馬永強(qiáng)

(中國鐵路總公司 工程監(jiān)督局，北京 100844)

隨著我國鐵路建設(shè)的高速發(fā)展和鋼結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)的日益完善，越來越多的長聯(lián)大跨鋼橋廣泛應(yīng)用在鐵路橋梁上。鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好、環(huán)保、施工周期短、施工方法多樣等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于荷載大、跨度大的特殊橋梁。鋼橋的架設(shè)方法主要有支架施工、懸臂施工和整體架設(shè)3種。其中支架施工包括膺架法、纜索懸吊法等;懸臂施工包括懸臂拼裝法、拖拉法;整體架設(shè)施工包括整體吊裝法、浮運(yùn)法、轉(zhuǎn)體法、橫移法、架橋機(jī)架設(shè)法等[1-3]。

本文通過對鄭州—焦作城際鐵路黃河橋主橋11聯(lián)2×100 m連續(xù)鋼桁梁架設(shè)方案進(jìn)行研究，對工程措施、工藝工法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新性探索。

1 工程概況

新建鄭州黃河大橋?yàn)猷嵔钩请H鐵路暨改建京廣鐵路跨越黃河的公用橋梁，為四線鐵路特大型橋梁。橋址位于既有京廣鐵路鄭州黃河大橋下游110～190 m處。如圖1所示，主橋上部結(jié)構(gòu)為11聯(lián)(2×100 m)下承式連續(xù)鋼桁梁，2孔一聯(lián)，總長 2.2 km。最重一聯(lián)鋼梁質(zhì)量約 6 668 t。鋼桁梁每聯(lián)梁長199.8 m，三角形變高度桁架，邊支點(diǎn)處桁高14 m，中支點(diǎn)處桁高25 m，邊桁與中桁中心間距12.5 m。橋面從左至右布置鄭焦城際、京廣雙線鐵路。

圖1 主橋橋式布置 (單位：m)

原設(shè)計(jì)給出的指導(dǎo)方案是常規(guī)架設(shè)方案——“多點(diǎn)同步、長聯(lián)頂推”。具體方法是在主橋兩端分別設(shè)拼裝支架，每拼裝一孔向前頂推一孔，聯(lián)與聯(lián)之間用臨時桿件加固連接，形成長聯(lián)分別向主橋中間頂推，鋼梁前端設(shè)導(dǎo)梁，頂推到位后將導(dǎo)梁拆除。

原方案存在不足之處：①長聯(lián)頂推設(shè)備投入多，如水平連續(xù)千斤頂、豎向起落千斤頂、配套的控制系統(tǒng)等投入量較大，每個墩頂均須設(shè)置;②臨時措施龐大且費(fèi)用高，如前端須設(shè)置導(dǎo)梁(估算質(zhì)量 1 100 t)及其安裝平臺和拆卸平臺(估算質(zhì)量600 t)，且須增加聯(lián)與聯(lián)之間的連接加固桿件約800 t;③頂推重量大，同步控制和糾偏難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

2 新架設(shè)方案

本河段黃河主槽寬度約為2 km，枯水期水面寬約 1.2 km，67#—78#墩長期處于水中,79#—89#墩枯水期位于灘地，但79#墩沖刷風(fēng)險(xiǎn)大。橋位處不具備水上運(yùn)輸鋼梁桿件的條件，若通過棧橋運(yùn)輸，水中設(shè)施投入增多，且對黃河防洪影響大。綜合考慮安全、工期、設(shè)施投入等因素，確定第1聯(lián)—第7聯(lián)(即67#—81#墩)頂推施工，其余4聯(lián)利用枯水期(每年約9個月)懸臂拼裝的施工方案。采用單聯(lián)頂推、不設(shè)導(dǎo)梁、跨中不設(shè)臨時墩的頂推新技術(shù)。

鋼梁架設(shè)施工步驟：在67#—69#墩設(shè)鋼梁拼裝支架，第7聯(lián)拼裝完后，由69#墩向81#墩方向頂進(jìn)，在拼裝支架空出位置繼續(xù)拼裝第6聯(lián)鋼梁。如此循環(huán)，完成鋼梁頂推架設(shè)。北岸從82#墩兩側(cè)開始對稱懸拼第8聯(lián)鋼梁，逐步向88#墩推進(jìn)，如圖2所示。

