阮正潔,齊金朋

(合肥中鐵鋼結(jié)構(gòu)公司,合肥 230022)

甬臺溫鐵路雁蕩山特大橋 2×90m疊合拱鋼橋施工技術(shù)

阮正潔,齊金朋

(合肥中鐵鋼結(jié)構(gòu)公司,合肥 230022)

新建甬臺溫鐵路為旅客列車時速 250 km的準高速雙線I級鐵路。位于該鐵路線上的雁蕩山特大橋的主橋跨越甬臺溫高速公路,采用 2×90m疊合拱全焊鋼橋。鋼橋主體結(jié)構(gòu)由鋼箱梁、主拱肋、輔拱肋及斜腿、拱肋橫撐、吊桿(索)等組成。就鋼橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及橋位(現(xiàn)場)的施工條件,依據(jù)《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB10212—98),較詳細地介紹該橋鋼箱梁與鋼箱拱分段制作、現(xiàn)場總拼、鋼箱梁頂推與鋼箱拱安裝的施工方案。

鐵路橋;疊合拱;鋼箱梁;鋼箱拱;總拼裝;頂推;安裝

1 鋼橋結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介

雁蕩山特大橋的主橋采用 2×90m連續(xù)鋼箱梁與鋼箱拱組合全焊結(jié)構(gòu),兩孔鋼箱主拱間設(shè)置鋼箱輔助拱,以加強主橋景觀效果。鋼梁總體布置見圖1。

圖1 主橋鋼梁總體布置(單位：mm)

主橋與甬臺溫高速公路斜交 23.5°,線路平面為直線,立面為自寧波向溫州方向 6‰的上坡;鋼梁頂面設(shè)為有砟雙線鐵路,線間距為 5.0m。

主橋鋼梁主體結(jié)構(gòu)由：鋼箱梁、主拱肋、輔拱肋及斜腿、拱肋橫撐、吊桿(索)等組成。

主體結(jié)構(gòu)的鋼材采用 Q345qD,附屬結(jié)構(gòu)的鋼材采用 Q235qC。

(1)鋼箱梁

鋼箱梁采用單箱九室等高度箱形截面。鋼箱梁頂面寬 14.8m,底面寬 12.6m,橫截面中線處箱高 2.m,頂面橫向設(shè)雙向 2%泄水坡。鋼箱梁標準橫截面見圖2。

圖2 鋼箱梁標準橫截面(單位：mm)

設(shè)計將鋼箱梁全長分為 3種梁段。其中：兩端為邊支點梁拱結(jié)合段,每個梁段長為 8.25m;中間為中支點梁拱結(jié)合段,梁段長為 12.5m;每孔梁中部為標準梁段,梁段長為 77.5m。

(2)主拱拱肋

主拱采用兩榀平行鋼箱拱肋。拱腳與鋼箱梁固接,兩榀拱肋橫向中心距為 11.2m。拱肋計算跨度為90.0m,設(shè)計矢高 f=18m,拱軸線為二次拋物線。主拱肋采用等高、等寬的箱形截面,箱高 2.8m,箱寬1.2m。

(3)輔拱拱肋及斜腿

輔拱采用兩榀平行鋼箱拱肋,設(shè)計矢高 f=25m,拱軸線為 R=181m的圓曲線。拱腳固接在主拱肋上,在拱頂處斷開。在輔拱拱頂與主拱之間設(shè)置斜腿支撐,斜腿支撐下端固接在主拱肋上。輔拱肋采用等寬度、變高度的箱形截面,箱寬 1.0m,箱高 1.0～1.6m

(4)拱肋橫撐

每孔主拱的兩榀拱肋之間設(shè) 7道一字橫撐和 2道X形組合橫撐,兩榀輔拱肋及斜腿之間設(shè) 8道一字橫撐,橫撐均為箱形截面。

(5)吊桿

每孔鋼梁設(shè)計 13對吊桿,吊桿順橋向的間距為6.0m。吊桿采用低應(yīng)力防腐拉索,上端錨于主拱肋箱內(nèi)的張拉底座(錨箱)上,下端錨于鋼箱梁內(nèi)的固定底座 (錨箱)上 。

