上跨多條既有線鋼箱梁橋高墩位轉體施工技術與實踐

趙雪強

[摘? 要]：某2×120 m鋼箱梁轉體橋上跨6條既有鐵路，根據工期和施工現場等具體情況，對鋼箱梁鋼管支架進行了設計，采用支撐格構式管桁架，設計出了拼裝、滑動、移動兼滑動3種支架形式。為最大程度減小傾覆風險，防止對鐵路營業線造成安全風險，基礎形式采用系梁樁基連接形式增強支架整體穩定性及抗傾覆性，并對支架的施工要點進行了分析和總結，為以后類似施工提供借鑒。

[關鍵詞]： 鋼箱梁; 轉體橋; 支架設計; 支架施工

U445.465B

隨著基礎設施建設的發展，鋼箱梁及轉體施工技術在既有線鐵路方面已非常成熟，但在鄰近既有鐵路及市政道路等復雜環境下的施工技術和設計方面存在很大提升空間。本文以青島市新機場高速連接線（雙埠—夏莊段）工程為背景，結合現場復雜環境，設計出了符合工程實際的支撐式格構管桁架。Symbol`@@

1 工程概況

本工程以青島市新機場高速連接線（雙埠—夏莊段）工程2×120 m鋼箱梁轉體橋為研究對象，橋左幅5#主墩位置處于青榮城際鐵路與機場專用線間，中心距青榮城際鐵路柵欄為18 m，距機場專用線坡腳僅為12 m，支架范圍南北向需跨過交通繁忙下穿鐵路橋的仙山西路，再往北需跨過鐵路集水房一處，東西向侵占機場專用線路基約1 m。右幅2#墩位置位于安順路西側邊緣，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20×10 m的投影落在白沙橋上。考慮結構構造、運輸條件、吊裝要求，施工工期等因素，左右幅鋼箱梁采用橫向分塊方案，板單元發運至現場后，先在橋位拼裝胎架上總拼，之后吊裝至支架上進行環縫連接。

總體施工方法：左幅采取支架法小節段吊裝，橋上連接;右幅小里程S5/S6/S7 3段采取在S4位置吊裝，小節段連接成整體后，整段滑移，其余梁段采取支架法小節段吊裝，橋上連接的方式。

2 施工方案

2.1 支架形式

在橋位處搭設支架，支架形式分為：拼裝支架、拼裝兼滑移支架、滑移支架3種（圖1～圖3）。

拼裝支架由下至上采用擴大基礎+478 mm鋼管+HN700×300 mm分配梁+273×6.5 mm小立柱組成，設置于鋼梁縱向分段環口處（圖4）。其中為合理避讓鐵路泵房，左幅小里程S6、S7處支架跨度加大至25 m（此處采用二拼一方式進行吊裝，再進行橋上連接）（圖5）。

右幅小里程S4處設置拼裝兼滑移支架，由下至上采用擴大基礎+478 mm鋼管+HN700×300 mm分配梁+273×6.5 mm小立柱組成，最大跨度為7.5 m（圖6）。

右幅小里程S7/S6/S5在拼裝兼滑移區吊裝并完成環口焊接后，通過鋼梁底部滑道及滑塊，利用滑道側面設置穿心千斤頂及反力座，拖拽鋼梁，滑移至設計位置。

左幅小里程S5與S6梁段跨越鐵路泵房，此處支架間距加大至25 m，采取二加一拼裝，整體吊裝方式。

2.2 支架基礎形式

一般位置基礎采用系梁樁基連接形式增強支架整體穩定性及抗傾覆性，最大程度減小傾覆風險，防止對鐵路營業線造成安全風險。基礎樁基采用200 mm×200 mm，樁長設計為7 m的混凝土預制方樁，樁頂伸入系梁15 cm，臨時鋼管支架通過16 mm厚鋼板系梁頂部預埋鋼板與基礎連接為整體，預埋連接鋼板的錨固25 mm鋼筋長度埋入樁基500 mm。

