城軌同層大跨度雙層鋼桁梁拱橋施工技術研究

王生濤 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展和城市立體景觀發展的需要，修建跨江橋梁選用鋼桁架拱橋被廣泛應用，鋼桁架拱橋跨越能力強、承壓能力高和外形剛健穩固，大跨度的鋼桁架拱橋在我國交通建設中也得到了更快的發展[1-3]。傳統的鋼桁架施工方法為采用汽車吊吊裝施工，汽車吊起吊作業半徑大，市政工程交叉作業多、施工空間有限，采用汽車吊難以滿足大結構鋼桁架橋梁的吊裝施工要求。傳統的桁架橋施工順序為由兩端拱腳向跨中合攏[4-5]，由于拱腳位于承臺上，采用此施工方法施工時受到承臺工期影響較大，也不能發揮龍門吊的使用效率。

1 工程概況

繁華大道跨引江濟淮橋梁及接線工程項目位于合肥市肥西縣，項目全長1.577km。其中跨江淮運河主橋為雙層鋼桁梁拱橋，主跨153m，高44m，桁架高11.9m，矢跨比1:4.99。上層橋市政與軌道合建，雙向4 車道，軌道橋梁與市政橋梁對孔布置，軌道交通走行道路中間，市政橋分兩幅于軌道交通兩側布置。

鋼桁架分為上弦桿、下弦桿、腹桿三個部分。上弦桿采用上翼緣板帶伸出肢的箱型截面，邊桁內高1400mm，內高1000mm，板厚24～44mm。中桁內高1650mm，內寬1000mm，板厚24～44mm。上弦桿上翼緣熔透焊接，其余三面高強螺栓對拼的連接方式。腹桿有箱型腹桿和H 型腹桿兩種形式，箱型直腹桿橫截面內高1000mm，內寬1000mm，板厚32mm，四面均栓接。H型腹板橫截面內高1000mm，內寬700mm，板厚28～32mm。斜腹桿與主桁節點采用內插式高強螺栓連接。

表1 鋼桁架數量統計表

圖1 主橋整體布置圖

圖2 主橋橫斷面示意圖

2 雙層鋼桁梁拱橋施工

2.1 施工工藝流程

雙層鋼桁架拱橋分為鋼桁架、橋面系、拱肋三個部分，主橋鋼桁架共有4組，2組中桁和2組邊桁。橋梁總體施工順序為支架搭設→龍門吊安裝→中桁下弦桿安裝→邊桁下弦桿安裝→中桁腹桿安裝→邊桁腹桿安裝→中桁上弦桿安裝→邊桁上弦桿安裝→下層市政橋面系安裝→上層市政橋面系安裝→管道橋面系安裝→軌道橋面系安裝→人行橋面系安裝→拱肋支架搭設→拱肋安裝→吊索安裝→吊索第一次張拉→支架拆除→瀝青攤鋪及附屬→吊索第二次張拉。

2.2 鋼桁架加工

采用REVIT 軟件對鋼桁架結構進行精確建模，鋼材的下料及加工嚴格按照BIM 圖紙進行，根據構建大小設置加工余量，保證了鋼結構加工及試拼裝的準確，減少返工概率。

鋼桿件中的上、下弦桿、腹桿，均采取單個桿件在專用胎架上制造工藝。上、下弦桿件采用后孔法劃線鉆孔，工字型腹桿孔群試拼裝配鉆，箱型腹桿孔群桿件制造完劃線鉆孔，拼接板均采用先孔法鉆孔。桿件制造完成后，單個桁面按輪次進行試拼裝，在試拼裝工序完成桿件部分孔群的配鉆。桿件平面全橋試拼裝，試拼裝合格后進行涂裝、發運。廠內加工過程如下。

