重載鐵路大跨度鋼管混凝土拱橋安裝施工技術(shù)研究

段君良

摘 要：結(jié)合新建蒙華鐵路洛河大橋220m鋼管混凝土提籃拱橋施工控制的實例，探討重載鐵路鋼管混凝土拱橋安裝的主要內(nèi)容與方法，給出了該橋的安裝總結(jié)。結(jié)果表明，施工鋼管拱所采用的纜索式起重機，焊接工藝和吊裝方法是可行的，并對該類橋型的施工提出一些有益的建議。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；提籃拱橋；施工監(jiān)控；有限元；斜拉扣掛

中圖分類號：U448.22 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0156-02

Abstract： Based on the example of construction control of the newly built Luohe Bridge of Menghua Railway， the main contents and methods of installation of the heavy-duty railway concrete-filled steel tube arch bridge are discussed， and the installation summary of the bridge is given. The results show that the cable crane， welding technology and hoisting method used in the construction of steel pipe arch are feasible， and some useful suggestions for the construction of this kind of bridge are put forward.

Keywords： concrete filled steel tube； basket arch bridge； construction monitoring； finite element method； cable-stayed buckling and hanging

1 工程概況

洛河大橋采用220m鋼管砼拱橋，主跨一孔跨越洛河，橋孔跨步驟為：2×16.5m簡支T梁+220m上承式鋼管砼拱橋+2×16.5m簡支T梁，橋梁全長313.74m，在整個標(biāo)段中屬重難點工程。

本橋拱座采用無樁擴大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)基底及背面均埋置在穩(wěn)定邊坡線內(nèi)，拱座基礎(chǔ)高13.5m，縱向最大尺寸14.6m，橫橋向?qū)挾?4m，材料為C30混凝土。主拱結(jié)構(gòu)采用提籃式鋼管砼拱橋結(jié)構(gòu)，拱肋計算跨度l=220m，矢高f=44m（拱平面內(nèi)），矢跨比f/l=1/5。拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數(shù)m=3.0。主拱結(jié)構(gòu)由兩片拱肋與橫向聯(lián)接系組成，拱肋橫向內(nèi)傾角為6.5，拱肋中心距在拱頂為6m。

2 吊機選型

（1）纜索吊機。根據(jù)吊裝重量及特點，拱肋安裝采用2套150噸纜索式起重機安裝施工。纜索式起重機索跨660m，三門峽岸邊跨56m，荊門岸邊跨91m。設(shè)兩組主索，其中心線位于主橋中心線左右7.5m處，單組為12根Ф62鋼絲繩；單組主索上設(shè)2個跑車和2個吊點。

（2）扣掛系統(tǒng)?？蹝煜到y(tǒng)由扣索錨碇、扣塔、拱肋扣錨點、扣索、塔上張拉錨梁及拱肋纜風(fēng)索幾部分組成。根據(jù)現(xiàn)場地形，三門峽側(cè)設(shè)計為洞錨，荊門側(cè)設(shè)計為樁板錨。

3 吊裝方法

3.1 總體吊裝方法

由于節(jié)段一左右桁片之間無橫撐，節(jié)段二與橫撐拼裝成整體后（275t），超出兩臺120t龍門吊起重量，接近纜索式起重機的起重能力（2×150t）。因此節(jié)段一、二為左右兩幅單獨吊裝，節(jié)段二拼裝完成后再安裝節(jié)段二的橫撐。節(jié)段三～七均為整節(jié)段吊裝（最重220t）。拱肋在拼裝場先進行2+1節(jié)段總拼，拼裝完成后按拱肋安裝順序存放于拼裝場小里程端存梁區(qū)域，拱肋安裝時橫移至纜索式起重機吊裝區(qū)域進行起吊安裝。

3.2 拱肋吊裝步驟

3.2.1 步驟一。（1）拱腳混凝土施工前，先將拱腳定位骨架與拱座預(yù)埋鋼管安裝定位完成。預(yù)埋件定位需安裝牢固，防止混凝土振搗時造成拱腳預(yù)埋鋼管的移位。（2）1#節(jié)段吊裝前安裝好鉸管，同時澆筑鉸管內(nèi)混凝土，養(yǎng)護達到設(shè)計強度的90%后準(zhǔn)備進行吊裝。（3）2×150T纜索起重機從預(yù)拼場按先后順序分別吊取1#（1'#）上下游側(cè)單幅節(jié)段，與拱腳對位安裝，吊裝后安裝好保險鋼絲繩和側(cè)向纜風(fēng)繩，掛好1號扣索。

3.2.2 步驟二。對稱架設(shè)拱肋2#（2'#）上下游單幅節(jié)段，用2臺跑車抬吊到位，與1#（1'#）節(jié)段精確對位，拼裝臨時連接法蘭，同時安裝好保險鋼絲繩和側(cè)向纜風(fēng)繩，掛好2號扣索；然后安裝2#段永久橫撐。