2 現(xiàn)場施工難點

本橋為準高速鐵路全焊箱形鋼橋,其結(jié)構(gòu)設(shè)計復雜;主橋跨越車流量相當大的甬臺溫高速公路,橋中線兩側(cè)為河流與農(nóng)田;現(xiàn)場施工條件限制很多。為此,鋼梁的現(xiàn)場總拼與安裝具有一定的難度。

(1)鋼梁為全焊箱形結(jié)構(gòu),焊接變形難于控制。確保鋼梁現(xiàn)場整體總拼的線形與尺寸均應(yīng)滿足鐵路鋼橋制造規(guī)范的嚴格要求,難度很大。

(2)鋼梁結(jié)構(gòu)外形尺寸大,不能完全工廠化制作,鋼梁大量的整體拼焊工作主要在現(xiàn)場露天進行,受天氣、環(huán)境的干擾(影響),施工條件差。

(3)鋼箱梁、鋼箱拱均在高空拼裝與焊接,存在較大的安全風險。

(4)鋼箱梁質(zhì)量達 2 396 t,箱梁全長 184 m,屬超重超長結(jié)構(gòu),頂推過程的應(yīng)力、線形變化復雜,頂推時縱向水平控制及橫向偏位控制困難,如何確保安全過孔,滿足就位精度控制標準,是本工程的重點之一。

(5)鋼箱拱單件質(zhì)量達 43 t,在高速公路上進行超高空吊裝,其線形隨安裝步驟動態(tài)變化,線形控制及吊裝是疊合拱安裝的要點。

3 鋼梁制造與安裝施工方案

鋼箱梁按制作分段、分塊將頂板、底板、腹板、橫隔板等在工廠制成板單元,用汽車運輸至現(xiàn)場,在現(xiàn)場分兩次進行總拼裝,兩次頂推到位。鋼箱拱按制作分段在工廠制成拱肋節(jié)段,用汽車運輸至現(xiàn)場,待鋼箱梁頂推到位后,在鋼箱梁上吊裝到位。

3.1 鋼箱梁、鋼箱拱制作

(1)鋼箱梁制作

①鋼箱梁制作分段

設(shè)計將鋼箱梁全長(184m)分為：邊支點梁拱結(jié)合段 8.25m(兩端)、標準梁段 77.5m(跨中)、中支點梁拱結(jié)合段 12.5m(全長中心)。鋼箱梁制作分段：將77.5m長的標準梁段分成 16.25m+3×15.00m+16.25m等 5個梁段,邊、中支點梁拱結(jié)合段均按設(shè)計分段。全長共分成 13個制作梁段,其編號為：A段 ～M段。鋼箱梁制作分段見圖3。

圖3 鋼箱梁、鋼箱拱制作分段示意(單位：mm)

②鋼箱梁頂板、底板制作橫向分塊

將鋼箱梁段的頂、底板橫向分別分成 8塊和 6塊。頂板、底板制作橫向分塊見圖2。

③按鋼箱梁的制作分段、分塊將頂板、底板、腹板橫隔板等在工廠制成板單元。

④為確保鋼箱梁關(guān)鍵部位的制作質(zhì)量,同時減少現(xiàn)場總拼裝的工作量,將標準梁段的系桿部分在工廠制成系桿箱段,并在工廠進行系桿箱段預拼裝。

⑤邊、中支點梁拱結(jié)合段,由于拱腳部位高度達6.5m以上,若在工廠制成箱段不能汽車運輸。所以,邊、中支點梁拱結(jié)合段全部在現(xiàn)場總拼裝。

(2)鋼箱拱肋制作

①按拱肋的制作分段,在工廠將主拱肋、輔拱肋及斜腿等制成拱肋箱段。

②按拱肋的設(shè)計線形,在工廠將主拱肋、輔拱肋及斜腿箱段進行預拼裝。

③預拼裝解體后,按現(xiàn)場安裝順序,將拱肋箱節(jié)段用汽車運輸至橋位。

3.2 鋼箱梁現(xiàn)場總拼裝

(1)總拼裝場地布置

①在主橋?qū)幉ǘ说?30號墩與 27號墩之間搭設(shè)長100m、寬 18m的滿堂支架,作為鋼箱梁總拼裝平臺滿堂支架的頂面高程應(yīng)根據(jù)主墩支座頂高程、頂推滑道高程及鋼箱梁總拼裝胎架高度等綜合確定。滿堂支架的頂面做成可升降式,以適應(yīng)總拼后鋼箱梁的頂推作業(yè)。

