何明貴

摘 要：本文結(jié)合某鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工工程實(shí)例，系統(tǒng)分析了當(dāng)前鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋托拉法施工面臨的主要問(wèn)題以及技術(shù)難點(diǎn)，研究提出了變導(dǎo)梁設(shè)計(jì)、前后換位拖拉法、便捷線(xiàn)型控制測(cè)量法、拖拉過(guò)程實(shí)時(shí)糾偏系統(tǒng)等創(chuàng)新技術(shù)措施并在實(shí)例中成功應(yīng)用，能夠?yàn)轭?lèi)似工程施工提供參考與借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鐵路上跨高速公路鋼桁梁;拖拉法施工;關(guān)鍵技術(shù)

1 工程概況

某鐵路上跨高速公路大橋全長(zhǎng)210.705 m，設(shè)置5墩2臺(tái)，橋跨布置為1-24 m簡(jiǎn)支T梁+1-64 m鋼桁梁+1-32 m簡(jiǎn)支T梁+3-24 m簡(jiǎn)支T梁。鋼桁梁為下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁，結(jié)構(gòu)為單線(xiàn)整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角桁架，計(jì)算跨度64 m，全長(zhǎng)66 m，節(jié)間長(zhǎng)度為12.8 m，桁高12.8 m，兩片主桁中心距8.5 m，總寬度9.18 m，鋼桁梁自重585噸，位于直線(xiàn)、平坡地段。高速公路為雙向六車(chē)道，寬約30.8 m，公路與線(xiàn)路大里程夾角為73.18度，鋼桁梁梁底距高速公路6.5 m（公路限高5.5 m）。

2 面臨的主要問(wèn)題

2.1 拼裝場(chǎng)地狹小且上方有高壓線(xiàn)

本工程位于丘陵地帶，高速公路兩側(cè)為山坡，地勢(shì)起伏大，無(wú)平整場(chǎng)地;臺(tái)后屬于半挖半填路基，挖方高度大于20 m，填筑高度大于15 m，最寬處僅有15 m，場(chǎng)地狹小。且臺(tái)后鋼桁梁拼裝場(chǎng)地位置上方架設(shè)有35 kV高壓線(xiàn)（如圖2），高壓線(xiàn)與鋼桁梁頂面高差為9.47 m，影響E2'～E0'（第一節(jié)）節(jié)間拼裝。

2.2 拖拉過(guò)程上跨運(yùn)營(yíng)高速公路

該鐵路鋼桁梁橋上跨某高速公路，高速公路車(chē)流量大，公路寬約為30.8 m，在拖拉過(guò)程中不允許墜物、傾覆等危及高速公路正常行車(chē)的安全隱患。

2.3 受拼裝場(chǎng)地影響拖拉距離長(zhǎng)

由于鋼桁梁橋周邊地理位置及上方高壓線(xiàn)影響，為確保拼裝過(guò)程安全，鋼桁梁拼裝位置須避開(kāi)高壓線(xiàn)，在后臺(tái)路基進(jìn)行拼裝，再縱向拖拉一次到位，導(dǎo)致拖拉距離長(zhǎng)達(dá)97 m。

3 需解決的技術(shù)難點(diǎn)

結(jié)合其他鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工工藝，鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法架設(shè)須解決的技術(shù)難點(diǎn)有：一是設(shè)計(jì)適合的臨時(shí)支架與導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)。二是選擇適合的拖拉方法。三是建立有效的拖拉精度控制體系。四是采取一定的安全保證措施。五是設(shè)計(jì)可行的高速公路防護(hù)方案。

3.1 臨時(shí)支架與導(dǎo)梁設(shè)計(jì)要求

因該高速公路寬30.8 m，加上高速公路兩側(cè)臨時(shí)支架各保持與高速公路3 m左右的安全距離，臨時(shí)支架在高速公路處的最大跨度達(dá)到37.2 m，不設(shè)導(dǎo)梁進(jìn)行拖拉施工，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為0.72，遠(yuǎn)低于鋼桁梁拖拉施工抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.3的要求。為確保拖拉施工安全，需設(shè)計(jì)導(dǎo)梁提前上墩，減小主梁懸臂長(zhǎng)。

