系桿拱橋整體拖移施工技術(shù)研究

魯丁坤 程海根 鄒常進(jìn)

(1.華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌 330013;2.上海先科橋梁隧道檢測(cè)加固工程技術(shù)有限公司，上海 200000)

1 工程概括

主橋采用L=168 m剛架式鋼管混凝土系桿拱橋。主橋長(zhǎng)172 m，橋面寬24 m。工程為湖南省首個(gè)同時(shí)“跨江、跨城市主干道、跨鐵路”的“三跨”工程，橋梁跨江又穿經(jīng)交通量密集的既有線路和城市干道，是國內(nèi)第二大跨度的下承式鋼管混凝土系桿拱橋。項(xiàng)目具有以下重難點(diǎn):

1)本次系桿拱梁的平移要跨越十?dāng)?shù)條火車軌道，距離較長(zhǎng)。

2)平移的系桿拱梁，重量和面積大，需要使用的設(shè)備多，控制就位困難。

3)在平移施工過程中，走行軌道可能出現(xiàn)明顯變形，需要制定相應(yīng)的位移補(bǔ)償措施。

4)系桿拱橋處于車站客車到發(fā)場(chǎng)和客車整備所，站內(nèi)有多條線路。鐵路客、貨運(yùn)營極為繁忙，列車調(diào)車頻度高，且站場(chǎng)兩側(cè)存在大量的地上地下管線。

5)安裝就位精度的要求較高，需要采用能夠進(jìn)行調(diào)整拱架多個(gè)方向位移的設(shè)備。

2 整體拖移施工方案

該橋橫跨車站工作場(chǎng)所，為了保證站內(nèi)各火車線路的正常運(yùn)行，在進(jìn)行梁體施工前，先要在鐵路上方搭設(shè)防護(hù)系統(tǒng)。在橋梁拖移前，必須完成縱向鋼桁梁立柱、防電板的安裝、門式吊架的安裝。

2.1 系桿拱梁平移施工的主要流程

在施工材料、設(shè)備及人員進(jìn)場(chǎng)之后，在進(jìn)行系桿拱橋的主拱平移之前，需要同時(shí)進(jìn)行三方面的工作:一方面，完成萬能支架的拼裝，對(duì)重物移位器進(jìn)行位置固定和安裝，對(duì)主拱拱趾進(jìn)行水平張拉，拱圈進(jìn)行部分拼裝，安裝移梁支架抄墊結(jié)構(gòu)，安裝主拱后對(duì)主拱拱腳進(jìn)行水平張拉，完成主拱牽引系統(tǒng)的安裝，對(duì)主拱平移的系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)試;另一方面，在移梁跑道桁架拼裝完成后進(jìn)行跑道預(yù)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足要求后進(jìn)行移梁跑道橋面系的安裝，最后對(duì)完成安裝的移梁跑道桁架進(jìn)行縱移;還有一方面是對(duì)移梁施工的工程監(jiān)測(cè)，需要同時(shí)進(jìn)行對(duì)主拱線性、移梁的各個(gè)支點(diǎn)沉降值、主拱移梁各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力、移梁支架應(yīng)力、移梁跑道桁架應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。完成這三方面工作之后進(jìn)行主拱的平移，使主拱就位，對(duì)主拱位置進(jìn)行三維精調(diào)，灌注拱肋鋼管混凝土，將主拱與橋面連接。在系桿安裝與調(diào)試后拆除移梁支架，同時(shí)對(duì)系桿安裝的施工進(jìn)行系拱索、主線橋面線性、主拱應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。最后進(jìn)行成橋試驗(yàn)，檢驗(yàn)施工質(zhì)量。

2.2 系桿拱梁平移施工具體方案

搭設(shè)防護(hù)系統(tǒng)，澆筑平移臨時(shí)支墩，在支墩上安裝縱桁梁、安裝移梁跑道、重物移位器和萬能桿件拼接成的支架。部分拱肋完成拼裝之后，進(jìn)行整體拖移，對(duì)拖移后的拱肋做三維調(diào)整，使其與剩余拱肋拼合對(duì)接。在對(duì)接成功后，灌注拱肋混凝土，拆除之前安裝的萬能桿件支架及縱桁梁。