滿堂支架搭設(shè)后進行加載試壓,以消除其非彈性變形。

②在滿堂支架上搭設(shè)鋼箱梁總拼裝胎架,以總拼裝胎架控制進行鋼箱梁的總拼裝。

③在滿堂支架兩側(cè)地面上,沿線路方向鋪設(shè)龍門吊走行軌道,安裝 1臺用于鋼箱梁在滿布鷹架上進行總拼裝的 40 t龍門吊(跨度為 27m、有效起升高度 2 m)。

④在 30號 ～27號的每個墩之間各設(shè) 2個臨時支墩,用于設(shè)置鋼箱梁頂推的下滑道。

在 30號 ～31號、31號 ～32號墩之間各設(shè)置 3個臨時支墩,用于設(shè)置鋼箱梁頂推的下滑道。

臨時支墩的頂面高程應(yīng)根據(jù)主墩支座頂高程、頂推滑道高程及鋼箱梁底平面的線形等綜合確定。

(2)鋼箱梁總拼裝分 2個輪次進行

第一個輪次：先拼裝 M段 ～G段,并將 M段 ～段拼接成長度 98.25m的第一次頂推的鋼箱梁梁段;

第二個輪次：待第一次頂推的梁段頂推到 31號墩后,在 G段后繼續(xù) H段 ～A段的梁段拼裝,并將 H段～A段的梁段拼接成長度 85.75m鋼箱梁梁段,同時將其與第一次頂推的梁段拼接成鋼箱梁全長。進行第二次頂推。其拼裝輪次示意見圖4。

(3)焊接

鋼箱梁總拼裝的所有接頭的定位焊及接頭焊縫,均應(yīng)嚴格依據(jù)焊接工藝施焊。焊縫焊后均應(yīng)依據(jù)規(guī)范進行外觀和無損檢驗。

圖4 拼裝輪次示意(單位：mm)

3.3 鋼箱梁頂推

鋼箱梁分 2個輪次采用 ZLD-150型連續(xù)作用千斤頂進行頂推施工。滑道設(shè)計為：上滑道設(shè)于鋼箱梁底板上,采取通長式;下滑道設(shè)于墩頂和臨時支墩頂,采取支點式。在頂推施工過程中遵循小行程、多階段、勤觀測、勤糾偏的原則組織施工。

(1)頂推滑道設(shè)計

在鋼箱梁底平面的相應(yīng)于鋼箱梁腹板部位設(shè)置頂推滑道,滑道橫向設(shè)置 4條。

利用鋼箱梁底板作為上滑道,為減小鋼箱梁與聚四氟乙烯滑板的摩擦力且減少焊接對鋼箱梁受力的影響,在鋼箱梁底板上采用環(huán)氧樹脂粘貼 100 mm寬的不銹鋼板作為上滑道。

下滑道設(shè)計為支點式,設(shè)置在墩頂和臨時支墩頂,下滑道結(jié)構(gòu)設(shè)計為橡膠板式聚四氟乙烯滑板支座。頂推下滑道平面布置見圖5。

圖5 頂推下滑道平面布置

根據(jù)檢算,在頂推過程中當懸臂達到最大值時,第一個支點的支點反力較大,且受結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制,橫向4個支點之間由于變形不一致導致橫向受力不均勻,而且沿下滑道支點縱向受變形及鋼箱梁預拱度的影響,支點反力沿下滑道縱向分布亦不均勻。為解決上述問題,擬將前端支點設(shè)計為液壓可調(diào)支點,通過油頂?shù)淖詣诱{(diào)節(jié),將支點反力比較均勻地分配到各個下滑道支點上,并且在頂推過程中可以通過調(diào)節(jié)支點高度,減小支點反力,從而減小鋼箱梁的局部應(yīng)力和水平力,以保證頂推時梁體結(jié)構(gòu)的安全和臨時支墩的安全。

(2)頂推系統(tǒng)