零部件檢查。檢查零件的編號、外形尺寸、對角線、坡口等。

頂板上胎定位。頂板單元件上組裝平臺，將端頭與平臺上的端頭靠模靠齊，縱向基準線對線合格后，在靠模四周的平臺上點焊模板進行限位。

橫隔板定位。對線組裝隔板，控制橫隔板兩側與豎板結構組裝線的位置，以控制橫隔板與豎板的組裝間隙。

豎板定位。根據施工圖將豎板對線組裝。

另一側豎板定位及安裝箱內散裝加勁。豎板定位后，裝配另一側豎板，然后安裝吊點隔板處的散裝加勁。

箱內整體焊接。按《焊接工藝規程》《焊接作業指導書》中的焊接要求，在弦桿組裝平臺胎架上進行焊接。

箱內手工除銹做油漆。底板組裝前，應按要求清除箱內雜物、手工除銹做油漆，然后報監理確認。

底板組裝。以節點板端為基準，將桿件底板與靠模端頭對齊。

圖3 雙層鋼桁梁拱橋施工工藝

多次翻身焊接。按《焊接工藝規程》《焊接作業指導書》中的焊接要求進行焊接。桿件底板棱角焊縫施焊前，應在節點板間放置控制焊接變形的支撐工裝。

圖4 鋼桁架廠內焊接

翻身裝焊吊耳及加勁。組裝吊桿吊耳及加勁。

桿件矯正。火焰矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴禁過燒、直接錘擊和水冷。

桿件成型后底板畫線鉆孔。底板鋼針劃鉆孔線，進行鉆孔，鉆孔要求詳見《鉆孔工藝規程》。

豎板鉆孔。將桿件翻身，豎板鋼針劃鉆孔線，進行鉆孔，鉆孔要求詳見《鉆孔工藝規程》。

另一側豎板劃線鉆孔。參照上步驟，依次劃線鉆孔。

安裝橫梁腹板接頭板。待鉆孔完成后安裝橫梁腹板接頭板。

安裝橫梁底板接頭板。橫梁腹板接頭板安裝完成后，安裝橫梁底板接頭板。

整體焊接。按《焊接工藝規程》《焊接作業指導書》中的焊接要求，在平臺胎架上進行焊接。

桿件矯正。火焰矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴禁過燒、直接錘擊和水冷。

翻身裝焊附件。翻身裝焊附件，標記標識。

2.3 廠內預拼裝

按輪次進行單片桁架的試拼裝（單個桁面分四個輪次），在試拼裝工序完成桿件部分孔群的配鉆。所有桿件平面全橋試拼裝，試拼裝合格后進行涂裝、發運。

圖5 廠內試拼裝總圖

2.4 現場安裝

2.4.1 鋼管支架搭設

單個支墩主要由φ630mm×10mm鋼管、H600×300H型鋼連接而成的立體鋼支墩，支墩高度2～3m。支墩頂部設置φ377mm×8mm 調節鋼管。同時，每套臨時支墩雙拼H 型鋼上設置25t 液壓千斤頂，可對箱梁高度進行調整。跨中位置支架，增加一根鋼管，設置成固定支架，吊裝后進行焊接鎖定。

圖6 鋼管支架設計圖

2.4.2 桁架吊裝

根據該工程特性，利用現有資源及構件重量和吊裝位置最不利情況，左右幅鋼桁架部分采用兩臺125t 龍門吊安裝。待左右幅鋼桁架安裝完成后，拆除龍門吊，采用180t 汽車吊吊裝左右幅桁架之間上下層橋面系。桁架部分安裝完成后，180t 汽車吊上橋，安裝拱肋及風撐。

采用從內側向外側的安裝方法，主橋橫梁由內側向外側安裝時，需先安裝中桁架承重支架，當中桁架吊裝完成2～3 個節段后，方可進行對應邊桁架及下層橋面系的安裝。當邊桁架的安裝完成2～3 個節段后，再進行腹桿、上桁架和上層橋面系的安裝。

主橋鋼桁架采用支架法施工，跨中支架利用引江濟淮河道暫未開挖的時機，在現有繁華大道路面上搭設鋼管樁支架，先施做跨中SEK支架及支架基礎，支架由跨中向兩端逐段安裝，支架完成2～3 個單元后，可進行下桁架單元安裝，下桁架安裝2～3 個節段后再進行腹桿和上桁架及橋面系安裝，支架與桁架單元依次安裝直至兩端合攏，兩端合攏且完成市政橋面系安裝后，再進行拱肋支架安裝。

圖7 鋼桁架吊裝

2.4.3 鋼桁架栓接

高強螺栓摩擦面按《鐵路鋼橋栓接面抗滑移系數試驗方法》（TB 2137-1990）要求進行試驗，試驗采用兩栓連接形式進行。M24、M30 的螺栓各做3批試件，每批3 組，試件與產品在同批制作，采用同一摩擦面處理工藝，廠內涂裝后每批試件各試驗一組，剩余的每批2組試件與產品在同一條件下存放、運輸，在安裝前進行試驗。

2.4.4 橋面系安裝

市政橋面系采用125t 龍門吊安裝，待鋼桁架安裝并完成線型調整后，即可安裝對應市政橋面系，安裝順序為由跨中向兩端安裝。管線橋面系及軌道橋面系采用汽車吊吊裝，管線橋面系采用50t汽車吊安裝，待管線橋面系安裝完成后再進行軌道橋面系安裝，軌道橋面系采用1臺150t汽車吊同時安裝軌道橋面系橋面板。

2.4.5 拱肋安裝

桁架部分安裝完成后，汽車吊上橋，安裝拱肋及風撐，由“拱腳向中間”吊裝。拱肋及風撐采用汽車吊上橋進行安裝，在已完成橋面系上搭設鋼管樁支架，鋼管樁支架采用MIDAS CIVIL 軟件進行驗算，符合安全規范設計要求。箱型拱肋采用內部栓接、外部焊接形式連接，先栓接拱內加勁肋，再焊接拱肋對接焊縫。

