跨越運(yùn)營(yíng)地鐵鋼箱梁懸拼工藝技術(shù)分析
——以文忠路高架橋鋼箱梁安裝為例

楊海峰，錢(qián)葉琳 （安徽建工路港建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引言

城市交通的立體化建設(shè)進(jìn)程中，地鐵線路與市政高架橋空間交匯等情況時(shí)有發(fā)生，處理好地鐵線路與市政高架橋的相互關(guān)系是施工重難點(diǎn)。新建橋梁架設(shè)過(guò)程對(duì)周邊土體的擾動(dòng)可能會(huì)對(duì)鄰近軌道運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患，而傳統(tǒng)橋梁施工所采用的支架法存在人工投入大、施工效率慢、質(zhì)量安全管控不確定等問(wèn)題，很難適應(yīng)運(yùn)營(yíng)地鐵上方架設(shè)橋梁對(duì)施工安全的需求。

針對(duì)上述施工問(wèn)題，本文以文忠路項(xiàng)目為例，針對(duì)在運(yùn)營(yíng)地鐵上鋼箱梁懸拼安裝施工開(kāi)展技術(shù)研究，該技術(shù)具有可操作性強(qiáng)、質(zhì)量可靠、精度高、施工進(jìn)度快、對(duì)地基承載力要求低等特點(diǎn)，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 工程概況

文忠路南起包公大道，北至育秀路，主線高架橋長(zhǎng)度2.292km，互通匝道長(zhǎng)度4.193km，改造長(zhǎng)度1.850km，包含三座天橋。主線第11 聯(lián)主線上跨天水路口，28#～29#墩上跨地鐵站通風(fēng)亭，29#～30#墩之間間距58m，總長(zhǎng)度192m。

第11 聯(lián)鋼箱梁為正交異型板結(jié)構(gòu)，由頂板、底板、中腹板、邊腹板、U 肋以及I 肋組成。鋼箱梁梁高為（L/20～L/22）m，頂板設(shè)橫坡。根據(jù)受力和剛度過(guò)渡要求，鋼箱梁在不同區(qū)段采用不同的板厚，頂板板厚16mm，底板板厚20～36mm，腹板板厚16～36mm。U 肋高280mm，頂口寬300mm，板厚8mm。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段每隔3m 設(shè)置一道單板式橫隔板，兩道單板式橫隔板間插入一道框架式隔板。鋼箱梁高度為2.2～4.2m，其中位于橋墩位置處的鋼箱梁高度達(dá)4.2m，主線聯(lián)段鋼箱梁頂板橫坡2%、縱坡2.5%。

3 技術(shù)特點(diǎn)

懸拼工藝施工效率高、精度高，人員、材料、設(shè)備總體投入少。減少混凝土罐車(chē)、泵車(chē)起重吊車(chē)等設(shè)備資源投入，無(wú)需進(jìn)行模板安拆，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

將箱梁沿縱軸線方向劃分多個(gè)節(jié)段，梁廠預(yù)制和試拼裝，合格后運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，操作方便；將大跨度梁體化整為零，拼裝機(jī)作用在地面荷載小，對(duì)周邊土壤及地下構(gòu)筑物擾動(dòng)小。

梁廠預(yù)制鋼梁質(zhì)量更可靠，節(jié)段箱梁尺寸較小、重量較輕、便于運(yùn)輸，拼裝快捷，能有效縮短工期，降低造價(jià)；施工精度高，線性控制更美觀；具有噪聲小、污染低及安全性高等特點(diǎn)，社會(huì)效益明顯。

全程信息化、數(shù)字化、智能化管控。對(duì)鋼梁節(jié)段吊裝拼接、臨時(shí)構(gòu)件安裝、梁體體系轉(zhuǎn)換等全過(guò)程數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)，對(duì)施工中不符合設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)予以預(yù)警，有效保障自身作業(yè)及運(yùn)營(yíng)地鐵安全。

