大跨度鋼桁斜拉橋鋼梁架設(shè)施工技術(shù)

丁仕洪

(中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)建筑有限公司，安徽 合肥 230031)

0 引 言

我國高速鐵路網(wǎng)建設(shè)迅猛，極大地提高了人民的出行效率和舒適性。高速鐵路跨越河流、公路等通常采用橋梁結(jié)構(gòu)，而鋼桁梁橋具有剛度大、承載能力高、跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)美觀等特點(diǎn)，成了首選橋型。鋼桁梁橋常用的架設(shè)方法有：支架法[1，2]、頂推法[3]、懸拼法、浮運(yùn)法[4]等，懸拼法作為鋼桁梁橋建造的主要方法之一，不受橋址水文條件、通航、墩高等限制，特別適合于跨越大江大河的鋼桁梁橋架設(shè)施工。我國已建成的鐵路鋼桁梁橋中，滬通鐵路滬通長江大橋[5]、京福高鐵銅陵長江公鐵大橋[6]、寧安城際安慶長江鐵路大橋[7]、貴廣高鐵北江特大橋[8]等均采用了懸拼法施工。大跨度鋼桁梁斜拉橋一般均采用雙向?qū)ΨQ懸臂架設(shè)的方法，從主墩往邊墩架設(shè)、跨中合龍。對(duì)于特殊的地理氣候環(huán)境、工期要求等，鋼桁梁橋架設(shè)時(shí)可能會(huì)綜合兩種架設(shè)法方法，例如支架法+懸拼法、頂推法+懸拼法等。本文針對(duì)臺(tái)風(fēng)地區(qū)大跨鋼桁斜拉橋施工特點(diǎn)，介紹鋼梁架設(shè)采用支架法+懸拼法的綜合施工工藝，確保臺(tái)風(fēng)過境鋼梁架設(shè)安全。

1 工程概況

徐鹽鐵路連接江蘇省徐州市與鹽城市，是設(shè)計(jì)時(shí)速250 km/h的高速鐵路。鹽城特大橋是徐鹽鐵路的重點(diǎn)控制性工程，橋址位于鹽城市亭湖區(qū)新洋港與通榆河交匯處，主橋?yàn)?跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋[9]，塔梁分離，半漂浮體系。橋跨布置為(72+96+312+96+72)m，長650 m，總用鋼量約1.2萬t。兩片主桁，桁架為三角形桁架，共54節(jié)間，主桁間距15 m，節(jié)間距12 m，桁架高14 m。斜拉索為環(huán)氧涂層鋼絲，斜拉索面與主桁同一平面，橋塔錨固采用預(yù)埋錨座，索梁錨固采用錨拉板。在邊墩設(shè)置2個(gè)節(jié)間壓重區(qū)，每個(gè)節(jié)間壓重300 t鐵砂混凝土；輔助墩設(shè)置4個(gè)節(jié)間壓重區(qū)，每個(gè)節(jié)間壓重250 t鐵砂混凝土。橋梁總體布置見圖1。

圖1 鋼桁斜拉橋總體布置(單位：m)

2 總體施工方案

鹽城臨近海域，施工期間橋梁架設(shè)將受臺(tái)風(fēng)影響，常規(guī)鋼桁梁雙向懸拼施工橋梁抗風(fēng)穩(wěn)定性差，同時(shí)，主塔的施工周期長，鹽城特大橋作為徐鹽鐵路的重點(diǎn)控制性工程，工期直接影響鐵路開通運(yùn)營時(shí)間，綜合考慮最終采用邊跨、次跨支架法+主跨單向懸拼的施工方案。

根據(jù)現(xiàn)場條件，在主橋大、小里程側(cè)各布置一個(gè)鋼梁拼裝場，在1029#、1034#兩邊墩處各設(shè)置一個(gè)桿件提升站，用于桿件的垂直提升(由于1029#側(cè)橋位距新長鐵路營業(yè)線較近，屬于鄰近營業(yè)線施工，為確保列車行車安全，使用1臺(tái)履帶吊作為鋼梁桿件提升設(shè)備；1034#側(cè)橋位遠(yuǎn)離新長鐵路營業(yè)線，使用1臺(tái)100 t龍門吊作為鋼梁提升設(shè)備)。

