高速鐵路大跨連續剛構拱橋施工關鍵技術

朱金彪

（中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司新建福廈鐵路FXJL-6 標， 福建 泉州 362000）

1 工程概況

泉州灣跨海大橋位于東南沿海地區，受臺風影響較大，施工風險高，難度大。（76+160+76）m 連續剛構拱橋位于6 號墩～9 號墩，主橋墩采用雙壁墩結構，上部結構采用變截面連續剛構，箱梁與墩柱采用固結形式連接。連續剛構拱橋跨越既有泉州繞城高速，交角30.5度，高速總正寬32m，通行凈高5.5m。

1.1 主拱構造

主跨設下承式系桿拱，跨度160m,拱肋為鋼管混凝土結構，采用疊合拱截面形式，上下拱肋計算跨度為L=160m，設計矢高為f=34.5m、29.5m，上下剛構拱軸線均采用拋物線，上拱肋設計拱軸線方程：y=(-67/12800)*X2+(67/80)*X+1,下拱肋設計拱軸線方程：y=(-61/12800) *X2+(61/80)*X-1。拱肋預設6cm 上拱值，施工矢高為34.56m，29.56m，上拱肋施工拱軸線方程：y=(-67.12/12800)*X2+(67.12/80)*X+1,下拱肋施工拱軸線方程：y=(-61.12/12800)*X2+(61.12/80)*X-1。兩榀拱肋間橫向中心距11.8m。拱肋上下弦管直徑φ1.2m,由δ=28、32mm 厚Q345q-D 鋼材的鋼板卷制而成，采用上下鋼管均為鋼-混組合結構，鋼管及腹腔內填充C55自密實補償收縮混凝土。上下拱肋除拱腳一定范圍內采用啞鈴型結構，其余均為分離結構，用豎向腹桿連接。

1.2 原設計主拱施工工藝

原設計主梁施工完成后，即開始安裝主拱，采用豎轉工藝施工。在橋面架設拼裝拱肋用鋼管支架，架設拱肋豎向轉體用塔架，于橋面鋼管支架上拼裝拱肋鋼管，安裝拱肋間橫撐拼裝拱肋鋼管，安裝拱肋間橫撐。拱肋鋼管豎向轉體就位當氣溫與主梁合攏溫度相近時，合攏拱頂，焊接拱腳嵌補段，合攏拱腳，固結拱腳；拱腳處聯接鉸在上下弦管焊接固結后拆除。

1.3 設計變更后主拱施工工藝

為避免移動模架現澆施工臺風多發期抗風抗臺等安全風險，更好地保證施工質量，建議將泉州灣跨海大橋大里程段26 孔現澆簡支梁由移動模架施工變更為預制架設施工。因此，小里程160m 主跨連續剛構拱增設輔助措施，拱肋的施工工藝調整為先架梁后安裝，調整主拱安裝方案，采用原位支架法進行安裝。

2 施工特點

本橋鋼管拱安裝位置特殊，主跨上跨高速公路，地處臺風氣候區，跨度大，安裝高度大，主要技術難點如下：

（1）主梁混凝土施工完成后需滿足架橋機運梁施工。

（2）主拱上跨高速公路，拱肋全重約900t，安裝施工期間橋寬內支架、拱肋結構重等施工荷載總重沿順橋向的總荷載集度不得大于96KN/m。

（3）季風氣候條件拱肋焊接均需達到1 級焊縫標準。

3 運梁施工關鍵技術

3.1 運梁施工分析

運梁施工選用YLSS900B 型架橋機和JQSS900B 型運梁車。

由于架梁作業時，架橋機作用荷載加大，本剛構連續梁僅通行運梁車，因此本梁僅考慮在運梁車駝梁過孔和運梁車馱運架橋機過孔施工荷載作用下對（76+160+76）m 剛構連續梁拱做縱、橫向檢算，主要包括兩個工況：

工況一：運梁車馱梁過孔；

工況二：運梁車馱運架橋機過孔。

經檢算，運梁車馱運預制梁及架橋機過梁面時需在梁體邊跨進行配重以及中跨梁底采取臨時支撐保證措施。

3.2 運梁施工關鍵技術

3.2.1 主梁材料

主梁采用C60 高強度混凝土：fc=40.0MPa，fct=3.50MPa，Ec=3.65×104MPa。預應力束采用фj15.2高強度、低松弛鋼絞線，fpk=1860 MPa，Ep=1.95×105MPa。

