王強(qiáng)

（京福鐵路客運(yùn)專線安徽有限責(zé)任公司，安徽合肥 230001）

0 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的蓬勃發(fā)展，無(wú)砟軌道橋梁跨度不斷突破。連續(xù)梁鋼管拱橋是經(jīng)濟(jì)適用的大中跨度橋梁方案，針對(duì)鋼管拱安裝，很多學(xué)者對(duì)安裝方案開展研究。陳海［1］通過合福鐵路南淝河特大橋?qū)Ω咚俟方煌ㄓ绊?、安全風(fēng)險(xiǎn)、工期要求、施工費(fèi)用等分析比選，確定采用鋼管拱異位拼裝縱移就位的安裝方案；盛圣勝［2］結(jié)合深茂鐵路160 m 主跨連續(xù)梁鋼管拱，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)采用原位拼裝施工，安全快捷完成鋼管拱安裝。李平［3］以廣珠鐵路虎跳門特大橋主橋 （120+248+120）m 連續(xù)剛構(gòu)和柔性拱組合結(jié)構(gòu)為載體，研究鋼管拱提前組拼、大節(jié)段拼裝、大噸位吊船分段吊裝上橋工藝。王東輝［4］在宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋中，對(duì)鋼管拱豎向轉(zhuǎn)體施工工藝進(jìn)行研究。張春新［5］以秭歸青干河大橋主橋?yàn)檩d體，研究鋼管拱桁架節(jié)段纜索吊機(jī)斜拉扣掛懸臂拼裝法。眾多學(xué)者開展橋梁鋼管拱安裝工藝研究，理論與實(shí)證成果較為豐富，但由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境、工期要求、工裝設(shè)備等多方面因素影響，不同的連續(xù)梁鋼管拱橋采用不同的安裝工藝?，F(xiàn)基于前人經(jīng)驗(yàn)，以商合杭高鐵淮河特大橋主橋?yàn)楸尘?，展開大跨度鋼管拱施工工藝優(yōu)化研究。

1 工程概況

商合杭高鐵（商丘—合肥—杭州高速鐵路）是列入國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的高等級(jí)鐵路，被譽(yù)為“華東第二通道”，經(jīng)過河南、安徽、浙江3 省，全長(zhǎng)794.55 km，設(shè)計(jì)速度350 km/h。該線路采用CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道，正線數(shù)目為雙線，線間距5.0 m，最小行車間隔3 min，列車豎向靜活載采用ZK活載。

該線在安徽省淮南市壽縣橫跨淮河，淮河特大橋主橋設(shè)計(jì)采用（112+228+112）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁和柔性拱組合結(jié)構(gòu)橋梁，全長(zhǎng)452 m，是目前高速鐵路無(wú)砟軌道連續(xù)剛構(gòu)拱橋最大跨度橋梁。

拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，拱軸線采用二次拋物線，計(jì)算跨度220 m，矢高44 m，等高度啞鈴形截面，截面高度3.8 m；拱肋弦管直徑1.3 m，由30 mm厚的鋼板卷制而成，弦管之間采用厚20 mm 鋼綴板連接，鋼管拱總質(zhì)量1 300 t?；春犹卮髽蛑鳂蛄⒚媸疽庖妶D1。

圖1 淮河特大橋主橋立面示意圖

2 總體施工方案

2.1 方案比選

大跨度鋼管拱施工常規(guī)采用原位拼裝、異位拼裝、纜索吊裝、大型節(jié)段吊裝、豎向轉(zhuǎn)體等施工方法?；春犹卮髽蛑鳂蜾摴芄霸O(shè)計(jì)為豎向轉(zhuǎn)體，在施工過程中充分考慮到安全、質(zhì)量和工期影響，異位拼裝、原位拼裝、豎向轉(zhuǎn)體法耗時(shí)長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性差、安全風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)控制困難；纜索吊裝、水平轉(zhuǎn)體法不具備充分的施工條件，綜合比選后采用部分整體同步提升法。研究采用“超大型構(gòu)件液壓同步提升技術(shù)”［6］一次整體提升，不僅施工方便，而且安全隱患大大降低，更能節(jié)省大量腳手架費(fèi)用。