承臺處鋼管立柱采用擴大基礎預埋600 mm×600 mm×15 mm鋼板，鋼管立柱與基礎預埋鋼板焊接連接，鋼管立柱基礎直接澆筑在承臺上。

2.3 基礎施工

鐵路內地質條件較差，表面是松軟回填土，地下水位較高，因此除主墩利用承臺、防護樁冠梁及安順路上采用擴大基礎外其余全部采用混凝土預制方樁基礎[1]。

施工前先采用220挖機平整場地，挖除原積水坑中的淤泥，換填合格填料，逐層壓實，場地全部平整完成后，準備施工混凝土方樁。

本工程采用200 mm×200 mm C30混凝土預制方樁，單樁長9 m，縱橫向間距2.5 m。承臺施工時，在頂部鋼筋綁扎完成后，及時放置預埋鋼板與頂部鋼筋焊接在一起，混凝土施工時要檢查鋼表面是否水平。

2.4 支架安裝

2.4.1 鋼管安裝

鋼管立柱采用直徑478 mm鋼管柱（壁厚8 mm），鋼管安裝前，先用全站儀對平面控制點位置進行精確放樣[2]，考慮本項目為涉鐵施工，距鐵路線較近，為大幅度減少空中焊接作業量，同時為避免整根鋼管柱長度過長（15～22 m）使吊裝過程中存在傾覆風險，對鐵路營業線存在安全隱患，因此鋼管柱安裝擬采用將一組支架劃分為多個節段的形式進行分段吊裝后再進行整體空中連接，將鋼管連接系在地面與臨時支架連接成形，做成2.5 m×2.5 m×6 m的格構式標準節。鋼管柱分段制作并通過連接系連成標準整體段，整體段高度4.5 m（標準鋼支架有4.5 m、3 m、1.5 m、1 m、0.5 m的調節段）[3]。

鋼管柱支架節段采用吊車進行吊裝（吊車站位要考慮大臂方向遠離青榮城際和膠濟客專方向），考慮單節段重量較輕（節段重約2.1 t），可在單節段每個支架外邊緣設置一個小型吊耳，用吊車副鉤進行提升及定位，保證支架節段定位的準確性以及空中連接的穩固性[4]。格構式鋼管支架全部采用栓接，安裝步驟是首先調平安裝好支架底節，考慮本項目鋼管支架高度較高，人員安裝時可通過鋼管上的爬梯進行逐節安裝（圖8），安裝時人員應佩戴好安全帶，站穩后掛上安全帶方可施工。

吊裝完成后，選擇在S 0塊附近利用現有鋼箱梁支架安裝安全爬梯，人員經過支架頂部橫梁進入鋼箱梁內。

2.4.2 頂部橫梁

支架頂部橫梁，即在支架立柱鋼管頂端設置一組雙拼HW300×300 mm型鋼，必要時翼緣邊兩側需用10 mm以上鋼板加強，間隔為1～2 m，作為鋼梁的小立柱支承擱置點。

2.4.3 小立柱支架

在支架頂部的橫梁上設置小立柱支撐，為了調節鋼箱梁底部支撐點的高度，一般高度控制在0.4 m以內。在鋼管格構柱支架全部架設完畢后，支架頂部橫向設置一根通長的鋼橫梁，水平方向擱置。鋼橫梁作為鋼梁擱置的承重橫梁，和支架焊接固定牢固;然后在工字鋼橫梁上安裝焊接小立柱支撐（273×6.5 mm無縫鋼管）。

2.4.4 安裝小立柱及滑道梁

在鋼管柱和橫梁安裝完畢并經過檢查驗收合格后，焊接橫梁上小立柱。

滑道梁制作工藝同橫梁制作，需將HN700×300 mm型鋼滿焊合格后進行分段吊裝，并與橫梁連接。連接完成后測量人員需現場對滑道梁標高和位置進行復測，如有問題及時校正。

3 鋼管支架設計

本工程的臨時支架采用的是支撐格構式管桁架。鋼管主要采用478×8 mm螺旋鋼管，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，除圖中注明外，未注明的所有結構加勁板、連接板厚度均為16 mm，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[5]。鋼結構構件制造時對于主要的構件及接點應進行放樣校正，在能正確反映本設計技術要求的前提下，決定其相關尺寸;鋼結構的制作安裝單位必須具有必要的設備條件和人員技術條件，具有完備的質量保證體系，以保證工程進度及施工質量[6]。

