贵广铁路大跨度钢桁拱桥施工方法

李红征，薛志清

(1.广铁贵广铁路广州枢纽工程指挥部，广州 510370;2.湖南工业大学 土木学院，湖南 株洲 412006)

桥址位于佛山水道与平洲水道交汇口附近，桥位上游500 m附近有三山西大桥，桥位下游18 m为已建武广客专铁路跨东平水道连续钢桁拱。东平水道属国家Ⅱ级航道，主要受暴雨洪水影响，每年4～9月为洪水期，较大洪水多出现在5～8月，并受南海潮汐影响。百年一遇洪潮水位3.69 m，最高通航水位3.42 m。跨东平水道采用(66+99+286+99+66)m连续钢桁拱，与已建武广客专东平水道特大桥主跨错孔布置。

1 工程概况

1.1 工程简介

东平水道特大桥主要为跨三眼桥货场、花地河及东平水道等而设，沿线跨越的主要公路有穗盐路、西环高速、花地大道、龙溪大道和三山大道等。桥梁设计速度200 km/h，桥上为无缝线路。起止里程 GDK813+524.43～GDK822+827.5，桥长 9.3 km。本桥从GDK819+842.73～GDK822+833.55为贵广南广右线双线桥，跨东平水道连续钢桁拱即位于该双线桥。

1.2 桥式方案

跨越东平水道采用(66+99+286+99+66)m连续钢桁拱，连续钢桁拱桥式立面布置见图1。

梁端距边支座中心1 m，钢梁全长618 m。考虑到降低梁端转角，有利于中跨悬拼以及减小边跨梁高，本桥边跨总长165 m，通过辅助墩分隔为66 m(简称“边跨”)与99 m(简称“次边跨”)两段。

连续钢桁拱桥式横向布置见图2。结构采用两片主桁，桁间距16 m，桥上为双线铁路，线间距4.6 m。

主桁采用有竖杆N型三角桁式，节间长度11.0 m，中跨26个节间，两边跨各6个节间，两次边跨各9个节间。边跨桁高14.0 m，加劲弦高20.0 m，拱顶拱肋高度9.5 m，最大吊杆长度41.0 m。下拱肋为圆曲线，矢跨比1/4.69。

主桁上下弦、拱肋、吊杆以及受压较大的腹杆采用带肋的箱形截面，受压较小及受拉的腹杆采用工字形截面。主桁杆件内宽1 200 mm，上弦及上拱肋内高1 200 mm，下弦及系梁内高1 600 mm，拱肋内高1 200～2 000 mm，最大板厚56 mm。主桁材料为Q370qE。

图1 连续钢桁拱桥式立面布置(单位:m)

图2 连续钢桁拱横向布置(单位:m)