3.2 拖拉方法選擇要求

鋼桁梁橋架設(shè)拖拉方法主要有前端拖拉、后端拖拉。本工程拖拉距離長(zhǎng)達(dá)97 m，后端拖拉不利于線(xiàn)形控制;前端拖拉千斤頂需安裝在高速公路對(duì)面支架上，牽引鋼絞線(xiàn)需橫跨高速公路，在拖拉過(guò)程中有滑絲、斷絲風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間影響高速公路運(yùn)營(yíng)。為確保施工安全，同時(shí)減少對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)影響，需設(shè)計(jì)更加安全合理的拖拉方法。

3.3 拖拉方向與位置精確控制要求

受拖拉系統(tǒng)左右側(cè)動(dòng)力不均衡、左右滑道阻力不一致等潛在因素的影響，鋼桁梁橋在拖拉過(guò)程中隨著拖拉持續(xù)進(jìn)行，非常容易出現(xiàn)拖拉方向存在微小偏差，如果沒(méi)有糾偏裝置的話(huà)，微小方向偏差將不斷積累，進(jìn)而形成大的橫向偏差，導(dǎo)致拖拉到位后難以按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行落梁。為確保拖拉精度，需設(shè)計(jì)便捷有效的鋼桁梁拖拉過(guò)程糾偏系統(tǒng)，在鋼桁梁移動(dòng)過(guò)程中對(duì)鋼桁梁移動(dòng)方向與位置不斷進(jìn)行糾偏，確保拖拉到位后不出現(xiàn)大的偏差，保證落梁要求。

3.4 拖拉過(guò)程安全控制措施要求

跨高速公路鋼桁梁橋拖拉過(guò)程中存在一定的傾覆風(fēng)險(xiǎn)，為確保拖拉工程安全可控，需采用一定的安全控制措施。

4 采用的關(guān)鍵技術(shù)措施

為解決上述影響該鐵路上跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工存在的主要問(wèn)題與技術(shù)難點(diǎn)，在綜合應(yīng)用國(guó)內(nèi)鋼桁梁托拉法施工現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究提出并在實(shí)例中成功實(shí)施了以下關(guān)鍵技術(shù)措施：

4.1 采用變導(dǎo)梁設(shè)計(jì)方案

采用變截面導(dǎo)梁設(shè)計(jì)，將導(dǎo)梁分為前半部分和后半部分。導(dǎo)梁前半部分長(zhǎng)18 m，高3 m，采用貝雷片拼成;導(dǎo)梁后半部分長(zhǎng)14 m，采用變截面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)如圖3。采用變截面導(dǎo)梁設(shè)計(jì)，可減小導(dǎo)梁自重，最大程度地增加鋼桁梁的跨越能力，降低拖拉過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能夠有效降低施工成本。

4.2 采用前后換位拖拉方案

針對(duì)前端拖拉與后端拖拉法在拖拉過(guò)程中的種種不利影響，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，研究提出了前后換位拖拉施工工藝。具體操作（如圖4）為：將拖拉千斤頂安裝在1#墩支架上，前期拉錨器設(shè)置在梁體前端，采用前端拖拉法拖拉31 m;鋼桁梁梁體前端抵達(dá)1#墩后，不變拖拉千斤頂位置，將拉錨器轉(zhuǎn)移至梁體后端，采用后端拖拉法拖拉66 m。整個(gè)過(guò)程牽引鋼絞線(xiàn)不用橫跨高速公路，不會(huì)對(duì)高速公路正常運(yùn)營(yíng)造成干擾，同時(shí)也可減少最大拖拉距離，提高拖拉精度。