4 適用范圍

適用于施工場(chǎng)地受限、橋梁跨度大、線形要求高，既有軌道交通上方的橋梁架設(shè)施工。

5 工藝原理

施工工藝主要從各生產(chǎn)環(huán)節(jié)與整體工序流程出發(fā)，利用MIDAS 數(shù)值模擬和BIM 虛擬施工技術(shù)，通過(guò)虛擬動(dòng)畫(huà)模擬施工工序，對(duì)施工工序分別進(jìn)行精細(xì)化管理、多視角觀測(cè)。通過(guò)構(gòu)建虛擬施工模型，預(yù)測(cè)懸拼過(guò)程中構(gòu)件間碰撞沖突可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，判斷構(gòu)件空間位置合理性，進(jìn)而優(yōu)化調(diào)整過(guò)程碰撞點(diǎn)。

懸拼施工前在被吊件上布置兩組承重梁，在就位后利用承重梁焊接將被吊箱室與就位后的箱梁固定牢靠。施工時(shí)用吊機(jī)將箱梁吊裝就位后不松鉤，依次對(duì)吊裝節(jié)段頂板與已安裝節(jié)段的頂板、底板以及兩側(cè)腹板的臨時(shí)連接件進(jìn)行強(qiáng)迫連接，并對(duì)箱梁間的接縫進(jìn)行初調(diào)。

初調(diào)后再由鉚工精確調(diào)整，確保接縫間隙達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。接著焊接碼板保持既定位置再焊接，考慮到節(jié)段間的安裝誤差，為方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)安裝，部分節(jié)段鋼箱梁在長(zhǎng)度方向預(yù)留50～100mm 間隙。待測(cè)量符合要求后方可進(jìn)行鋼箱梁焊接。

焊接時(shí)環(huán)口位置連接采用雙拼型鋼，與鋼箱梁面板焊接，腹板和底板采用碼板馬縫；環(huán)口位置固定后，依次焊接腹板、面板和底板，最后焊接嵌補(bǔ)U 肋和T肋。工裝及相連接的頂?shù)赘拱灏惭b完畢后，吊車(chē)鉤頭緩緩松鉤，同步進(jìn)行鋼箱梁節(jié)段前端的下?lián)现当O(jiān)測(cè)，若出現(xiàn)偏差較大，及時(shí)停止松鉤，添加工裝予以糾偏。松鉤過(guò)程中，逐步減小載荷，并減小一次吊車(chē)的起重載荷，穩(wěn)定5min，確保無(wú)異常，方可正式松鉤。

在懸拼過(guò)程中對(duì)起重機(jī)脫鉤前觀測(cè)、焊接后觀測(cè)、脫鉤后觀測(cè)、吊下節(jié)箱梁前觀測(cè)，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控懸拼節(jié)段的鋼梁下?lián)现导爸苓呁翆游灰?、地鐵管片結(jié)構(gòu)變形等，并上傳至信息系統(tǒng)。施工中不符合設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)及時(shí)予以預(yù)警，并全過(guò)程中與智能控制系統(tǒng)的指令相統(tǒng)一協(xié)作，保證作業(yè)時(shí)運(yùn)營(yíng)地鐵的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

6 工藝流程和操作要點(diǎn)

6.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

6.2 操作要點(diǎn)

6.2.1 施工準(zhǔn)備

加工前對(duì)各組成部件進(jìn)行放樣、確定加工的幾何尺寸等，對(duì)加工材料劃線和號(hào)料，隨后對(duì)部件進(jìn)行下料切割，將切割的各部件焊接成單元件，最后將制作好的單元件轉(zhuǎn)運(yùn)至存放地點(diǎn)，保證存放場(chǎng)地基礎(chǔ)滿足承載要求。

6.2.2 安裝拼裝支架

共布置10 組支架，主要用于吊裝兩側(cè)邊跨的鋼箱梁。支架底部根據(jù)方案要求進(jìn)行硬化或鋪設(shè)路基板，站柱采用φ 273×8 或φ426×8 的螺栓焊管，連接系采用∠75×5 角鋼，上端分配梁采用HM440×300 及以上的型鋼（實(shí)際施工中該分配梁添加筋板進(jìn)行加固處理），調(diào)節(jié)管采用φ219×6 的鋼管進(jìn)行臨時(shí)支撐。