鋼梁架設(shè)分別從1029#、1034#兩邊墩開始，依次架設(shè)邊跨、次跨、主跨，直至主跨跨中合龍。邊跨和次跨采用支架法架設(shè)，主跨采用懸拼法架設(shè)。邊跨和次跨架設(shè)時(shí)，在邊墩和主塔之間安裝承重支架。利用起吊設(shè)備(履帶吊/龍門吊)在承重支架上完成前三個(gè)節(jié)間鋼梁的安裝，形成穩(wěn)定單元后安裝WD 70型全回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī)，橋面上運(yùn)梁平車將桿件運(yùn)送至架梁吊機(jī)下方，架梁吊機(jī)從運(yùn)梁平車上提升桿件，架設(shè)鋼梁。懸臂架設(shè)時(shí)，每架設(shè)完成一個(gè)節(jié)間同步對(duì)稱安裝主塔兩側(cè)的斜拉索，直至全橋合龍；合龍后，架梁吊機(jī)退回邊墩位置進(jìn)行拆除，完成主橋鋼梁架設(shè)。鋼梁架設(shè)施工總體布置如圖2所示。

圖2 鋼梁架設(shè)施工總體布置

3 鋼梁架設(shè)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 邊跨鋼梁支架法架設(shè)施工技術(shù)

在南北兩岸的邊跨、次跨內(nèi)安裝承重支架，支架基礎(chǔ)為采用φ1.2 m鉆孔灌注樁，支架立柱采用φ1 000×20 mm的鋼管，鋼立柱橫向與縱向之間均設(shè)置管桁架連接系，鋼管材質(zhì)均為Q345B。每組承重支架立柱均位于鋼梁下弦節(jié)點(diǎn)處，橫向間距為15 m，縱向間距為12 m。鋼梁與立柱之間布置抄墊塊，用以調(diào)整鋼梁標(biāo)高。

利用邊跨處提升站(履帶吊或100 t龍門吊)，安裝前3個(gè)節(jié)間(E0-E4)鋼梁，為方便后期桿件提升，第一節(jié)間(E0-E1)僅安裝下弦桿和橋面板。前3個(gè)節(jié)間安裝完成后，在上弦桿上安裝WD 70型全回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī)，在橋面鋪設(shè)軌道并安裝運(yùn)梁平車。架梁吊機(jī)安裝完成后，利用架梁吊機(jī)從橋面運(yùn)梁平車提取桿件，架設(shè)后續(xù)鋼梁，直至主塔位置，鋼梁安裝同步完成輔助墩支座預(yù)裝和墩頂布置。每架設(shè)1個(gè)節(jié)間鋼梁，對(duì)橋中線、標(biāo)高、節(jié)間平面對(duì)角線差及桿件應(yīng)力等進(jìn)行測量，若有偏差，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。鋼梁在承重支架上安裝順序?yàn)椋合孪覘U、橋面板、斜腹桿、上弦桿、橫聯(lián)、上平聯(lián)。

橋面板單元采用兩種安裝方式，其中壓重區(qū)和主塔橫梁上方橋面板采用橋位散拼法拼裝，其余橋面板在專用胎架上拼裝成整體單元后安裝。胎架拼裝時(shí)整體單元采用“1+1”模式的正裝法進(jìn)行組拼，即預(yù)留前一輪次組裝好的1塊橋面段作為下輪次組裝的匹配段，新組裝的橋面段以匹配的為參照進(jìn)行組拼，并依次進(jìn)行下去，直至橋面板全部完成。

3.2 中跨鋼梁懸拼法架設(shè)施工技術(shù)