調(diào)整好拱肋標(biāo)高和線形后，焊接拱肋接頭。先焊接主弦管焊縫，再連接腹板內(nèi)的加勁板和腹板，平聯(lián)板嵌補段。

安裝H1號永久橫撐。

3.2.3 步驟三。從3#節(jié)段開始采用整體節(jié)段吊裝，按照3#（3'#）、4#（4'#）、5#（5'#）、6#（6'#）、7#（7'#）節(jié)段的順序依次進行安裝，安裝過程中及時安裝扣索（除3#節(jié)段設(shè)置纜風(fēng)繩外，后面節(jié)段不再設(shè)置側(cè)向纜風(fēng)），監(jiān)控測量索力變化與鋼管拱變形與應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)變形情況及時調(diào)整拱肋線性，若有必要再增設(shè)側(cè)向纜風(fēng)繩。

3.2.4 步驟四。（1）根據(jù)設(shè)計要求，選擇合攏溫度為（5°～10°）進行合攏段合攏，并對合攏段長度進行校核和修正。（2）合攏之前調(diào)整兩岸扣索，使兩岸1～7#拱肋預(yù)拱至設(shè)計標(biāo)高（根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控定）；將合攏段吊運至正中，并緩慢降落使拱頂端接頭至設(shè)計標(biāo)高值，此時關(guān)閉起重、牽引卷揚機，再次調(diào)整兩岸扣索，使拱肋合攏。（3）7#與7#'節(jié)段吊裝完成→安裝法蘭螺栓，擰螺栓對N8對接法蘭盤→微調(diào)法蘭螺栓，使法蘭盤間無間隙→焊接法蘭盤→利用法蘭螺栓調(diào)整拱軸線形及內(nèi)力→拱頂永久合攏→焊接拱腳預(yù)埋管與拱肋1#節(jié)段弦管連接→澆注拱座二期混凝土，完成封鉸。

3.3 吊裝方法

3.3.1 節(jié)段1、2散拼節(jié)段的吊裝。由于采用兩套纜索系統(tǒng)，相對獨立。纜索式起重機兩側(cè)各兩臺跑車，兩側(cè)跑車間距15m。吊裝節(jié)段1、2時采用單側(cè)兩臺跑車同步進行吊裝。

（1）鋼絲繩、吊耳、卸扣選型。節(jié)段1、2最重吊重137噸，采用4點起吊。（2）吊點位置選擇。節(jié)段1吊裝時由于需要保證節(jié)段6.5度的內(nèi)傾角，需要將同一吊點的鋼絲繩用160t轉(zhuǎn)向滑輪連接保證吊點鋼絲繩左右長度可調(diào)，2號至7號節(jié)段吊耳布置與1號節(jié)段一致，唯一區(qū)別為吊耳距節(jié)段兩端距離不同。具體吊點及鋼絲繩布置如下：節(jié)段1、節(jié)段2采用單幅吊裝，吊裝時水平起吊出吊裝區(qū)域，到達橋位時再用20t手拉葫蘆調(diào)整6.5°傾角，纜風(fēng)調(diào)整水平偏位，吊點調(diào)整豎直偏位，使整個姿態(tài)與橋位姿態(tài)一致進行對接定位。第一段節(jié)段梁吊裝到位后，通過鉸管對節(jié)段一底部進行定位，拱肋頂部內(nèi)傾角通過20T導(dǎo)鏈葫蘆調(diào)節(jié)，左右偏位通過纜風(fēng)繩調(diào)節(jié)，安裝臨時調(diào)節(jié)風(fēng)纜，扣索用5T卷揚機提升至錨梁位置固定，梁的水平扭向用4個導(dǎo)鏈葫蘆進行調(diào)節(jié)，節(jié)段上下標(biāo)高調(diào)位時，扣塔的扣索和背索索力調(diào)節(jié)必須同步進行，保證扣塔偏位在設(shè)計尺寸內(nèi)，測量組時刻反應(yīng)數(shù)據(jù)。與拱腳預(yù)埋段接頭處在拱肋安裝時為鉸接，在拱肋合攏成型后，將拱肋弦管與預(yù)埋段根據(jù)實際尺寸下料連接板焊接成一整體，封鉸，形成無鉸拱。（3）散拼節(jié)段的測量與定位。每個散拼節(jié)段靠拱腳側(cè)依靠前一節(jié)段吊裝接頭進行定位，靠跨中端口采用2臺全站儀同時對測量控制點1和控制點2進行測量進行定位，并通過纜索式起重機小車進行里程和高程的糾偏及側(cè)向纜風(fēng)繩張拉力控制偏位。（4）吊裝接頭的焊接及扣錨的張拉。各吊段間拼裝接頭，先利用定位導(dǎo)向板定位，然后利用螺栓拼接，張拉扣索調(diào)整好拱軸線，焊接法蘭盤周邊，再焊接對接套管。a.對孔。在段間栓孔基本重合的瞬間（相錯10mm以內(nèi)），將小撬棍插入孔內(nèi)撥正，然后通過起落吊鉤使其它孔眼對合。用小錘輕敲沖釘入孔眼（每個接頭對角法蘭各穿1個），使法蘭螺栓孔完全對合。b.穿螺栓。所有螺栓均入孔后分別擰緊各段間螺栓。c.張拉扣錨索。螺栓連接好后，分級對稱張拉扣錨索，同時慢慢落鉤，逐步將吊點力轉(zhuǎn)化為扣索力，直至松鉤。d.焊接。調(diào)整好扣索，松完吊點，將拱肋標(biāo)高調(diào)整至預(yù)定標(biāo)高，焊接各段間接頭焊縫及對接套管。