①連續(xù)作用千斤頂

本橋采用兩點連續(xù)頂推的施工方案,主力墩設(shè)定在 30號墩和 31號墩,其上各固定 2臺 ZLD-150型穿心式自動連續(xù)作用千斤頂,這樣既可使主力墩始終處于偏心受壓狀態(tài),又能避免主力墩頻繁在動-靜摩阻交替作用下而產(chǎn)生擺動,有利于墩臺的穩(wěn)定。2臺連續(xù)作用千斤頂對稱布置于鋼箱梁中軸線兩邊,利用鋼絞線頂推梁底拉錨器(拉錨器安裝于頂推鋼箱梁的尾部)使鋼箱梁均勻連續(xù)向前移動。

每個墩頂上的 2臺ZLD-150自動連續(xù)千斤頂設(shè)有自動工具錨和行程開關(guān),配置雙油路 ZLDB自動連續(xù)頂推油泵,使用前進行配套標定。施工時由一個總控臺控制所有工作千斤頂?shù)膭幼?同時開關(guān),同步同級施力。

②反力架

在 30號墩和 31號墩墩頂設(shè)置用于支撐連續(xù)作用千斤頂?shù)姆戳?反力架置于千斤頂后退一側(cè),與千斤頂頂緊。連續(xù)作用千斤頂由墩頂?shù)姆戳芴峁┓戳Α?/p>

③拉錨器

每臺千斤頂對應(yīng)設(shè)置 1個拉錨器。拉錨器安裝于頂推鋼箱梁的尾部,與千斤頂軸線位于同一直線上拉錨器由 OVM15-9型多孔錨具焊接在鋼板上構(gòu)成,鋼板通過 M30高強螺栓固定于箱梁底板相應(yīng)位置。每個拉錨器上錨固 9根 φ15.24mm鋼絞線,鋼絞線另一端錨固于連續(xù)作用千斤頂工具錨上(長度 90m)。

(3)鋼箱梁頂推

①按鋼箱梁總拼裝方案,鋼箱梁分 2個輪次由寧波側(cè)向溫州側(cè)頂推。第一個輪次由設(shè)在 30號墩上的2個 ZLD-150型連續(xù)作用千斤頂將首次拼裝的 98.2 m箱梁頂推至 31號主墩,第二個輪次再由設(shè)在 30號墩、31號墩上的共 4個連續(xù)作用千斤頂將全部拼裝完畢的 184m鋼箱梁頂推至設(shè)計位置,兩次頂推距離均為90m。

②上下墩措施

為鋼箱梁頂推能夠順利上下墩,在鋼箱梁前、后端對應(yīng)滑道的位置設(shè)置 4.5m長的導梁。為上下墩作業(yè)的平順性,對下滑道的四氟滑板支座的前后端加工成半徑為 16mm的圓弧,使上下墩能夠做到平穩(wěn)過渡。

③試頂推

在正式頂推施工前進行試頂推,試頂推階段為將第一個輪次拼裝完成的 98.25m鋼箱梁從 30號墩頂推至 1號臨時支墩(此工況為最不利工況)。在進行試頂過程中,重點對頂推過程中的中線控制、撓度、內(nèi)力及頂推力等進行監(jiān)測,并檢驗糾偏措施的有效性,對頂推過程的組織進行磨合,積累相關(guān)數(shù)據(jù)檢驗計算模型,并取得相關(guān)操作的經(jīng)驗積累,以指導后續(xù)的正式頂推作業(yè)。

④鋼箱梁頂推主要流程見圖6。

a.在 27～30號墩之間的總拼胎架上,將鋼箱梁總拼成第一輪次長 98.25m鋼箱梁段;在鋼箱梁下底板上,采用環(huán)氧樹脂粘貼 100mm寬的不銹鋼板上滑道;

b.下降總拼裝平臺,使總拼裝胎架脫離鋼箱梁一定距離,將鋼箱梁完全置于支點式下滑道上;

c.進行第一次頂推,將鋼箱梁前端頂推至 31號墩,鋼箱梁尾端在 30號墩上;

d.起頂?shù)谝淮雾斖频匿撓淞憾?使其梁底與第二次總拼裝的鋼箱梁梁底在同一平面上;

e.提升總拼裝平臺,使總拼裝胎架恢復至原高程位置,并調(diào)整好拼裝胎架和下滑道;