具體施工過程分為以下五個(gè)階段:

第一階段:移梁臨時(shí)支墩施工。

在圖示規(guī)定位置施工縱移臨時(shí)支墩，完成的臨時(shí)支墩必須保證單處的工作承載力，且在荷載的作用下沉降值必須小于1 cm。布置位置如圖1所示。

圖1 臨時(shí)支墩及縱移跑道立面布置示意圖

第二階段:鋼桁梁施工。

1)對(duì)立柱的處理。鋼桁梁跑道采用分段拼接后縱向拖移的辦法，在拖移過程中會(huì)出現(xiàn)較大的水平力，為了抵消水平力，在主墩一側(cè)的臨時(shí)支墩上的立柱之間設(shè)置剪力撐。若出現(xiàn)立柱縱橋向?qū)挾容^小，可在兩立柱頂設(shè)置一道水平連接。

2)布置拖移裝置。在每組立柱頂端設(shè)置4個(gè)倒置滾輪，滾輪的底座與立柱頂端連接固定，桁架底倒放鋼軌，鋼軌與桁架固定。采用卷揚(yáng)機(jī)縱拖，每側(cè)布置一臺(tái)30 t拉力設(shè)備，通過導(dǎo)向輪拖移桁架前移。

3)桁架拖移就位。桁架通過三次拼裝拖移就位。第一段于引橋及地面上預(yù)先鋪設(shè)好枕木，分節(jié)進(jìn)行拼裝。完成后用吊機(jī)安裝拼接橫向聯(lián)系梁。其中第一條聯(lián)系梁暫不拼接，等桁架拼裝完畢后再拼接。第一段拼完后縱移到位。第二段采取相同方法拼裝，到位后與第一段進(jìn)行連接。此時(shí)第一條橫向聯(lián)系梁利用吊機(jī)拼裝，在主墩位置將跑道與主墩連接，將滾輪鎖死，并在滾輪下加以抄墊。最后安裝好橫向聯(lián)系梁的牛腿(見圖2～圖4)。

圖2 引橋處拼接第一段跑道

第三階段:拼裝龍門吊吊裝拱橋鋼橫梁。

鋼桁梁跑道安裝縱移完畢后，在跑道上拼裝龍門吊，利用龍門吊吊裝拱橋鋼橫梁。

圖3 第一段跑道縱移到位

圖4 拼接第二段跑道并與第一道連接

第四階段:拼裝支架及拱肋。

首先在跑道東側(cè)拼裝第二節(jié)拱肋下的支架。在支架拼裝完畢后，使用吊機(jī)吊裝拱肋，拱肋吊裝縱移。繼續(xù)安裝第三至六節(jié)拱肋支架及拱肋并繼續(xù)向西縱移。縱移到位后安裝第七節(jié)拱肋，安裝張拉縱向系桿、豎向系桿，最后吊裝縱梁、對(duì)橋面系進(jìn)行施工(見圖5～圖7)。

圖5 第三節(jié)拱肋支架拼裝示意圖

圖6 第二至六節(jié)拱肋拼裝示意圖

圖7 拱橋拱肋拼裝成型示意圖

第五階段:拆除支架及跑道鋼桁梁。

在拱橋主體施工完畢后拆除支架體系，將跑道梁按照拼裝縱移的逆順序進(jìn)行縱移分離為兩段后拖拉拆除。

3 施工主要工藝

3.1 萬能桿件支架

萬能桿件是施工中的一種常備式桿件，主要用來拼裝工程中的臨時(shí)使用的輔助鋼結(jié)構(gòu)。一般萬能桿件均按2 m節(jié)間進(jìn)行拼裝，受力模式為二力桿。與其他結(jié)構(gòu)形式相比，萬能桿件體系具有結(jié)構(gòu)受力清楚、拼裝方便、形式多樣、可懸拼跨度大等優(yōu)勢(shì)。本工程的支架及走道均采用萬能桿件。