2.2 施工方案

鋼管拱肋廠內(nèi)制造完成汽運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，在橋下拼裝場(chǎng)內(nèi)將36 個(gè)小節(jié)段鋼管拱組拼為8 個(gè)大節(jié)段拱肋（邊拱4節(jié)，158.8 t/節(jié)；中拱4節(jié)，182.0 t/節(jié)）。

用500 t浮吊將8個(gè)大節(jié)段依次吊裝至橋面的臨時(shí)拼裝支架上，其中邊拱在原位支架安裝，中拱在橋面矮位支架上拼裝，通過橫撐將拱肋焊接成空間整體桁架后，利用橋面上的同步提升吊架和數(shù)控同步系統(tǒng)整體提升到位。為了確保成橋后拱肋線形及受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，在中拱的臨時(shí)拱腳處，左右兩幅設(shè)置臨時(shí)對(duì)拉系統(tǒng)，對(duì)拉力及預(yù)拱度由設(shè)計(jì)單位復(fù)核，以避免豎向提升時(shí)產(chǎn)生次應(yīng)力。最后通過橋面汽車吊安裝鋼管拱嵌補(bǔ)段合龍成型。鋼管拱整體同步提升示意見圖2。

鋼管拱成拱后進(jìn)行焊縫檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行鋼管混凝土灌注，按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求依次完成鋼管拱混凝土的頂升施工，并拆除支架和安裝吊桿，最后張拉、精調(diào)吊桿。

3 大跨度鋼管拱整體同步提升組合施工

3.1 鋼管拱節(jié)段劃分

鋼管拱節(jié)段廠內(nèi)加工時(shí)，全橋按照36 個(gè)小節(jié)段進(jìn)行加工，節(jié)段長(zhǎng)度、數(shù)量及理論質(zhì)量見表1。

圖2 鋼管拱整體同步提升示意圖

表1 鋼管拱節(jié)段劃分及參數(shù)

3.2 鋼管拱加工

鋼管拱制造節(jié)段劃分，總體分為拱腳、主拱節(jié)段、橫撐單元3大部分進(jìn)行制造；同步進(jìn)行鋼管拱制造節(jié)段胎架制作，采用臥式胎架拼裝技術(shù)可提高節(jié)段定位焊接精度［7］，避免鋼管拱管節(jié)變形；在胎架上完成各管節(jié)、加筋板、橫隔板等部件的組裝、矯正及焊接，驗(yàn)收合格后進(jìn)行涂裝標(biāo)識(shí)出廠。

3.3 鋼管拱節(jié)段運(yùn)輸、橋下組拼

鋼管拱小節(jié)段水運(yùn)至橋位附近拼裝廠后，采用大型履帶吊車起吊段鋼管拱至拼裝支架上進(jìn)行組裝，按照先河岸后河中的順序依次放置，將36 個(gè)小節(jié)段依次焊接成8個(gè)大節(jié)段。鋼管拱拱肋上方設(shè)置吊耳，通過斜支撐作為防傾覆措施。兩組拱肋間通過設(shè)置卡板限位，防止移位傾覆。鋼管拱組拼施工示意見圖3。

3.4 橋上鋼管拱安裝

大節(jié)段拱肋安裝按照“先中拱，后邊拱，先左側(cè)，后右側(cè)”順序進(jìn)行。

最大起吊質(zhì)量182 t，采用500 t 浮吊將橋下組拼后的大節(jié)段鋼管拱分批次吊裝上橋；根據(jù)鋼管拱的分段，在起吊時(shí)調(diào)整浮吊臂架的角度，角度控制在50°～65°；通過浮吊起吊雙吊鉤調(diào)整鋼管拱空中體態(tài)，滿足橋上支架設(shè)置要求。

中拱大節(jié)段吊裝至橋面支架并與橫撐焊接成型后，設(shè)置臨時(shí)系桿對(duì)拉鋼管拱，成拱肋“弓弦效應(yīng)”，避免提升過程中拱肋受自質(zhì)量影響導(dǎo)致變形，進(jìn)而控制拱肋軸線。

圖3 鋼管拱組拼施工示意圖

3.5 同步提升支架設(shè)計(jì)

