮比選，采用在滑道拖拉方式最為經濟合理。在小里程S3到S7各臨時墩墩頂設置滑道梁，滑道位置在鋼箱梁縱隔板下，滑道采用雙拼700×300H型鋼，上敷貼2 mm厚的不銹鋼板，板寬為600 mm連續滑道，橫向間距為5.6 m。滑塊采用倒“U”限位裝置。

鋼箱梁塊單元具體安裝步驟：

（1）在小里程S4梁段位置利用臨時支墩搭設鋼箱梁段拼裝平臺。

（2）在拼裝平臺上拼裝小里程S7梁段，拼裝焊接完成后用4臺100t千斤頂頂起落在設好預拱度的滑道上的滑塊上。

（3）采用兩臺350 t的連續千斤頂通過拖拉固定在S7段底板的鋼絞線把S7段拖拉至S5支架位置處。

（4）重復在S4拼裝支架上拼裝S6、S5梁段，拼裝焊接完成后用千斤頂頂起落在設好預拱度的滑道上的滑塊上與前一梁段焊接成一體再整體拖拉。

（5）S5、S6、S7拖拉至設計位置再順延拖拉20 cm。

（6）在拼裝支架拼裝S4梁段作為合龍段，拼裝焊接完S4梁段后先與S3焊接環縫，再利用2臺千斤頂反推S5、S6、S7大里程方向20 cm與S4合龍。施工步驟見圖7。

4.3.3 龍門吊吊裝技術

本項目由于緊鄰鐵路營業線的復雜環境，龍門吊越高，安拆過程中及工作狀態中的安全風險也越大，因此本工程盡可能把龍門吊高度降到最低，根據鋼箱梁頂面標高最終確定龍門吊吊裝凈空最小為3.5 m，龍門吊距地面最小高度為33.5 m，龍門吊支腿的縱向跨度最小為16.5 m，除左幅小里程S3-4、S5-6的二合一梁段采用兩臺抬吊安裝外，其余梁段均采用一臺龍門吊吊裝焊接，綜合考慮一臺龍門吊結合工字形扁擔吊裝方式（圖8）采用工字形扁擔梁吊裝鋼箱梁，首先計算岀每個塊單元的重心，方可平衡吊起。可利用CAD軟件對異形件reg做面域（需優先用bo孤島檢測，排查斷點）之后用Massprop命令查找質心坐標，po找到質心坐標后，量取質心到X軸或Y軸的距離，為面積距，計算塊體內每個桿件（底板、頂板、腹板、橫隔板、橫肋等）質心面積距偏心量，最后匯總，除以總重，算出X或Y方向的重心面積距，找到重心線，兩條重心線交點即為理論重心，鉛垂線方向打到頂板，為理論吊點中心，根據吊點中心及扁擔梁的四個吊點尺寸焊接吊耳。

5 結束語

根據本項目所在的特殊復雜環境帶來的技術重難點及所采取的應對的技術方案，總結岀一套在復雜涉鐵環境中降

參考文獻

[1] 汪勁豐等.城市鋼箱梁橋橫向分塊施工分析[J].橋梁建設2017，47（1）：16-18.

[2] 李俊.大噸位鋼箱梁段在城市復雜環境下的運輸與安裝施工技術研究[J].鐵道建筑技術，2017（6）：34-35.

[3] GB 50009-2012， 建筑結構荷載規范[S].

1407501705372