鐵路橋梁轉(zhuǎn)體平轉(zhuǎn)法鋼殼合龍施工技術(shù)

■ 文 / 李 強

連續(xù)梁中跨鋼殼合龍技術(shù)在近年來的橋梁轉(zhuǎn)體施工中多有應(yīng)用，該技術(shù)采用在連續(xù)梁兩個T構(gòu)的中跨端預(yù)埋鋼殼，待T構(gòu)轉(zhuǎn)體到位后，中跨合龍鋼殼與兩端預(yù)埋鋼殼連接，形成封閉作業(yè)環(huán)境，合龍段混凝土澆筑后，與中跨合龍混凝土共同受力。對比原有的掛籃合龍施工，在鐵路既有線上方避免了掛籃體系的行走、拆除作業(yè)，減少了對下方既有線的干擾，極大地降低了施工安全風(fēng)險，但同時合龍段鋼殼如何安全準(zhǔn)確就位也成為施工中急需研究解決的難題。

1 工程簡介

某高速鐵路**特大橋與某鐵路相交處以連續(xù)梁形式進(jìn)行跨越，連續(xù)梁采用（48+80+48）m跨徑組合，即264號～267號墩，梁段按施工順序共劃13個梁段，采用水平轉(zhuǎn)體施工，鋼殼合龍的施工工藝。連續(xù)梁轉(zhuǎn)體時重5800t，轉(zhuǎn)體角度逆時針78°。梁體轉(zhuǎn)動過程中距接觸網(wǎng)塔頂?shù)淖钚〈怪本嚯x為2.0m。

2 鋼殼合龍施工工藝及流程

鋼殼合龍施工工藝流程如圖1所示。

3 施工工藝及控制要點

鋼殼分為預(yù)埋段鋼殼、合龍段鋼殼。預(yù)埋段鋼殼在T構(gòu)施工時預(yù)埋于T構(gòu)中跨端頭。T構(gòu)轉(zhuǎn)體后，合龍段鋼殼從梁體合龍?zhí)庬敳肯路?，與兩端預(yù)埋段鋼殼焊接成整體。每個預(yù)埋鋼殼一端設(shè)錨固加勁肋板，錨固于梁端混凝土中；另一端為光滑面，與合龍鋼殼搭接。為避免轉(zhuǎn)體時梁端鋼殼位置沖突，預(yù)埋鋼殼搭接端加工成斜口形式，轉(zhuǎn)體后梁端鋼殼間縫隙為平行四邊形，縫寬70cm。合龍鋼殼為轉(zhuǎn)體完成后封閉梁端鋼殼縫隙的構(gòu)件，其縱向與梁端預(yù)埋鋼殼搭接，搭接長度為20cm；輪廓比梁端鋼殼略小確保其能嵌入梁端鋼殼中，內(nèi)側(cè)設(shè)錨固加勁肋板。

3.1 鋼殼加工

3.1.1 工藝要求

鋼殼材質(zhì)采用Q345D型鋼，厚度20mm，鋼殼合龍時套模應(yīng)精準(zhǔn)對位，應(yīng)選擇具有專業(yè)加工設(shè)備和能力的廠家生產(chǎn)精準(zhǔn)加工。

3.1.2 預(yù)埋鋼殼加工要點

預(yù)埋鋼殼加工需考慮掛籃構(gòu)件沖突和工廠下料合理分區(qū)及現(xiàn)場組裝分區(qū)，工廠下料合理分區(qū)旨在解決曲面不可展問題和設(shè)備加工能力的限制，現(xiàn)場組裝分區(qū)旨在便于現(xiàn)場拼裝和最大限度減少現(xiàn)場焊接工作量。設(shè)置出廠分區(qū)時，應(yīng)考慮鋼殼組件出廠過程中的交通運輸條件限制及現(xiàn)場組裝的可行性。需注意，鋼殼組件是在掛籃就位的情況下進(jìn)行吊裝，掛籃主桁架、懸挑系統(tǒng)、模板系統(tǒng)削減了吊裝作業(yè)空間，出廠分區(qū)的合理設(shè)置直接關(guān)系到預(yù)埋鋼殼能否順利安裝就位。本工程設(shè)置6塊出廠分區(qū)，分區(qū)預(yù)留焊接處預(yù)先開設(shè)坡口，如圖2所示。