2.4.6 吊索張拉

拱肋安裝至跨中合攏段時開始吊桿的安裝，吊桿采用汽車吊上橋吊裝，吊桿張拉要求橫橋向和縱橋向同時4 組吊桿，即每次同時張拉4 根吊桿。保證左右拱肋及箱梁同步均勻受力。

按吊桿參數表的張拉要求，本橋吊桿分為兩次張拉，第一次張拉是在先梁后拱后安裝吊桿的安裝張拉，張拉力按施工設計圖紙吊桿參數表提供的數據與現場監控指令進行張拉。第二次在橋面防水層、人行道、線路設備等橋面系二期恒載完成后，進行吊桿最后調索張拉，將吊桿索力調整到成橋設計目標索力值。

在吊桿第二次索力調整張拉過程中，根據施工現場監控指令進行多次調索張拉，以達到吊桿索力目標值。每次調整吊桿力幅度不宜過大，最終使吊桿索力達到設計索力目標值，不至于橋面荷載瞬間轉換引起鋼拱和橋面箱梁的變形。

圖8 基于BIM模型的監測檢測一體化系統

2.4.7 鋼桁架橋安裝精度控制①BIM技術提高加工精度

采用REVIT 軟件進行建模及模型組裝模擬，提高鋼結構加工精度，模型精度達LOD400，用BIM 對桿件進行分類編號，利用REVIT 導出鋼板下料圖紙，采用等離子數控切割機進行鋼材下料，下料誤差在0.5mm以內。

②鋼桁架梁安裝順序提高加工精度

橫向安裝順序選擇。對于鋼結構安裝變形控制方面，由內側向外側安裝，可較少產生因施工或溫度引起的拼裝間隙，橫向將56m 主橋劃分成2 段獨立進行，拼裝偶然誤差分配到2 個邊桁架上，可提高1倍安裝精度。

由跨中向拱腳兩端安裝時，安裝過程中的偶然誤差被分攤到兩端合攏段上，對合攏段的調整量小，兩端需要分別做出調整。

圖9 合攏部位

圖10 鋼桁架拱腳處合攏

③桿件安裝測量控制

按設計詳圖的桿件要求進行制作，制作完的構件經檢查合格，為保證桿件的制造線形達到設計要求，制造時搭設胎架，縱橋向及橫橋向之間必須在工廠胎架進行匹配制造。在出廠前進行預拼裝，拼裝前按設計的坡度要求進行臨時胎架架設，經過專業測量人員復測合格后方可進行預拼裝，組裝矯正后，經復測合格后對構件進行編號，桿件的上、下中心都必須做好標識，為現場安裝提供依據。

每根桿件設置4 個監控點，主桁架監控點在距離每端頭500mm 處頂板兩側各設置1 個，拱肋桿件在距離每端頭1000mm 處腹板兩側各設置1 個，橋面板在頂板側布設4個監測點。

2.4.8 鋼桁架橋施工階段監測預警研究

根據監控單位指令設置結構應力、拱軸和主梁變形、吊桿張力等數據監測預警值，在鋼桁架上安裝各類型傳感器及采集儀，實時獲取橋梁施工和運營過程中的環境荷載、橋梁特征和橋梁響應等結構相關數據，為施工期結構監測提供理論依據。通過數據分析和處理，評估橋梁的結構安全狀態，對橋梁的安全性和可靠性進行評價。對監測數據的變化趨勢以及結構狀態的演化趨勢進行模擬和預測，提前預判施工期結構風險，避免損傷進一步加劇，降低橋梁壽命期的運維成本。

圖11 成橋照片

3 結語

以REVIT 軟件為建模基礎，配合CAD 實現BIM 與工廠數控加工的對接，提高了出圖工作效率和圖紙文件一致性，能提高構件加工精度。

基于BIM 模型的可視化，對主橋鋼結構桿件安裝、施工機械布置、現場物資協調等開展全階段施工模擬，有效解決了施工交通導改、機械材料調配問題，優化施工工藝。

采用縱向由跨中向拱腳安裝，橫向由內向外安裝，先安裝鋼桁架，再安裝市政橋面系，最后安裝軌道橋面系，上下層橋呈梯隊流水安裝，可大量縮短現場吊裝工期。

主橋鋼桁架梁采用兩端合攏的方式，由跨向兩拱腳方向安裝，降低因溫度和施工因素帶來的安裝誤差，將安裝誤差由一個合攏段分攤至兩個合攏段，兩端合攏也使得誤差的可調整性、桿件安裝的可控性增強。