3.2 動(dòng)力系統(tǒng)

縱移施工中動(dòng)力系統(tǒng)采用的是PLC控制系統(tǒng)。其控制方法包括位移控制、頂力控制及力與位移雙控制。位移控制中，位移傳感器將各點(diǎn)位移值輸入到PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)通過“冒泡排序法”比較尋找大小值及之間的差值，統(tǒng)計(jì)出各點(diǎn)位移值的平均值，大于平均值放慢，小于則加快。然后由PLC系統(tǒng)控制高頻閥進(jìn)行超限停機(jī)和流量控制;頂力控制中，壓力傳感器將各點(diǎn)頂力值輸入PLC系統(tǒng)，在系統(tǒng)中與各計(jì)算允許值比較，通過報(bào)警停止和繼續(xù)加力實(shí)現(xiàn)壓力控制;雙控方式以位移控制為主，壓力控制為輔。

移梁階段，梁體姿態(tài)控制采用12點(diǎn)同步。其中以力控制為主，位移控制為輔，以容許承載力來控制承重后的各支點(diǎn)實(shí)際承載力。位移控制采用絕對(duì)姿態(tài)控制，通過靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量，誤差超過5%后，則需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。移梁牽引動(dòng)力，采用4點(diǎn)同步控制系統(tǒng)。其中以位移控制為主，力控制為輔。位移同步精度控制在±2 mm以內(nèi);力以超過計(jì)算控制力15%則停止拖拉，查找原因。主拱安裝時(shí)的三維精調(diào)，采用48點(diǎn)同步頂推，精度控制在±2 mm以內(nèi)。

4 施工監(jiān)控

梁體拖移時(shí)，在拱橋主拱上布置五個(gè)反光標(biāo)。采用全站儀定時(shí)進(jìn)行測(cè)量(每個(gè)行程測(cè)量一次)，從而達(dá)到對(duì)主拱線形的監(jiān)控。主拱移梁支撐點(diǎn)處設(shè)置靜力水準(zhǔn)儀，橋墩或遠(yuǎn)端固定安裝基準(zhǔn)點(diǎn)，在梁體拖移時(shí)進(jìn)行沉降監(jiān)控。主桁架梁、支撐塔架通過檢算后，對(duì)最大拉桿及壓桿需進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控。主拱應(yīng)力監(jiān)控分6個(gè)截面，每個(gè)截面上下分別布2個(gè)應(yīng)力點(diǎn)，各截面需8個(gè)應(yīng)力點(diǎn)，共48個(gè)應(yīng)力點(diǎn)，如圖8所示。

圖8 主拱應(yīng)力監(jiān)控點(diǎn)布置示意圖

主拱安裝過程中，系桿應(yīng)力隨時(shí)在變化，故需對(duì)主拱系桿在安裝過程中進(jìn)行全程監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括:主拱圈線形;主拱應(yīng)力;橋面線形;索力。

5 結(jié)語

1)在拱肋平移過程中，重物移位器在鋼桁梁的不同位置產(chǎn)生的撓度不同，因此在施工過程中需要時(shí)刻對(duì)桁梁的撓度進(jìn)行監(jiān)控，出現(xiàn)偏差后需要及時(shí)補(bǔ)償。

2)在施工過程中發(fā)現(xiàn)大霧、大雨及6級(jí)以上大風(fēng)時(shí)，不適宜進(jìn)行平移鋼梁相關(guān)的作業(yè)。

3)剛架式系桿拱橋整體拖移技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境下為新建橋梁提供了一種新穎實(shí)用的技術(shù)，并且為工程節(jié)約大量的資金，大大縮短了工程工期，降低了對(duì)環(huán)境的影響。

［1］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］劉曉初，楊壽忠，黃澤成，等.萬能桿件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探討［J］.基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程，2010(1):115-118.

［4］藍(lán)戊己，顧遠(yuǎn)生.大型橋梁整體頂升平移關(guān)鍵技術(shù)［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2010(6):687-689.