同步提升支架采用空間桁架結(jié)構(gòu)［8］，鋼管立柱和型鋼連接系見圖4。提升支架鋼管立柱設(shè)置在梁體腹板上倒角處；提升吊點(diǎn)設(shè)置在支架懸挑部位，保證拱肋在提升過程中不與支架連接系沖突；立柱底設(shè)置H 型鋼縱梁，用于分解鋼管立柱的集中受力點(diǎn)，避免損傷梁體；立柱頂設(shè)置縱、橫向分配鋼箱梁用于設(shè)置提升千斤頂?shù)觞c(diǎn)；提升支架高度按照起吊點(diǎn)位置鋼管拱設(shè)計(jì)高度+3 m 控制，保留鋼管拱提升到位后精細(xì)微調(diào)空間。

圖4 鋼管拱同步提升支架

3.6 鋼管拱整體同步提升

3.6.1 鋼管拱支架系統(tǒng)

鋼管拱支架由邊拱原位支架、中拱矮位支架、同步提升支架3部分組成。

（1）邊拱原位支架。采用大直徑鋼管立柱作為受力主體，利用預(yù)埋在梁體內(nèi)的鋼板作為固定點(diǎn)。支架高度為27 m，鋼管分節(jié)進(jìn)行拼接，并采用長(zhǎng)大鋼管作為縱向連接系。

（2）中拱矮位支架。采用牛腿立柱支架，根據(jù)梁體受力特性，將其設(shè)置在梁體跨中位置。鋼管支架高度設(shè)置滿足鋼管拱未提升前的矢高要求，并在橫橋向設(shè)置牛腿鞍座，用于放置鋼管拱，并避免支架基礎(chǔ)設(shè)置在梁體翼緣板上。

（3）同步提升支架（見圖4）。采用長(zhǎng)大直徑鋼管立柱，支架高為40 m，縱橫向連接系間隔6 m 進(jìn)行布置，懸挑鋼箱梁采用Q345材質(zhì)30 mm厚鋼板廠內(nèi)制造，設(shè)置在同步提升支架橫橋向，同時(shí)保證大小里程鋼箱梁頂高程一致。

3.6.2 鋼管拱對(duì)拉系統(tǒng)

對(duì)拉系統(tǒng)由拉耳、油缸支架、臨時(shí)系桿、錨具組成。拉耳采用Q345 材質(zhì)鋼板組合焊接成整體后安裝在拱肋處，并在拱內(nèi)對(duì)應(yīng)位置焊接環(huán)形加筋板補(bǔ)強(qiáng)，油缸支架采用廠制成品，臨時(shí)系桿為19-φ15.2 mm 鋼絞線，錨具采用19 孔具有自鎖能力成品錨具。且臨時(shí)系桿單根拱肋必須采取雙股鋼絞線、保證在對(duì)拉過程中拱肋不會(huì)因受力不均勻?qū)е落摴芄皩?duì)拉后偏心。

3.6.3 提升系統(tǒng)

（1）試提升。吊裝設(shè)備采用計(jì)算機(jī)數(shù)控液壓同步提升系統(tǒng)，每側(cè)布置2 臺(tái)300 t 的千斤頂，4 束19 根鋼絞線提升；提升前檢查整體提升系統(tǒng)的工作情況并解除提升結(jié)構(gòu)與地面的所有連接；采用手動(dòng)方式完成油缸的行程，提升至脫離臨時(shí)支撐架30 cm處，空中停滯1～2 h，觀察整個(gè)結(jié)構(gòu)和提升系統(tǒng)的情況，滯留24 h后，試提升結(jié)束。

（2）正式提升。提升與臨時(shí)對(duì)拉交叉進(jìn)行，按照20%逐級(jí)加載，當(dāng)對(duì)拉力達(dá)到90%時(shí)進(jìn)行鋼管拱線性測(cè)量，對(duì)拉時(shí)監(jiān)控鋼管拱線性，同時(shí)在對(duì)拉前需將中拱支架鞍座位置約束解除，豎向提升力與對(duì)拉力基本保持相等；正常提升4～5 h，期間隨時(shí)記錄4 個(gè)千斤頂?shù)奶嵘谐蹋话窗惭b要求，鋼管拱整體提升至預(yù)定高度后，若吊點(diǎn)與端頭對(duì)接高度不符，可進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)整，并鎖定提升油缸下錨。