3.3.2 整節(jié)段的吊裝。（1）吊裝施工。整節(jié)段安裝時，其寬度小于15m，采用扁擔(dān)進行整體吊裝，吊裝前在扁擔(dān)梁上找出吊點位置，設(shè)置限位裝置，使鋼絲繩保持豎直方向受力。吊裝方式采用4個吊點，8根鋼絲繩進行起吊，鋼絲繩選型同散拼吊裝。吊耳設(shè)置在同一直線上，即可用相等長度的鋼絲繩進行起吊。整節(jié)段靠拱腳側(cè)端口依靠前一節(jié)段吊裝接頭進行定位，靠跨中端口采用1臺全站儀測量進行定位，并通過纜索式起重機小車進行高度方向糾偏，調(diào)整拱腳側(cè)端口間距進行側(cè)向糾偏。吊裝時，先利用定位導(dǎo)向板定位，然后利用螺栓拼接，調(diào)整好拱肋軸線線形，焊接法蘭盤周邊焊縫，再焊接對接套管。吊裝時，應(yīng)預(yù)先準(zhǔn)備好若干不同厚度的鋼板片，用以塞緊接頭處由安裝誤差引起的陰陽法蘭之間的楔形開口，以利高強螺栓受力。（2）拱肋扣錨系統(tǒng)施工。a.每段拱肋設(shè)兩組扣索，每肋上、下游各一組，分別置于拱肋端頭上節(jié)點附近。各扣索位置應(yīng)與吊掛的拱肋在同一垂直面內(nèi)，扣塔架上索鞍頂面高程應(yīng)高于扣點高程，還應(yīng)進行強度和穩(wěn)定性驗算。b.背索提前在南岸、北岸下料，下端地錨處背索鋼絞線通過錨具連接，擠壓套固定后扣塔端用5t卷揚機牽引至扣塔錨梁上，用夾片固定暫不需要預(yù)緊，每個節(jié)段安裝時再相應(yīng)的預(yù)緊；扣索在吊裝平臺發(fā)放，節(jié)段梁端用擠壓套固定，然后捆綁在節(jié)段梁上，當(dāng)節(jié)段梁吊運到位后用5t卷揚機把扣索扣塔端牽引至扣塔上，用工具錨夾片固定。c.在張拉過程中，扣索、背索逐漸受力時，吊點逐漸受力減小，直至完全松弛，起重工拆除吊具，吊點返回吊裝平臺，焊接施工同步跟進，完成一個節(jié)段安裝。以上工序重復(fù)24次并與橫向連接系安裝按需求間插進行。

3.3.3 拱肋合攏段的施工。（1）根據(jù)設(shè)計要求，合攏溫度宜控制在5℃-10℃之間。（2）為保證拱肋能順利合攏，需設(shè)置拱肋拱頂瞬時合攏段，利用法蘭螺栓調(diào)整拱軸線形及內(nèi)力。施工順序為7#與7#'節(jié)段吊裝完成→安裝法蘭螺栓，擰螺栓對N8對接法蘭盤→微調(diào)法蘭螺栓，使法蘭盤間無間隙→焊接法蘭盤→利用法蘭螺栓調(diào)整拱軸線形及內(nèi)力→拱頂永久合攏→焊接拱腳預(yù)埋管與拱肋1#節(jié)段弦管連接→澆注拱座二期混凝土，完成封鉸。（3）松索完成體系轉(zhuǎn)換的過程，按照施工計算程序分級、依次對稱、均勻進行，并在整個過程中跟蹤觀測拱肋軸線和標(biāo)高的變化，及時調(diào)整，使成拱后的軸線、標(biāo)高滿足設(shè)計要求。（4）扣掛體系在拱肋合攏后松索，完成體系轉(zhuǎn)換。（5）拱肋的安裝施工過程中，及時掌握橋址處歷史氣象資料和近期天氣預(yù)報資料，避開可能發(fā)生的災(zāi)害性天氣，并采取必要的預(yù)防措施確保結(jié)構(gòu)安全。（6）為了使拱肋整體穩(wěn)定性提高并結(jié)合設(shè)計要求，在吊裝合攏后應(yīng)盡早將鉸拱焊接并澆筑砼封固拱腳。（7）拱肋安裝時，要十分重視施工安全，吊點的綁扎要牢固，要為高空作業(yè)人員提供安全繩、護欄、安全網(wǎng)等必須的安全措施。

4 施工監(jiān)控

拱肋安裝施工觀測主要分為六個方面：拱肋軸線觀測；拱肋標(biāo)高觀測；吊裝塔架在拱肋安裝中的偏移；扣索各階段索力觀測；纜索式起重機裝系統(tǒng)主纜垂度及索力觀測；吊裝時錨碇及扣索錨碇的位移觀測。

參考文獻：

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