圖2 鋼梁架設(shè)施工步驟

圖3 鋼桁梁整體計(jì)算模型

根據(jù)本橋鋼梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用MIDAS軟件進(jìn)行了不同工況下的仿真受力分析[4-6]，計(jì)算模型如圖3所示。計(jì)算得出鋼梁最大懸臂狀態(tài)下的撓度值為 208 mm，頂推過程中鋼桁梁構(gòu)件最大拉應(yīng)力為141 MPa，最大壓應(yīng)力為135 MPa，均滿足TB 10091—2017《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定；在11級風(fēng)載(風(fēng)速28.6 m/s)作用下，最大懸臂狀態(tài)下抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.72，滿足Q/CR 9603—2015《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)規(guī)程》抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)大于1.3的要求，整體方案可行。

3 關(guān)鍵技術(shù)

方案實(shí)施前須解決以下技術(shù)問題：①頂推力的提供方式(單點(diǎn)水平頂推力280 kN);②如何在無導(dǎo)梁狀態(tài)下安全上墩;③大噸位支架、托架的設(shè)計(jì)(單聯(lián)最大重量約 6 668 kN，中桁節(jié)點(diǎn)處最大受力 2 800 kN);④跨中不設(shè)臨時墩，雙向大懸臂過孔的整體穩(wěn)定問題;⑤如何提高頂推設(shè)施設(shè)備的周轉(zhuǎn)效率。

現(xiàn)場圍繞以上技術(shù)問題進(jìn)行研究和相關(guān)設(shè)計(jì)，形成了整套頂推新技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)分述如下。

圖4 頂推系統(tǒng)布置(單位：m)

1)頂推力的提供方式

采用后置式大噸位水平連續(xù)千斤頂單點(diǎn)、長距離頂推技術(shù)在同類橋梁中是首次采用。在鋼桁梁尾端的上下游兩邊桁安裝2臺350 t水平連續(xù)千斤頂，用27-φ17.8大直徑鋼絞線進(jìn)行拖拉，鋼絞線前端錨固在頂進(jìn)前方的墩頂錨座上，將鋼絞線的牽引力轉(zhuǎn)換為頂推力，如圖4所示。邊桁主動頂推，中桁在邊桁帶動下被動頂推，每頂推1個節(jié)間長度(12.5 m)向后倒換滑塊1次。

2)無導(dǎo)梁狀態(tài)下安全上墩

為解決無導(dǎo)梁狀態(tài)下鋼梁上墩問題，研發(fā)了變高剛性支點(diǎn)，設(shè)計(jì)安裝在鋼梁前端，實(shí)現(xiàn)無導(dǎo)梁長距離頂推。變高剛性支點(diǎn)分別設(shè)置在鋼梁三主桁前端，由豎向千斤頂、起頂梁、起頂立柱、柱腳等結(jié)構(gòu)件組成，與鋼梁之間通過高強(qiáng)螺栓連接固定。中桁設(shè)計(jì)起頂力450 kN，邊桁設(shè)計(jì)起頂力300 kN。通過剛性支點(diǎn)的變高(千斤頂起頂)帶動鋼梁上撓，節(jié)點(diǎn)底部抄墊，實(shí)現(xiàn)無導(dǎo)梁狀態(tài)下鋼梁安全上墩，如圖5所示。

圖5 無導(dǎo)梁狀態(tài)下鋼梁上墩示意

3)大噸位支架、托架的設(shè)計(jì)