鋼梁安裝至主塔區(qū)域，即進(jìn)入中跨鋼梁架設(shè)，在安裝主塔區(qū)域鋼梁前，需進(jìn)行主塔橫梁上方支座的安裝。首先對(duì)主塔橫梁墊石進(jìn)行鑿毛，預(yù)裝主塔支座，按墩頂布置要求，完成墩頂糾偏裝置的布置。利用架梁吊機(jī)完成主塔處兩個(gè)節(jié)間鋼梁(E13-E15)的安裝，采用坐標(biāo)法精確校正鋼梁的橫向、縱向、豎向偏差，使已架鋼梁的中心線、支座處標(biāo)高以及支座的中心位置符合設(shè)計(jì)要求。采用壓力注漿在支座不解鎖的狀態(tài)下，對(duì)支座下座板和主塔支座墊石梁進(jìn)行錨固，并對(duì)支座上座板鋼桁梁進(jìn)行栓接；利用阻尼器安裝鉸座安裝縱向限位拉桿；在鋼梁牛腿與主塔下塔柱之間安裝橫向擋塊，完成塔梁的臨時(shí)固結(jié)。

主塔處兩個(gè)節(jié)間鋼梁安裝完成后，架梁吊機(jī)移位通過主塔，利用架梁吊機(jī)從橋面提取桿件，采用單向懸臂架設(shè)的方法，鋼梁懸臂架設(shè)時(shí)的安裝順序?yàn)橄孪覘U、斜腹桿、上弦桿、橋面板、橫聯(lián)、上平聯(lián)。鋼梁每完成一個(gè)節(jié)間的架設(shè)后，對(duì)稱安裝斜拉索，并對(duì)拉索進(jìn)行初張拉，待測量監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，評(píng)估鋼梁結(jié)構(gòu)安全可靠后，移位架梁吊機(jī)繼續(xù)下一節(jié)間鋼梁架設(shè)，直至鋼梁合龍。中跨鋼梁懸拼法架設(shè)施工示意如圖3所示。

圖3 鋼梁懸拼法架設(shè)示意圖

3.3 鋼梁合龍施工技術(shù)

鹽城特大橋地處沿海地區(qū)且跨越新洋港河航道，河面寬度約250 m，航道通航船只繁多，河口風(fēng)速大，合龍具有跨度大、懸臂長、溫度高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大跨度雙線鐵路斜拉橋單向懸拼跨中快速精確合龍的技術(shù)難度較大。

3.3.1 鋼梁合龍條件

由于本橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為半漂浮體系五跨連續(xù)鋼桁斜拉橋，在合龍施工前，采取僅將徐州側(cè)塔梁臨時(shí)固結(jié)釋放，鹽城側(cè)不釋放的措施，研究合龍需要控制的基本條件。在安裝荷載和自重的作用下，徐州側(cè)(左側(cè))梁截面a-b有轉(zhuǎn)角φ1，鹽城側(cè)(右側(cè))梁端面c-d有轉(zhuǎn)角φ2，b、d兩點(diǎn)均有垂直撓度和水平位移，要實(shí)現(xiàn)跨中無應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)制合龍須滿足四個(gè)基本條件(參數(shù)含義如圖4所示)：①轉(zhuǎn)角的影響：φ1=φ2=0；② b、d兩點(diǎn)不同的撓度、高差的影響：Zb=Zd；③ b、d兩點(diǎn)順橋向水平位移、里程不一致的影響：ΔXb=ΔXd；④左右兩段鋼梁平面中線不在一條直線上的影響：Yb=Yd。

圖4 合龍口偏差示意圖

3.3.2 合龍敏感性分析

針對(duì)本橋合龍?zhí)攸c(diǎn)，建立全橋有限元分析模型(圖5)，開展合龍口敏感性研究[10,11]。結(jié)合合龍方案中可采用的合龍調(diào)整措施，分析影響合龍口處三個(gè)方向的敏感因素如下：