6.2.3 兩端配重鋼箱梁節(jié)段架設(shè)

在吊裝過(guò)程中，提前在地面劃出地鐵站上方的位置區(qū)域，并做出明顯標(biāo)記、標(biāo)識(shí)，避免起吊過(guò)程中吊車(chē)支腿或支架布置在地鐵車(chē)站站體上方的位置。同時(shí)由現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)職安全員負(fù)責(zé)監(jiān)督管控，并在履帶吊工作區(qū)域內(nèi)布置20mm 鋼板，避免履帶行走時(shí)造成原路面損壞。

兩側(cè)邊跨全部吊裝焊接完成后，拆除中跨之間的兩組臨時(shí)支架，使其與E、H 段鋼箱梁脫離開(kāi)。同時(shí)檢查28#、29#橋墩位置上的鋼箱梁是否就位，確保鋼箱梁落在28#、29#球形支座上，方可進(jìn)行中跨鋼箱梁的拼裝。

6.2.4 懸拼E箱梁的2～6#節(jié)段，并焊接成整體

各個(gè)節(jié)段鋼箱梁的拼裝順序?yàn)橄戎虚g后兩側(cè)。各個(gè)節(jié)段吊裝就位后及時(shí)進(jìn)行找正，并臨時(shí)固定，待測(cè)量符合要求后方可進(jìn)行鋼箱梁焊接，其焊接工藝及順序詳見(jiàn)工地焊接的內(nèi)容要求。上述節(jié)段鋼箱梁極端采用懸拼工藝進(jìn)行安裝，與邊跨鋼箱梁之間需連接牢固后，起重機(jī)方可松鉤。由于西側(cè)的圍擋影響履帶吊運(yùn)行，在安裝外圍挑臂時(shí)，吊車(chē)位于橋位南側(cè)進(jìn)行吊裝。

整個(gè)安裝過(guò)程需注意以下要求：①設(shè)置鋼箱梁標(biāo)高及位置控制網(wǎng)，在中跨拼裝過(guò)程中時(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)置主要工序監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如起重機(jī)脫鉤前觀測(cè)、焊接后觀測(cè)、脫鉤后觀測(cè)、吊下節(jié)箱梁前觀測(cè)等，確保位置、高程與設(shè)計(jì)相一致，同時(shí)監(jiān)控懸拼節(jié)段的鋼梁下?lián)现蹬c設(shè)計(jì)要求是否一致；②提前在被吊件上布置兩組承重梁，在就位后利用承重梁焊接將被吊箱室與就位后的箱梁固定牢靠；③橋位下方進(jìn)行可靠防護(hù)，采用鋼板與角鋼組合的框架防護(hù)罩圍住通風(fēng)亭，避免焊渣、熔渣等雜物墜落（如風(fēng)亭內(nèi)）；④在焊接過(guò)程中，注意觀察吊車(chē)的地基及使用情況，松鉤前安排專(zhuān)人檢查，符合要求后方可松鉤。懸拼段用吊機(jī)吊裝就位后不松鉤，環(huán)口位置連接采用雙拼：440×300H型鋼做工裝，材質(zhì)為Q355D，與鋼箱梁面板焊接。腹板和底板采用常規(guī)碼板馬縫，碼板尺寸為16mm×200mm×300mm，間距為300mm。環(huán)口位置固定后，先焊接腹板立焊，然后焊接面板和底板，最后焊接嵌補(bǔ)U 肋和T 肋，最后吊機(jī)松鉤。增加的工裝（雙拼工字鋼）應(yīng)盡量靠近腹板，且避開(kāi)對(duì)接焊縫的位置，以有利于鋼箱梁的組拼，并對(duì)懸拼的節(jié)段進(jìn)行加固，確保滿足要求。