鋼殼現(xiàn)場拼裝時為橫向拼裝，為避免尺寸超寬，坡口開設(shè)時適當(dāng)放大坡口根部間隙，為拼裝誤差提供補償余量，單塊板件下料時必須精準(zhǔn)控制誤差，同步完成加勁肋板焊接。板件組焊采用熔透焊，并進(jìn)行探傷檢測。出廠前按《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝及涂料供貨技術(shù)條件》（Q/CR730——2019）中第五套防腐體系做法對鋼殼外側(cè)涂刷防腐涂層。

3.1.3 預(yù)埋鋼殼下料及出廠分區(qū)合龍鋼殼加工要點

合龍鋼殼尺寸及安裝精度受兩端預(yù)埋鋼殼制約，加工前需對已成型的預(yù)埋鋼殼進(jìn)行測量，按預(yù)埋鋼殼的尺寸及位置對合龍鋼殼的設(shè)計輪廓進(jìn)行擬合并輔以必要的調(diào)整，確保合龍鋼殼能順利下放嵌入預(yù)埋鋼殼中。T構(gòu)澆筑完成后及時拆除掛籃，沿預(yù)埋鋼殼端頭均勻布設(shè)測量激光反射貼片，分布于合龍鋼殼與預(yù)埋鋼殼搭接區(qū)域兩側(cè)斷面上，觀測點在結(jié)構(gòu)有明顯幾何特征變化的點進(jìn)行加密，間距30～40cm；對梁端鋼殼測量點坐標(biāo)進(jìn)行采集，利用CAD進(jìn)行空間展繪，按設(shè)計對實測鋼殼斷面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)模擬轉(zhuǎn)體完成后鋼殼姿態(tài)，使兩鋼殼中線重合；利用CAD將預(yù)埋鋼殼實測的空間展繪點位同時向梁面中心線方向進(jìn)行投影，得到四斷面的疊合圖像，如圖3所示；圖像反映兩個T構(gòu)的預(yù)埋鋼殼施工偏差對合龍鋼殼下放位置的影響，對四斷面進(jìn)行包絡(luò)求出合龍鋼殼的內(nèi)輪廓擬合情況，對照合龍鋼殼原設(shè)計尺寸，對包絡(luò)線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整可得到合龍鋼殼實際加工尺寸。

3.2 預(yù)埋鋼殼安裝

3.2.1 施工工藝

T構(gòu)最后一個節(jié)段掛籃就位后，預(yù)埋鋼殼安裝。安裝時在掛籃模板上放樣并標(biāo)記鋼殼預(yù)埋端頭位置和梁體軸線，于鋼殼上標(biāo)記鋼殼縱向軸線，按軸線控制鋼殼安裝偏位，按鋼殼端頭標(biāo)記控制鋼殼安裝里程，由下至上的順序進(jìn)行分區(qū)塊安裝。

3.2.2 施工要點

預(yù)埋鋼殼安裝偏位過大會引起合龍鋼殼無法就位或間隙過大，應(yīng)對軸線偏差和凈空尺寸進(jìn)行重點控制。預(yù)埋鋼殼就位后復(fù)核測量翼緣、腹板方向是否與設(shè)計一致，及時糾偏調(diào)整；梁端因存在接茬鋼筋占用部分梁端凈空，影響合龍鋼殼安裝，采取人工反彎的方式避免對合龍鋼殼就位時的影響。需注意合龍鋼殼設(shè)計的外包絡(luò)尺寸等于合龍段尺寸，鋼殼兩端異側(cè)必將與梁端重合，導(dǎo)致接茬鋼筋與合龍鋼殼存在沖突，需對T構(gòu)最后一節(jié)段的梁端位置進(jìn)行調(diào)整，將梁端預(yù)埋鋼殼向中跨側(cè)移動約10cm，梁端接茬鋼筋同步移動以避讓合龍鋼殼，確保合龍鋼殼順利下放；鋼殼內(nèi)凈空控制主要為安裝時的變形，其變形主要來自于腹板自身重力作用下的撓曲、焊接時溫度應(yīng)力變形，而焊接時溫度應(yīng)力變形最為嚴(yán)重和難以控制，可采取以側(cè)模為承力面，利用千斤頂対撐或者在模板上就近焊接臨時反力座進(jìn)行頂壓來調(diào)整應(yīng)對鋼板撓曲。進(jìn)行焊接作業(yè)時，采取錯斷焊接來減少單次焊縫長度，減少鋼材因焊接高溫引起的變形。預(yù)埋鋼殼安裝完成后進(jìn)行凈空尺寸校驗和焊縫檢查，對存在的變形進(jìn)行及時矯正。