4.3 采用實(shí)時(shí)便捷線(xiàn)形控制測(cè)量技術(shù)

為對(duì)拖拉過(guò)程拖拉方向、拖拉位置進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，采用實(shí)時(shí)、便捷線(xiàn)形控制測(cè)量方法。在下弦桿側(cè)面粘貼反光貼作標(biāo)志作為監(jiān)控點(diǎn)位，采用全站儀自由設(shè)站功能，由計(jì)算程序?qū)y(cè)站三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為與線(xiàn)路設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)的里程偏距，通過(guò)全站儀免棱鏡測(cè)量各節(jié)點(diǎn)側(cè)面點(diǎn)位平面及高程的方式對(duì)拖拉過(guò)程進(jìn)行線(xiàn)形控制測(cè)量，點(diǎn)位設(shè)置在下弦桿頂面以下固定高度位置，方便進(jìn)行撓度監(jiān)測(cè)。此方法較傳統(tǒng)方法減少了測(cè)量人員投入，將測(cè)量精度提高至毫米級(jí)，監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)在反光貼上滿(mǎn)足夜間施工監(jiān)測(cè)要求，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程進(jìn)行線(xiàn)形控制測(cè)量。

4.4 采用拖拉過(guò)程實(shí)時(shí)糾偏方法

傳統(tǒng)的鋼桁梁拖拉小偏移采用調(diào)整自動(dòng)連續(xù)千斤頂油壓，改變兩側(cè)牽引力大小的方式，大偏移糾偏采用暫停拖拉，使用機(jī)械千斤頂頂推梁體側(cè)面的方式。傳統(tǒng)糾偏方式糾偏效果差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工效率低，且容易導(dǎo)致梁體偏向設(shè)計(jì)中線(xiàn)一側(cè)，降低橫向抗傾覆穩(wěn)定性，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決傳統(tǒng)糾偏方法的不足，實(shí)例采用利用限位裝置+三角導(dǎo)軌進(jìn)行線(xiàn)形糾偏，兩塊三角鋼板對(duì)角安裝在梁體前后兩端下滑道側(cè)面，三角導(dǎo)軌糾偏裝置橫斷面圖如圖5所示，三角鋼板放置在支架縱梁與下滑道面板焊接連接，三角導(dǎo)軌長(zhǎng)1 500 mm，寬50 mm，在梁體前進(jìn)過(guò)中完成糾偏。三角導(dǎo)軌糾偏原理如圖6所示，當(dāng)梁體出現(xiàn)偏移時(shí)焊接三角鋼板，利用拖拉力及三角鋼板的導(dǎo)向作用完成糾偏，使用本方法糾偏，可以前后兩端兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，不會(huì)導(dǎo)致梁體偏向設(shè)計(jì)中線(xiàn)一側(cè)。