圖5 主橋合龍敏感性分析模型

(1)X方向(橋跨方向)：塔梁縱移、合龍口頂拉、溫度變化。

(2)Y方向(橫橋方向)：上下游對(duì)拉。

(3)Z方向(豎向方向)：局部拉索調(diào)整、跨中配重。

通過理論分析，在徐州側(cè)塔梁約束釋放的條件下，塔梁縱移、合龍口頂拉對(duì)合龍口沿橋跨方向X位移影響較大，調(diào)整拉索及跨中配重對(duì)合龍口沿豎向Z位移影響較大，上下游對(duì)拉對(duì)合龍沿橫橋方向Y位移影響較大，為合龍調(diào)整措施選擇提供了理論依據(jù)。

3.3.3 合龍施工工藝

根據(jù)合龍敏感性理論計(jì)算，結(jié)合對(duì)徐州側(cè)合龍口測量數(shù)據(jù)的分析，在安裝合龍桿件時(shí)需要考慮鋼梁縱移以滿足合龍桿件安裝。在徐州側(cè)1031#主塔處利用阻尼器預(yù)埋件和抗風(fēng)裝置改造設(shè)計(jì)了縱移裝置，輔助北岸鋼梁整體縱移。結(jié)合前期對(duì)溫度及鋼梁合龍口的觀測，確定凌晨3∶00-6∶00(環(huán)境溫度25 ℃)進(jìn)行下弦合龍段安裝；合龍前解除1031#塔梁固結(jié)，安裝主塔縱移裝置進(jìn)行鋼梁縱移保證合龍桿件安裝，一端與懸臂端栓接，另外一端不連接。待上下弦合龍桿件、斜腹桿合龍桿件安裝后，此時(shí)合龍口形成。按照先上、下弦桿合龍，再進(jìn)行斜腹桿的合龍順序，當(dāng)主桁沖釘全部按50%打好后，開始進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓施擰工作，完成中跨合龍。

(1)橫向調(diào)整：通過2臺(tái)10 t導(dǎo)鏈將上弦上下游節(jié)點(diǎn)對(duì)拉，使其橫向偏差減小，輔助放松合龍口需要調(diào)整側(cè)的斜拉索進(jìn)行調(diào)整。通過以上措施調(diào)整鋼梁軸線偏差，將合龍口橫向相對(duì)偏差減小至5 mm以內(nèi)。

(2)豎向調(diào)整：通過調(diào)整合龍口斜拉索索力輔以懸臂端壓重(懸臂端壓重采用混凝土塊，壓重重量30 t)等措施，使合龍口豎向的相對(duì)偏差減小至5 mm以內(nèi)。

(3)縱向調(diào)整：合龍桿件安裝好以后，等待選定的合龍溫度，輔助上下弦合龍口的頂拉設(shè)備(200 t液壓千斤頂及頂座、頂板等)，使縱向相對(duì)偏差值減少，直到4根弦桿均穿上圓孔合龍鉸為止，然后抽去合龍鉸軸，使合龍點(diǎn)處于鉸接狀態(tài)，按照規(guī)定進(jìn)行高栓擰緊。

4 結(jié)束語

通過對(duì)徐鹽鐵路鹽城特大橋結(jié)構(gòu)形式、地理氣候條件、現(xiàn)場條件的綜合分析，提出鋼桁斜拉橋采用邊跨、次跨支架法+中跨單向懸拼的施工方案。該橋于2017年5月1日開始鋼桁梁架設(shè)，2018年8月25日順利實(shí)現(xiàn)鋼桁梁跨中合龍。施工中從大型臨時(shí)支架布置、鋼梁支架高位拼裝、懸拼限位、跨中合龍等方面出發(fā)，充分考慮鋼桁斜拉橋的施工特點(diǎn)，理論分析結(jié)合施工監(jiān)測，解決了大跨度高速鐵路鋼桁斜拉橋的單向懸拼架設(shè)施工難題。支架法+懸拼法綜合施工技術(shù)在鋼桁斜拉橋的成功應(yīng)用，降低了臺(tái)風(fēng)地區(qū)鋼桁梁橋架設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，可為類似橋梁工程施工提供借鑒。