支架結構傳力途徑為：立柱（滑道梁）—橫梁—鋼管立柱，所有荷載由鋼管立柱直接傳遞至支架基礎。支架基礎一般位置采用預制樁基礎，其中在主墩承臺4組支架通過預埋鋼板與承臺或冠梁進行連接。每組支架立柱間設置Z向連接系，采用L120×10 mm角鋼，保證支架的整體性及橫向穩定性。每排鋼管支架頂部橫橋向放置雙拼HN300×300 mm型鋼作為分配梁，拼裝區上部通過273×6.5 mm小立柱與鋼箱梁連接，滑移區分配梁上方設置雙拼HN700×300 mm滑道梁。支架與系梁頂預埋鋼板并焊接好，鋼板上放置分配梁H型鋼，H型鋼上放置調節小立柱。

4 支架驗算

4.1 有限元模型的建立

拼裝區：吊裝S0段鋼箱梁時，重力轉化為節點荷載作用在工字鋼分配梁上，再由工字鋼傳遞到立柱上。通過結構分析、計算確認臨時施工支架結構在使用條件下的強度、穩定及變形等能否滿足預定的功能，達到安全、適用的要求[7]。模型說明：采用MidasCivil建模，各桿件采用空間梁單元模擬，構件材材料采用Q235，截面與設計圖紙相同。根據結構支承條件，假定立柱的柱腳不發生沉降，按固結處理。

滑移區：鋼梁在雙拼HN700×300 mm型鋼滑道上進行縱向滑移，立柱縱向間距有2.5 m和5 m 2種形式，當滑移支點位于5 m跨徑中間時，滑道受力最不利，當滑移支點位于鋼管正上方時，單根鋼管受力最不利。因此計算滑移支架結構時，選擇縱向6根3組支架，前滑移支點位于5 m跨中，后滑移支點位于鋼管正上方的最不利狀態進行計算[8]。鋼梁荷載下支點模型如圖9所示。

4.2 驗算工況和結果

拼裝區支架工況：0#段為整個鋼箱梁最大重量的節段，是支架理論受力最大位置，按此處鋼梁吊裝計算拼裝支架結構。

滑移區支架工況：左幅小里程S7—S5段處于水中，鋼梁安裝需采用拖拉法進行施工，鋼梁吊裝至支架上后，單個節段組焊完成，采用拖拉千斤頂分節段拖拉至理論位置，所需拖拉節段中S5節段單重最大，為253.6 t，每個節段下設置4個滑移支點，單個支點受力最大按照1.2倍偏載考慮，則單個支點最大受力76.08 t鋼梁與滑道間滑移面采用MGE滑板與不銹鋼，理論摩阻系數為0.03，施工時按照不利狀態0.1倍摩阻力考慮，則滑移阻力約25.4 t，每組支架所受摩阻力2.54 t。

結果分析見圖10、圖11。

（1）鋼管立柱在組合風荷載工況下，強度、剛度、穩定性滿足要求。

（2）支架橫縱向連接最大豎向位移為7.1 mm，大于規范要求的 6.25 mm，簡單分析可知，此處為鋼管連接處節點，施工之前先采取支架預壓，便可消除此部分變形。

（3）水平方向最大位移為36 mm，表明風荷載作用下對支架的影響在規范允許范圍內，考慮青島地區處于多風地帶，且鋼箱梁的吊裝焊接，正好是在夏季多風地帶，可在迎風面添加適當的連接增加剛度。

5 結論

本文以2×120 m鋼箱梁轉體橋為研究對象，為克服涉鐵鋼箱梁轉體橋工期緊和在鐵路間施工的安全問題，對鋼箱梁轉體橋臨時支架3進行了專項設計，通過拼裝支架、滑道支架、拼裝和滑道支架3種支架作為支撐，用龍門吊對鋼箱梁進行分段吊裝，能大幅度地節約時間，保證施工的安全性。在支架安裝上，對基礎施工、鋼管安裝、頂部橫梁安裝、小立柱和連接系、小立柱和滑道等部分的施工要點做了系統闡述和總結，為相同情況下的臨時支架設計和施工提供借鑒。

參考文獻

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[2] 張連海. 頂推法施工橋梁[J]. 北方交通，2012（7）：52-55.

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[8] 薛芳. 鋼箱梁臨時胎架結構驗算與安裝[J]. 鐵道建筑技術，2016（2）：25-28.