3.3.2 邊跨壓重施工

主梁單懸臂澆筑過程中，由于中跨單懸臂澆筑兩個梁段（16'，17'）不對稱荷載導致需要在邊跨15-12號梁段壓重，澆筑16'梁段壓重集度為200kN/m，共計330t。澆筑17'梁段混凝土前，在邊跨15-12 號梁段壓重，壓重集度為400kN/m（包含澆筑16'梁段壓重200KN/m），共計660t，壓重荷載采取在梁底懸掛壓重吊架的結構。

12#～15#梁段在混凝土澆筑時預留穿精軋螺紋鋼的孔道，進行壓重施工時，在梁面布設雙拼工25 型鋼，采用直徑32mm 精軋螺紋鋼穿過雙拼工25 和梁面，在梁底下放的精軋螺紋鋼上安裝壓重吊架，然后在梁底下放的精軋螺紋鋼上安裝壓重吊架，壓重架分為兩層，為頂面不封閉的結構，底層采用雙拼工25a、工40a 鋪設形成，橫向分配梁為工40a，100cm 間距布設共計18 根。上層采用橫向分配梁為工40a，50cm間距布設共計32根，上下層之間采用兩層3 拼HN700 縱梁支墊。

吊桿受力計算：660t/66=10t,60t/10t=6，安全系數6＞5，受力安全。

吊架分配梁最大應力σ=1/8*8.48*10800*10800*20 0/217000000=114MPa，結構受力安全。

精扎螺紋鋼采用標準的連接器進行接長，接長前在精扎螺紋鋼端頭做好刻度標記確保安裝時連接器居中。吊桿下穿吊架底縱梁（雙拼工25）時，通過精軋螺母調整縱梁水平。避免吊架左右兩側高低不平而引起偏載。

壓重材料采用預制混凝土塊，便于統計壓重重量以及卸載。

吊架加載前、加載過程中及加完成后對吊架展開沉降觀測，如變形超過預期值，應立即停止加載，采取加固措施。

3.2.3 中墩臨時支撐施工

考慮架梁工況，架橋機經過時主梁豎向荷載總計2800t（考慮1.1 的沖擊系數），在中墩（7#、8#墩）中跨距離中支點12.1m 和21m 處分別設置臨時支撐，臨時墩的承重結構采用鋼管混凝土立柱型式。12.1m 處在原0#塊支架基礎上進行接長，頂至梁底。21m 處在橫橋向設置單排3 根φ1200*14mm 的鋼管混凝土立柱，鋼管立柱均設置在箱梁腹板下方。鋼管混凝土立柱之間通過平聯[]32a 連接，立柱基礎采用φ2000 的鉆孔灌注樁，灌注樁通過系梁連接，混凝土均采用C30 混凝土。

灌注樁采用沖擊鉆成孔，灌注水下混凝土。鋼管支架結構連接均采用焊接，鋼管混凝土澆筑前在柱頂蓋板下方管身設置灌注口，采用天泵泵管與灌注口連接，澆筑完成后，對灌注口進行封堵。隨后在柱頂（蓋板下口）設置2cm 左右小孔，通過重力灌漿法采用高強砂漿對柱頂不密實部位進行注漿填充。注意柱頂蓋板安裝時必須與梁底密貼。

3.3 運梁過程監控數據量測

架橋機過跨及運梁車馱運梁過程中，對橋面沉降及應力變化展開監測，監測范圍主要為中跨。

沉降監測點分別設置在8#墩9’#塊、7#墩9’#塊以及合龍段位置共三個斷面，每個斷面設置左、右2個測點。

應變監測利用主梁內埋置式應變計讀取施工過程中監測數據。通過應變計對架橋機及運梁過孔前后應力變化來反映主梁結構實際受力狀態。

4 拱肋安裝施工關鍵技術

4.1 拱肋安裝支架施工

4.1.1 拱肋安裝支架簡介

拱肋支架為鋼管立柱支架， 鋼管規格為Φ377×6mm，鋼管材質為Q235 鋼，支架截面尺寸為2500×3000mm。支架頂橫梁采用雙拼工40a 工字鋼。支架高度最低為7.7m，最高為29m，采用分節制造成格構式鋼管柱，除柱頂節外標準節段長12 米，利用法蘭+高強螺栓進行連接。柱頂橫梁與立柱頂面蓋板焊接，支架柱底與主梁之間通過在梁面預埋的錨板（隨主梁混凝土澆筑一起預埋）焊接。