①在吊裝完4#鋼箱梁節(jié)段之后，兩側(cè)的3#、5#或2#、6#鋼箱梁節(jié)段可同時(shí)進(jìn)行吊裝，并對(duì)稱(chēng)拼裝、焊接；②在4#節(jié)段工裝布置完成以及相連接的頂?shù)赘拱灏惭b完畢之后，吊車(chē)鉤頭緩緩松鉤，同步進(jìn)行4#鋼箱梁節(jié)段前端的下?lián)现当O(jiān)測(cè)，若出現(xiàn)偏差較大，及時(shí)停止松鉤并添加工裝以糾偏；③吊車(chē)鉤頭在松鉤過(guò)程中逐步減小載荷，并減小一次吊車(chē)的起重載荷，穩(wěn)定5min，確保無(wú)異常后，方可正式松鉤。懸拼G 箱梁的2#～6#節(jié)段并焊接成整體。各個(gè)節(jié)段鋼箱梁的拼裝順序?yàn)橄戎虚g后兩側(cè)。各個(gè)節(jié)段吊裝就位后及時(shí)進(jìn)行找正，并臨時(shí)固定，待測(cè)量符合要求后方可進(jìn)行鋼箱梁焊接。

7 質(zhì)量控制措施

7.1 鋼箱梁質(zhì)量控制措施

起吊系統(tǒng)使用前應(yīng)進(jìn)行整體調(diào)試和演練，確保吊裝過(guò)程中所有油缸、油路、控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

計(jì)算梁段最外兩端橫隔板與最外側(cè)腹板、面板及橋梁中心線與面板的理論線形值，利用全站儀進(jìn)行測(cè)量，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)線形偏差進(jìn)行分析。

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙明確的預(yù)拱度進(jìn)行架設(shè)。

每個(gè)階段焊接完成檢測(cè)合格后方可松鉤，松鉤不能一次到位，需要分階段松鉤，保證受力體系轉(zhuǎn)換穩(wěn)定。

7.2 鋼箱梁線型質(zhì)量控制措施

支架拼裝時(shí)，以墩柱上的箱梁節(jié)段作為總長(zhǎng)度控制點(diǎn)，順序?yàn)槎枕斾撓淞喊惭b→中跨部分安裝（預(yù)留一節(jié)調(diào)節(jié)塊）→焊接完成其他節(jié)段→測(cè)量剩余部分的長(zhǎng)度→結(jié)合對(duì)接縫的縫寬加工調(diào)節(jié)塊（調(diào)節(jié)塊比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度≥30～50mm），切口采用打磨機(jī)進(jìn)行打磨。

加強(qiáng)對(duì)焊接變形的控制。根據(jù)焊接能量比較，手工焊＜埋弧焊＜二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，本工程采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。為有效控制焊接輸入量，避免割鋸切割方法開(kāi)坡口，宜采用機(jī)械冷加工方法打坡口。此外，為防止變形，采用自動(dòng)埋弧焊時(shí)，應(yīng)采用多層多道施焊，同時(shí)埋弧焊線能量應(yīng)穩(wěn)定控制在28～33kJ/cm范圍內(nèi)，盡量降低焊接電流。

7.3 焊接質(zhì)量控制措施

必須保持焊劑中無(wú)異物、焊絲上無(wú)油繡，且二氧化碳?xì)怏w純度應(yīng)＞99.99%，施焊環(huán)境濕度應(yīng)＜80%，焊接底合金鋼的環(huán)境濕度應(yīng)＜5℃，焊接普通碳素鋼≥0℃；主要桿件應(yīng)在組裝后24h內(nèi)焊接，焊接工作應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行；露天焊接時(shí)，必須采取有效防風(fēng)、防雨措施，盡可能降低外界環(huán)境的干擾；當(dāng)待焊接構(gòu)件潮濕，必須采取有效措施對(duì)焊接部位進(jìn)行干燥，并去除浮繡等雜質(zhì)。

8 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵上鋼箱梁施工采用懸拼支撐體系，全程信息化、數(shù)字化、智能化管控，有效提高了施工效率及頂推精度，將鋼梁節(jié)段吊裝拼接、臨時(shí)構(gòu)件安裝、梁體體系轉(zhuǎn)換等全過(guò)程數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)，對(duì)施工中不符合設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)予以預(yù)警，有效保障了自身作業(yè)及運(yùn)營(yíng)地鐵安全，確保了橋梁整體線形。