3.3 合龍鋼殼安裝

合龍鋼殼安裝施工難點在于如何在有限的天窗時間內(nèi)安全快速地轉(zhuǎn)運至合龍位置并完成安裝。若采用起重設(shè)備吊運方案，吊運重量不超過5t，最小吊運幅度51m。吊臂與接觸網(wǎng)保留不少于5m的垂直安全距離，加之考慮翼緣處高3m聲屏障及遮板高度預(yù)留，其最小吊運高度為38m，吊臂最小需求長度64m，最小仰角37°，查起重機性能表：主臂最大臂長70m，支腿寬度8.6m，配重100t計算，其臂幅為52m、臂長65.6m工況下，最大起重量為8.5t，滿足本方案要求。但采用大噸位起重機吊運設(shè)備市場需求較小，難以尋求合適的出租方；另本工程中的荷載和吊運跨距組合已接近設(shè)備極限工況，不可避免會導(dǎo)致設(shè)備動作緩慢，導(dǎo)致降低了天窗點的有效作業(yè)時間。從設(shè)備成本、吊運安全、天窗時間利用率三方面考慮，起重設(shè)備吊運都并非最佳方案。

為此，本工程設(shè)計了合龍鋼殼馱運工裝。該工裝設(shè)計時考慮了與掛籃構(gòu)件的通配性，絕大部分構(gòu)件采用掛籃構(gòu)件進(jìn)行組裝。先將合龍段鋼殼與馱運裝置在既有線范圍外的梁面上進(jìn)行拼裝，利用馱運裝置將鋼殼馱運至梁端。在合龍?zhí)齑包c時間內(nèi)將鋼殼從梁端下放至預(yù)埋鋼殼內(nèi)即可。整個鋼殼下放過程中無需使用大型起重設(shè)備，最大限度地減少了施工對既有線的影響。

3.3.1 合龍鋼殼馱運工裝構(gòu)造

馱運工裝主要由鋼殼撐架、滑梁、軌道、滑車、轉(zhuǎn)換柱5部分組成，滑車上設(shè)立柱及斜撐?；喊惭b于立柱上向T構(gòu)中跨側(cè)懸挑?；荷峡墼O(shè)吊環(huán)與鋼殼撐架連接。鋼殼與撐架采用吊繩連接固定；撐架與滑梁通過吊環(huán)連接，可與鋼殼一并在滑梁上前后滑動，用以將鋼殼及鋼殼撐架整體滑運至合龍段上方。立柱與滑車固定，與滑車一起沿軌道行走，用以馱運立柱上承的滑梁、撐架、鋼殼在梁面沿軌道滑動至梁端。軌道采用分節(jié)拼裝，通過錨栓固定于梁面，具體如圖4所示。

3.3.2 施工方法

（1）在梁面安裝軌道和滑車。用錨栓固定軌道于梁面，對滑車進(jìn)行臨時固定防止溜車，同時在梁下場地將鋼殼逐塊安裝并固定于撐架上。鋼殼與撐架之間采用倒鏈進(jìn)行柔性連接，控制因鋼殼自身剛度不足而引起的變形。