f.在總拼裝胎架上總拼第二輪次的 85.75m鋼箱梁段,并與第一輪次的鋼箱梁段拼接成鋼箱梁全長;在鋼箱梁下底板上,采用環(huán)氧樹脂粘貼 100 mm寬的不銹鋼板上滑道;

g.下降總拼裝平臺,使總拼裝胎架脫離鋼箱梁梁底一定距離,將鋼箱梁完全置于支點式下滑道上;

h.進行第二次頂推,將鋼箱梁頂推至設(shè)計位置;

i.頂升鋼箱梁,拆除上下滑道,在臨時支墩頂安設(shè)臨時支座,落梁至設(shè)計高程。

⑤頂推過程的測量與糾偏

在鋼箱梁頂推過程中,采取以下措施,隨時對鋼箱梁的縱、橫兩個方向的偏移進行調(diào)整。

a.在主橋 32號墩墩頂架設(shè)全站儀,對鋼箱梁頂推全過程進行監(jiān)測;

b.在拼裝區(qū)跨中臨時支墩和 1號 ～6號臨時支墩頂兩側(cè)設(shè)置反力架,用千斤頂隨時對鋼箱梁的橫向偏移進行調(diào)整;

c.在 32號墩的簡支箱梁端部設(shè)置限位塊,當鋼箱梁頂推至 32號墩(就位)時自動限位,保證縱向就位精度。

3.4 鋼箱梁的頂落梁

當鋼箱梁全部頂推到設(shè)計位置后,采用千斤頂進行落梁作業(yè)。落梁采取五支點(30號墩、2號臨時墩31號墩、5號臨時墩、32號墩)、逐段下落的方式。

(1)落梁千斤頂?shù)倪x擇和布置

根據(jù)計算,選擇自鎖型 ys-350型豎直作用千斤頂作為頂落梁千斤頂。千斤頂對應(yīng)滑道布置,每個支點橫向布置 2個千斤頂,五支點共布置 10個。千斤頂置于鋼箱梁腹板的位置,以避免鋼箱梁梁底在受集中力作用時出現(xiàn)變形。

(2)臨時支墩頂上的臨時支座設(shè)置與拆除

1號、2號、3號、4號、5號、6號臨時支墩上的臨時支座,采用滑道用的橡膠支座作為臨時支座,每個墩頂上對應(yīng)滑道的位置設(shè)置 4個。當?shù)跛靼惭b完畢,并全部施加完 250 kN預應(yīng)力后,對應(yīng)每個臨時支墩配置 2個自鎖型 ys-350型豎直作用千斤頂,并施加支撐力以釋放臨時支座支撐力,最后采用氧氣焊割除臨時支墩,當千斤頂與梁體完全脫離后即落梁完成。

(3)頂落梁

落梁支點的位置選擇在 30號墩、2號臨時支墩、31號墩、5號臨時支墩及 32號墩,每輪次落梁的高度為 2 cm,即：每個輪次落梁順序為 32號墩(2 cm)、31號墩(2 cm)、30號墩(2 cm)、4號臨時支墩(4 cm)、2號臨時支墩(4 cm)。如此反復,直至將梁落至設(shè)計位置。

3.5 鋼拱肋安裝

鋼箱梁頂推到設(shè)計位置并落梁后(臨時支墩不拆除),在鋼箱梁頂面的拱肋中線上搭設(shè)支架作為拱肋段的固定和焊接作業(yè)平臺。為確保拱肋高空吊裝的安全,拱肋安裝采用龍門吊吊裝。拱肋安裝順序：先主拱、后輔拱;主拱先安裝溫州端的孔、再安裝寧波端的孔;每榀主拱肋由兩端向中間進行,最后合龍;每孔左右兩榀拱肋可同時吊裝;待 4榀主拱肋及橫撐均安裝完后,再吊裝輔拱和斜腿。

(1)拱肋拼裝支架

鋼箱梁頂推就位后,在鋼箱梁頂面的拱肋中線上搭設(shè)鋼拱肋拼裝支架,支架頂設(shè)楔形鋼墊塊以調(diào)整拱肋高程,使拱肋滿足鋼拱肋拱軸線的線形。待主拱肋合龍以后,再二次搭設(shè)輔拱拼裝支架。在拱肋拼裝過程中,隨時監(jiān)測拼裝平臺及拱肋段懸臂端的線形,并通過液壓千斤頂進行調(diào)整,使之符合施工拱軸線線形。拼裝支架參見圖7。