4.5 拖拉過(guò)程安全控制措施

在跨高速公路鋼桁梁橋拖拉法施工前、施工中，應(yīng)用有限元分析、BIM技術(shù)、數(shù)值模擬、模擬試驗(yàn)、應(yīng)力測(cè)試等新技術(shù)。一是采用Midas專(zhuān)業(yè)有限元軟件對(duì)臨時(shí)支架、鋼桁梁、導(dǎo)梁進(jìn)行有限元分析，可以使對(duì)結(jié)構(gòu)受力的檢算、抗傾覆性的驗(yàn)算更加精確。二是利用BIM技術(shù)模擬鋼桁梁拖拉施工各工況，可以提前找出拖拉過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全隱患，并加以規(guī)避或解決;利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化交底，可將施工工藝要求及安全注意事項(xiàng)直觀(guān)、形象的展示在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員面前，降低作業(yè)人員理解難度。三是對(duì)鋼桁梁拖拉過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬可以在施工前期對(duì)施工過(guò)程各控制指標(biāo)提前預(yù)測(cè)，調(diào)整必要的施工工藝和技術(shù)方案使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線(xiàn)形處于有效的控制之中，確保施工安全和成橋狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。四是在鋼桁梁拼裝完成后，在各節(jié)點(diǎn)位置布置千斤頂，按實(shí)際拖拉工況下的支承點(diǎn)，頂升脫空節(jié)點(diǎn)，模擬拖拉過(guò)程。在模擬試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中檢查各節(jié)點(diǎn)連接情況，監(jiān)測(cè)各工況下的撓度，進(jìn)行全橋的應(yīng)力測(cè)試，與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，分析拖拉施工的可行性。采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法，對(duì)拖拉施工最不利工況下鋼桁梁、導(dǎo)梁貝雷梁、導(dǎo)梁型鋼、貝雷梁連接系等桿件最大拉、壓應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬分析，掌握拖拉施工過(guò)程中各桿件的應(yīng)力變化規(guī)律，并得出拖拉施工過(guò)程應(yīng)力變化的計(jì)算數(shù)值。五是開(kāi)展鋼桁梁拖拉施工過(guò)程桿件應(yīng)力變化測(cè)試，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與模擬分析計(jì)算數(shù)值不斷對(duì)比分析，實(shí)時(shí)掌握鋼桁梁應(yīng)力變化情況，并在應(yīng)力變化不正常時(shí)，及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，以便及時(shí)采取措施，防止安全事故發(fā)生或擴(kuò)大。六是進(jìn)行鋼桁梁線(xiàn)形監(jiān)控，在拖拉施工時(shí)，對(duì)拖拉體系主梁軸線(xiàn)和豎向線(xiàn)形、導(dǎo)梁撓度、支架沉降及縱向變位等進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)線(xiàn)形控制測(cè)量。通過(guò)桿件應(yīng)力測(cè)試與鋼桁梁線(xiàn)形監(jiān)控，精準(zhǔn)掌握拖拉過(guò)程結(jié)構(gòu)受力變化情況，對(duì)非正常狀況提前預(yù)警，有利于保證拖拉過(guò)程安全。

4.6 高速公路安全防護(hù)措施

一是在拖拉施工前，將所有桿件連成整體，清除鋼桁梁上所有剩余材料、垃圾、雜物，降低拖拉過(guò)程墜物風(fēng)險(xiǎn)。二是優(yōu)化線(xiàn)形控制測(cè)量方法，將有可能掉落的棱鏡頭、水準(zhǔn)塔尺等取消，通過(guò)在下弦桿側(cè)面等高度位置粘貼反光條，采用全站儀免棱鏡測(cè)量的方式進(jìn)行鋼桁梁拖拉線(xiàn)形控制測(cè)量。三是采用前后換位拖拉施工工藝，鋼絞線(xiàn)不用橫跨高速公路，對(duì)高速公路正常運(yùn)營(yíng)無(wú)影響。四是與高速公路管理局合作，在鋼桁梁通過(guò)高速公路上方時(shí)，對(duì)高速公路進(jìn)行臨時(shí)管制，限速改道，消除安全隱患。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合某鐵路上跨高速公路64 m鋼桁梁拖拉法施工工程實(shí)例，系統(tǒng)分析了鐵路上跨高速公路鋼桁梁拖拉法施工面臨的主要問(wèn)題與技術(shù)難點(diǎn)，研究提出了相應(yīng)的技術(shù)解決措施與應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)采用變導(dǎo)梁設(shè)計(jì)、前后換位拖拉、便捷線(xiàn)型控制測(cè)量、實(shí)時(shí)糾偏系統(tǒng)等創(chuàng)新工藝以及應(yīng)用有限元分析、BIM技術(shù)、數(shù)值模擬、模擬試驗(yàn)、應(yīng)力測(cè)試等新技術(shù)，大大提高了該鐵路上跨高速公路鋼桁梁拖拉法施工的精準(zhǔn)性、安全性，對(duì)類(lèi)似鐵路上跨高速公路鋼桁梁拖拉法施工具有重要的借鑒意義。

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