（2）將鋼殼撐架和鋼殼一起吊裝至滑車上，注意在鋼殼及撐架吊裝上梁之前，不得安裝滑梁，防止阻礙鋼殼及撐架吊裝。吊裝就位時將鋼殼連同撐架一同居中置于滑車底梁上。

（3）安裝并固定滑梁，將兩支滑梁安裝至立柱U型凹槽內(nèi)，安裝立柱蓋梁，鎖定滑梁，注意在滑梁安裝前，需先將每支滑梁上的吊環(huán)穿入滑梁后再進(jìn)行滑梁安裝。

（4）連接鋼殼、撐架與滑梁。將撐架及鋼殼吊離滑車底梁，人工配合使撐架上的螺栓孔位與吊環(huán)上的精軋螺紋鋼對齊并擰入旋緊后，撐架及鋼殼重量逐步由滑梁承擔(dān)。

（5）將撐架與滑梁進(jìn)行鎖定，防止馱運過程中撐架沿滑梁溜移。使用梁面卷揚機牽引，循環(huán)執(zhí)行推移滑車、拆裝軌道，使滑車馱運鋼殼向中跨側(cè)梁端移動。滑車前行至中跨側(cè)梁端處減緩滑車前行速度，保證滑車的鋼殼撐架滑梁懸挑前端不伸出梁端，對滑車進(jìn)行鎖定，在滑車對面梁端處安裝轉(zhuǎn)換柱及斜撐。

（6）進(jìn)入合龍施工天窗，完成滑車支撐體系轉(zhuǎn)換。合龍施工天窗開始后，解除滑車鎖定，卷揚機牽引滑車沿軌道向合龍段處繼續(xù)前行，直至滑梁懸臂端和轉(zhuǎn)換柱完成搭接，鎖定滑車，將滑梁與轉(zhuǎn)換柱通過螺栓固結(jié)。拆除滑車前支點立柱和斜撐，完成支撐結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換。

（7）解除撐架與滑梁間鎖定，拖拽撐架，使吊環(huán)滾輪沿滑梁向中跨前行至合龍鋼殼到達(dá)合龍段正上方，將撐架與滑梁進(jìn)行鎖定。同步松弛鋼殼與撐架間連接的倒鏈，勻速平穩(wěn)下落至梁端預(yù)埋鋼殼中。合龍鋼殼下落一定高度后，在鋼殼內(nèi)部設(shè)置腹板水平對拉倒鏈，控制鋼殼橫向?qū)挾?。因合龍鋼殼沿周邊的相對剛度較小，下落過程中鋼殼會發(fā)生翹曲、鼓出等彈性變形，可能產(chǎn)生與預(yù)埋鋼殼接觸無法下落的情況?？墒?、放水平對拉倒鏈，調(diào)整鋼殼橫向尺寸確保其下落。

（8）合龍鋼殼下放就位后，倒鏈上提，解除撐架與滑梁間的鎖定，拖拽撐架至滑車上，復(fù)位滑車前支腿，解除滑梁與轉(zhuǎn)換柱鎖定，退移滑車完全離開中跨合龍段上方。

（9）精細(xì)調(diào)整合龍鋼殼位置，與預(yù)埋鋼殼密貼。對于局部開縫較大的區(qū)域采用千斤頂頂壓矯正。合龍鋼殼與預(yù)埋鋼殼焊接固定。焊接時應(yīng)采取續(xù)斷焊接，單次焊接長度以10cm左右為宜，防止鋼材受熱變形。

合龍鋼殼就位后后續(xù)施工不再贅述。

4 結(jié)語

當(dāng)前，建筑工程對于安全管理和技術(shù)的要求日趨嚴(yán)格細(xì)致，橋梁轉(zhuǎn)體施工將得到廣泛應(yīng)用，鋼殼合龍技術(shù)也將被廣泛采用。然而，目前該施工技術(shù)的理論研究工作稍顯滯后，相關(guān)行業(yè)及部門應(yīng)組織開展相關(guān)工作，制定具體標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，大力開發(fā)配套工裝設(shè)備，以適應(yīng)該項技術(shù)的發(fā)展。