(2)龍門吊

在鋼箱梁頂安裝 1臺用于拱段吊裝的 50 t龍門吊,龍門吊走行軌道設(shè)在拱肋外側(cè)。

(3)拱肋安裝

拱肋安裝主要流程：拱肋安裝示意見圖7。

①先吊裝主拱肋 A 1段,將其下端與梁拱結(jié)合段連接,上端置于拼裝支架上,調(diào)整其下端與梁拱結(jié)合段連接的間隙及上端的中線、高程符合要求后,對其下端接頭進行定位焊。

②再以同上的方法吊裝 B1段,直至第一榀主拱肋合龍。

③以同上的方法安裝第二榀主拱肋合龍及第二孔兩榀主拱肋合龍。

④當一孔主拱肋全部安裝就位后,對拱軸線進行復測并根據(jù)測量結(jié)果進行調(diào)整直至滿足設(shè)計要求,對拱肋段接頭的接縫進行施焊。

⑤在兩榀主拱肋段安裝的同時,安裝兩榀拱肋段之間的橫撐。

圖7 拱肋安裝示意

⑥以同樣的方法安裝輔拱、斜腿及橫撐。

(4)焊接

拱肋段接頭的定位焊及接頭焊縫,均應(yīng)嚴格依據(jù)焊接工藝施焊。焊縫焊后均應(yīng)依據(jù)規(guī)范進行外觀和無損檢驗。

3.6 吊桿安裝

吊桿采用 PES(FD)7-127型低應(yīng)力防腐拉索(平行鋼絲束),外套復合不銹鋼鋼管,配套使用 OVM LZM7-127型冷鑄鐓頭錨。吊桿上端錨于主拱箱內(nèi)張拉底座,吊桿下端錨于鋼箱梁內(nèi)固定底座。

每孔兩榀主拱肋安裝完成后,進行吊桿安裝。吊桿按設(shè)計要求的順序均勻?qū)ΨQ張拉,吊桿張拉需經(jīng)過多次調(diào)整,以達到臨時支墩拆除前吊桿索力目標值,每次吊桿索力的調(diào)整幅度不宜過大。吊桿安裝完畢后,為了保證吊桿防腐,在吊桿上下錨頭及套筒內(nèi)填充防腐油脂,并且保證油脂在常溫下處于凝固狀態(tài)。

3.7 防腐涂裝

鋼梁的防腐涂裝體系按設(shè)計圖要求,鋼梁的所有鋼表面均采用噴丸除銹,鋼表面的清潔度等級符合GB8923標準的 Sa3級(噴鋁表面)、Sa2.5級 (涂漆表面)。

鋼箱梁、鋼箱拱肋的箱內(nèi)空間狹小,制成箱段后的箱內(nèi)除銹很困難,為保證鋼梁的除銹、涂裝質(zhì)量及減少工地整體除銹、涂裝工作量,鋼梁采取以下防腐涂裝措施：(1)對工廠制作完成的板單元進行噴丸除銹并涂裝底漆二度;(2)鋼箱梁現(xiàn)場總拼裝后補涂底漆并涂裝一度面漆;(3)鋼箱拱肋現(xiàn)場安裝完成后補涂底漆并涂裝一度面漆;(4)待全橋施工完成后再涂裝最后一度面漆。

4 結(jié)語

雁蕩山特大橋為準高速鐵路橋,主跨設(shè)計為國內(nèi)

首次采用的 2×90m疊合拱全焊鋼橋。該鋼橋按本文所述的施工方案,已架設(shè)完成并通過驗收,施工質(zhì)量完全符合設(shè)計及規(guī)范要求。目前已經(jīng)通過動車組的試運行,將正式交付運營。

[1]TB 10212— 98,鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

[2]李榮浩,王炳巖,齊金朋.甬臺溫鐵路雁蕩山特大橋 2×90m疊合拱鋼橋的制作與安裝[J].鐵道標準設(shè)計,2008(2).

U 448.36

A

1004-2954(2010)03-0057-05

2009-10-22;

2009-11-23

阮正潔(1964—),男,高級工程師,1985年畢業(yè)于華東交通大學。