4.1.2 拱肋安裝支架施工

由于拱肋拼裝施工是在主梁合龍之后進行，為保證支架基礎與梁體形成整體，在主梁節段澆筑時提前預埋柱腳錨板。錨板尺寸為650*650*20mm 鋼板（Q235B）加工而成。錨板底面焊接2 根HRB400 φ20 錨筋，錨筋與錨板之間采用雙面滿焊。錨板安裝時，將錨筋與主梁鋼筋焊接固定。錨板安裝完成后，在錨板中間開孔，混凝土澆筑過程中注意對錨板底部的混凝土振搗，確保錨板與混凝土之間密實無空隙。

鋼立柱之間接長采用法蘭連接，法蘭與鋼管端頭焊接（滿焊）。

支撐在梁面的鋼管立柱通過與梁面預埋錨板焊接相連，并設置柱腳加勁板。鋼管立柱安裝時采用汽車吊裝安裝，將加工好的鋼管立柱按編號轉運至橋面，吊車將立柱一端提起，保持立柱處于豎直狀態，另一端采用手拉葫蘆配合，對準法蘭（或錨板），調整鋼立柱的垂直度，滿足設計要求后，及時對鋼立柱進行連接加固。

平聯斜撐與立柱間的焊接均在加工區內制作成整體吊裝至橋面再進行安裝，不得在立柱接長作業時進行平聯、斜撐的高空焊接施工。吊裝前應檢查平聯、斜撐的焊接質量，不得出現虛焊、假焊等現象。

柱頂防護平臺主要用于拱肋節段安裝時現場接頭焊接防護。要求能夠負載所需操作人員和器械的重量，平臺上采用3mm 花紋鋼板滿鋪，平臺四周做好臨邊防護，采用“防護欄桿+防護網片”的型式，將平臺四周封閉，護欄底部用3mm 花紋鋼板施作踢腳板（與平臺板焊接封閉），防止高空墜物。

4.2 主拱吊裝

主拱肋共計劃分為26 個節段（含預埋段及合龍段），單節拱肋最重達38t，鋼管拱肋制作采用以折代曲，通過控制實際拱軸線與理論拱軸線之間的偏差來保證節段圓順[1]，構件均在工廠內制作完成，采用陸路運輸的方式運至現場進行安裝。

拱肋預埋段安裝完成后拱座在澆注混凝土前，依照設計要求，通過測量進行拱腳預埋段放樣，拱腳預埋段安放至拱座內后通過測量對拱腳預埋段平面、軸線進行復測調整，利用主梁0#塊預埋的角鋼勁性骨架（拱座范圍內）對預埋段進行加固。

拱肋安裝方向由拱腳向跨中方向，左右對稱安裝。主拱肋節段采用2 臺130T 汽車吊抬吊安裝，配重45 噸，由于受地理位置及節段大體積限制，拱肋節段無法直接運至橋面，節段運至橋下后，由1 臺260 噸汽車吊從橋下吊至橋面。橋面設置一臺平板運輸車，將轉運至橋面的拱肋節段運至安裝位置。

吊裝前將拱肋軸線引至臨時支架頂端分配梁上，并用樣沖做好軸線標記，為保證高程精度，支架分配梁安裝時應低于弦管底部300mm，支架安裝后根據分配梁頂面標高測量結果焊接相應高度的凹型支撐板。鋼管拱肋吊裝就位后，后端與上一節段環口對齊，經測量復核軸線、高程后，環口兩側利用4 塊碼板（t=20 鋼板）進行限位臨時加固，隨后對前端弦管上的控制點利用20t千斤頂配合手拉葫蘆進行微調。經測量無誤滿足要求后，將拱肋下弦管與支架橫梁支撐板焊接加固，同時增加后端碼板數量，確保當前節段與上一節段連接牢固。為保證拱肋安裝時的軸線及高程測量，拱肋弦管制作時在每個節段的上弦管的下端口100mm 處、中間、上端100mm 處各設置一測量點。