（3）精確定位。在鋼管拱上弦拱接近對(duì)口位置時(shí)，降低提升速度，通過逐點(diǎn)手動(dòng)控制每點(diǎn)油缸上升或下降，精確定位；待拱嵌補(bǔ)段合龍焊接完成后，提升吊點(diǎn)逐步卸載，卸載按提升分級(jí)進(jìn)行，同時(shí)對(duì)拱肋標(biāo)高位置進(jìn)行復(fù)測(cè)。

3.6.4 應(yīng)力結(jié)構(gòu)分析

有限元分析法可較好地輔助控制拱肋線形［9］，利用Midas Civil 軟件模擬支架提升及鋼管拱受力（見圖5、圖6），并針對(duì)應(yīng)力、穩(wěn)定性和變形量進(jìn)行分析。

同步提升支架最大應(yīng)力104 MPa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范；支架最大位移28 mm，溫度系數(shù)可達(dá)12，滿足要求。

圖5 鋼管拱同步提升支架受力分析

圖6 拱肋組合應(yīng)力圖

鋼管拱整體提升組合應(yīng)力為107 MPa；鋼絞線軸向拉力計(jì)算值為2 134 kN，拱肋豎向變形位移值為-13 mm，順橋向變形位移值為+1 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.7 鋼管拱監(jiān)控測(cè)量

通過監(jiān)控措施可較好地控制鋼管拱的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容［10］，對(duì)拱肋在不同狀況下數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，為防止陽(yáng)光照射引起鋼管拱段溫差變形引入測(cè)量誤差，在早上8點(diǎn)前和下午6點(diǎn)后對(duì)鋼管拱的軸線測(cè)量、校正。

（1）拱座拱肋預(yù)埋定位測(cè)量。拱座安裝后觀測(cè)定位尺寸和傾斜度，保證精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）拱肋臨時(shí)定位及安裝測(cè)量。將臨時(shí)支撐的定位軸線和高程測(cè)設(shè)并放于橋梁面，架設(shè)2 臺(tái)互成90°夾角的全站儀，監(jiān)測(cè)臨時(shí)支撐的調(diào)整。

（3）拱肋、橫撐測(cè)量。拱肋測(cè)量主要分為3 部分：邊跨原位安裝、中跨低位拼裝、中跨提升到位測(cè)量；在吊裝前，將反光貼貼于標(biāo)記處；吊裝時(shí)，測(cè)量人員架設(shè)全站儀觀測(cè)每個(gè)單元件的觀測(cè)點(diǎn)（每單元件4 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)）。

（4）拱部預(yù)拱度設(shè)置。較好地設(shè)置預(yù)拱度可有效控制施工質(zhì)量［11］，綜合鋼管拱各個(gè)施工工序工況，分別計(jì)算拱肋的預(yù)拱度（包含吊桿張拉變形），計(jì)算出拱肋最大預(yù)拱度為97.640 mm，最小預(yù)拱度為4.664 mm，在鋼管拱制作時(shí)需按照反拱進(jìn)行加工。

3.8 鋼管拱合龍

鋼管拱起吊至設(shè)計(jì)位置時(shí)，立即對(duì)標(biāo)高位置復(fù)量，利用型鋼進(jìn)行臨時(shí)鎖定，然后合龍段同步進(jìn)行貫通焊接并探傷檢測(cè)。

3.9 鋼管拱混凝土頂升

拱肋混凝土的灌注采用從低處往高處的泵送頂升法。為滿足混凝土泵送、和易性好、不泌水、不離析、緩凝、早強(qiáng)等要求，優(yōu)選最佳混凝土施工配合比?；炷帘盟退俣葏f(xié)調(diào)一致，并遵循對(duì)稱、均布的原則進(jìn)行。

3.10 吊桿安裝

利用汽車吊配合安裝吊桿，吊桿按照設(shè)計(jì)的張拉順序依次安裝；吊桿上端穿過拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點(diǎn)橫梁下緣固定底座；安裝吊桿必須保證拱肋錨墊板標(biāo)高準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語(yǔ)

商合杭高鐵淮河特大橋采用的大節(jié)段鋼管拱肋整體同步提升拼裝施工工藝簡(jiǎn)捷，安全可靠，材料耗用量小，操作簡(jiǎn)單，施工效率高，工期較原計(jì)劃提前1個(gè)月，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。其相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，可為類似大跨度連續(xù)梁拱組合橋鋼管拱快速施工提供借鑒。