圖6 鋼梁拼裝支架、托架示意

67#—69#墩設(shè)輕型拼裝支架，如圖6所示。一聯(lián)鋼梁拼裝完畢，在滑道上頂起鋼梁，轉(zhuǎn)由墩頂滑道受力，支架不承受頂推產(chǎn)生的水平力，從而降低了對支架的強(qiáng)度、剛度、沉降等的要求，大幅減輕了支架重量。68#—81#墩設(shè)大噸位墩旁托架，墩旁托架立柱為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[7]，邊墩立柱傾斜，上端用21-φ15.24鋼絞線穿過墩身對拉克服水平力。滑道梁與支座墊石密貼，頂推過程中產(chǎn)生的水平力通過滑道梁直接傳給墩帽，立柱受力得到改善。單聯(lián)鋼梁頂推時，始終有2點(diǎn)支撐在滑道上，前后端交替完成大懸臂過孔?！颁撹炝浩囱b支架”(專利號:ZL2013 2 0603067.5)和“墩旁托架”(專利號：ZL2013 2 0602605.9)分別獲實(shí)用新型專利。

4)頂推系統(tǒng)集約化設(shè)計(jì)

每頂推一跨距離，鋼絞線前錨固端須向前方墩移動一次，本裝置設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)模塊，方便拆裝倒用。錨固反力架栓接固定在鋼梁邊桁的尾端，將鋼絞線的拉力轉(zhuǎn)換為頂推力。頂推千斤頂、液壓泵站、控制柜等集中安裝在錨固反力架上，與鋼梁一同移動。一聯(lián)頂推到位后，可將頂推系統(tǒng)整體吊裝、倒用，方便快捷。專門設(shè)計(jì)了鋼絞線導(dǎo)向裝置，將鋼絞線轉(zhuǎn)向后存放于卷索盤上，方便鋼絞線的再次穿束、安裝?！扒岸隋^固裝置”(專利號：ZL2013 2 0602604.4)、“水平連續(xù)千斤頂錨固反力架”(專利號：ZL2013 2 0602603.X)和“鋼絞線導(dǎo)向裝置”(專利號：ZL2013 2 0603066.0)分別獲實(shí)用新型專利。

4 方案實(shí)施效果

方案根據(jù)工程特點(diǎn)，將頂推和懸拼相結(jié)合，多點(diǎn)作業(yè)，縮短工期約4個月，取得了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。單聯(lián)雙跨無導(dǎo)梁單點(diǎn)頂推技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)省投資，省去大量臨時設(shè)施設(shè)備如導(dǎo)梁及導(dǎo)梁拼裝平臺、聯(lián)與聯(lián)之間臨時加固桿件、拼裝支架臨時滑道等，且水平頂和豎向頂及控制設(shè)備可倒用，一次性投入少;②安全風(fēng)險(xiǎn)小，頂推重量減小,易于頂升和頂推同步控制,偏位調(diào)整難度小，質(zhì)量可控;③工期可控，各聯(lián)自成體系，拼裝與頂推分開，相互無制約，機(jī)動靈活。

5 結(jié)語

鄭焦城際鐵路黃河大橋主橋鋼桁梁架設(shè)采用頂推與懸拼相結(jié)合的方案，經(jīng)濟(jì)合理，保障了工期，其成功實(shí)施可為同類型橋梁施工提供借鑒。首創(chuàng)的“三主桁鋼桁梁單聯(lián)雙跨無導(dǎo)梁長距離頂推施工方法”，適用于多聯(lián)、等跨連續(xù)、自身剛度較大的鋼桁梁架設(shè)施工，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。其部分技術(shù)已經(jīng)在合福鐵路銅陵長江大橋等工程的鋼桁梁架設(shè)中得到應(yīng)用，取得良好效果。本橋采用頂推新技術(shù)累計(jì)頂推3000 m，形成了“三主桁鋼桁梁單聯(lián)雙跨無導(dǎo)梁長距離頂推施工方法”(專利號：ZL2013 1 0450132 X)，并獲得國家發(fā)明專利。

在具體應(yīng)用中應(yīng)注意：①頂推過程中對三桁之間的高差須嚴(yán)格控制，最大懸臂狀態(tài)三桁之間的高差應(yīng)控制在±2 mm以內(nèi)；②注意風(fēng)速的變化，避免在最大懸臂狀態(tài)下遇到極端風(fēng)速；③極端風(fēng)速時，滑塊應(yīng)置于托架柱頂或墩頂，避免滑道梁受力過大。