在左右側同一拱肋節段安裝完成后即可開始安裝相應節段位置的橫撐，以增加已安裝拱肋橫向穩定性。橫撐與主弦管之間通過短接頭連接， 短接頭在安裝前根據橫撐位置提前安裝至拱肋弦管上，有利于橫撐安裝時定位。

拱肋合龍段安裝前，對已經安裝好的拱肋節段端口進行復核，每個端口測量4 個點（上、下弦管分別測量其頂面及底面中心），做好數據記錄，并將結果反饋給第三方監控單位進行驗算，出具合龍指令。合龍段長度出廠前預留一定的富余量（一側約10cm）。確認合龍段實際長度后，將富余量予以切除。合龍時機宜在當日氣溫15℃-20℃之間進行。合龍段安裝完成后按主拱安裝時連接方式進行加固。

拱肋構件臨時連接完成后，即可開始相關焊縫永久性焊接。主拱肋環口焊縫均為開坡口全熔透焊縫，焊接前將焊接坡口和焊縫邊緣每邊30 ～50mm 范圍內的鐵銹、毛刺、污垢以及影響焊接質量的漆膜等采用打磨機清除干凈，露出鋼材金屬光澤，檢查構件的坡口尺寸和接頭的組裝質量及焊接區域的清理情況，符合要求后，方可允許施焊。焊接方法根據焊接工藝評定試驗確定，管管對接及管管相交焊縫均由底部向頂部對接施焊。焊接作業應避開大風、大雨等惡劣天氣，環境相對濕度在80%以下。拱頂合龍段焊縫焊接宜在氣溫15℃-20℃之間時進行。

4.3 安全、質量措施

4.3.1 交通布控

主梁上跨泉州灣繞城高速，根據涉高速拱肋安裝支架及拱肋節段安裝時投影與行車道占用情況對高速公路車道進行交通布控疏導，交通布控疏導工作由高速公路布控單位施行。涉高速拱肋節段安裝過程中 ，設置交通警示標志，提醒過往車輛注意安全。支架安裝時涉及焊接作業需要全程布控。拱肋節段吊裝完成后因支架頂端設置防護平臺，焊接施工時在防護平臺內作業，焊接作業期間不需要進行交通布控。

錐標及防撞桶等設施僅在支架安裝和拱肋吊裝作業中布置于路面，在支架安裝和拱肋吊裝作業完成且加固定位后撤除錐標及防撞桶，布控區開放正常交通，仍保留路側施工警示及提示標志。

4.3.2 焊接作業平臺

拱肋焊接作業平臺設置于支架頂部，截面尺寸為1.6m*2.3m，高度約7m。平臺兩側及頂部采用 “0.5mm鋼皮+鉚釘”封閉，拱肋兩側采用油布封堵形成集防風、防雨、安全作業為一體的焊接施工作業平臺，可周轉使用。平臺底部與支架平臺橫梁焊接，平臺中間在上下弦管鏤空處設置對拉，保證平臺橫向穩定。橫撐焊接施工時采用 “掛籃”作業，根據橫撐管徑在掛籃頂部設置弧形限位板掛于橫向鋼管上，四周采用“0.5mm 鋼皮+鉚釘”封閉，平臺底部利用鋼跳板滿鋪作為作業人員的平臺。管口底部焊接時設置吊簍防止焊渣飛濺至橋面或高速路面。

5 結語

在大跨連續剛構拱在拱結構未安裝的情況下進行運架梁施工在高速鐵路工程中并不多見。通過邊跨壓重與中跨臨時支撐等輔助措施，保證了運架梁施工過程中主梁的結構的安全。

采用原位支架法進行拱結構安裝，有效減少了材料浪費，有利于焊接施工及焊縫質量，同時降低了安全風險，便于拆除，且支架可進行回收周轉，節約了施工成本。