2 施工

钢桁拱边跨采用辅以临时墩的悬臂施工方法，中跨采用吊索塔架辅助悬臂安装、跨中合龙的施工方法。

2.1 主要施工装备

1)全回转架梁吊机 全桥布设2台用于架设钢梁。吊机基本参数如下:主钩起重量和最大起重力矩应能满足起吊最大组合构件重量并有安全系数，吊机走行方式为自行。

2)吊索塔架 全桥布设2台吊索塔架，分别安装在217#、218#墩钢桁梁上弦。

3)跨线移动门吊 全桥布设2台，用于安装两岸边跨前5个节间钢梁、拼装全回转架梁吊机底盘、所有钢桁梁杆件上桥以及小型材料和有关设备的起吊等。

2.2 施工顺序和作业空间

1)施工顺序:①在两岸设置预拼场，施工桥墩及临时墩。施工提升站，起落梁设施及钢梁纵向移动设施。②安装边墩临时支座，利用提升站安装边跨钢梁两个节间(22 m)。锁定边墩临时支座纵向水平位移，在已架钢梁上拼装架梁吊机。③利用架梁吊机借助临时墩架设边跨钢梁。④利用架梁吊机继续架设钢梁至中墩。拆除所有剩余临时墩，安装中墩临时支座，解除边墩临时支座纵向水平位移，并锁定中墩临时支座纵向水平位移。⑤利用架梁吊机由两个中墩向跨中悬拼架梁，安装塔架及扣索。在边跨55 m范围内压重100 kN/m。⑥继续悬拼钢梁，张拉扣索。预留合龙口，通过起落边支座调整竖向合龙位置。纵移钢梁，使得水平方向达到合龙要求。⑦一次合龙拱肋、桥面系。继续将边支座上抬回位后，拆除边跨压重、扣索及塔架。整体纵向水平移动钢梁，将贵州侧中支座移至设计位置。⑧安装永久支座，拆除临时支座。安装桥面道砟槽板，浇注结合混凝土。安装全桥附属结构，铺设道砟及轨道系统，完成全桥施工。

2)作业空间:全桥在南、北两岸各设置一座预拼场，供应钢梁架设。预拼场面积约12 000 m2，分别布置有预拼台座和存放台座，各配备龙门吊机1台，汽车吊1台，运梁小车2台。

2.3 钢梁杆件的预拼

1)为便于钢梁安装，架设前在预拼场要将部分零小杆件组拼成一大部件。杆件预拼前，应根据设计图绘制预拼图和栓钉图，清查杆件编号和数量，在基本杆件上标出钉栓长度区域线，起吊重心位置和单元重量及安装方向。

2)拼装冲钉的公称直径应与工厂试拼、工地钉孔重合率相适应。冲钉材质可选用35号或45号碳素结构钢制作，并经过热处理方能使用。冲钉圆柱部分的长度应大于板束厚度，冲钉使用多次后，经检查如不符合偏差要求，应予以更换。

3)待安装的钢梁杆件和组合单元，应在节点板和拼装板位置标出桥上安装的螺栓长度、数量、拼装方向、重量和重心位置，但标示线不得侵入高栓垫圈范围。

4)杆件组拼单元栓合后，应经值班技术人员检查，填写组拼杆件登记卡，并须经质检人员检查验收签证后方可上桥安装。

5)杆件预拼后应满足下列要求:预拼单元重量不得超过吊机额定重量;栓孔重合率应达到《制造规则》对工厂试拼质量要求。

2.4 钢梁安装架设

1)钢梁安装原则:①保证钢梁悬臂架设过程中的抗倾覆稳定系数(M倾>1.3)，以压重或钢梁自重进行配重平衡，满足跨中合龙之际最大悬臂安装需要。②在支架上拼装钢梁时，除保证支架有足够的承载力和预留压缩下沉量外，应特别注意钢梁的拼装拱度曲线。主桁杆件闭合，节点高强度螺栓100%终拧后，下弦杆前端节点底面与支架支点垫块之间才能用钢板抄死。该节间高栓全部终拧后，再拼装下一节间。③在支架上拼装钢梁第一节间的纵梁时，必须在纵梁的悬臂端设置临时支点。

2)钢梁安装要点:①杆件栓捆前，检查由预拼场发来的杆件是否符合拼装顺序，栓捆时应注意杆件上标注的质量大小和重心位置。②杆件拼装时，为保证拼装拱度，需按孔眼总数50%的冲钉均匀分布打入，并上足25%～30%的高强度螺栓，作一般拧紧后方能松钩。将冲钉换成高强度螺栓时，一次卸下的冲钉数量，最多不超过冲钉总数的20%。将全部冲钉换成高强度螺栓后，按工艺进行初拧和终拧。终拧后的螺栓检查合格后，用相应油漆作标志。螺栓施拧应从栓群中心向四周进行，以利板束压平及减少螺栓之间的相互影响。③悬臂架设过程中，要求主桁栓合进度不落后于拼装的二个节间，即正在栓合的节点与正在拼装的节点距离为两个节间。④悬臂安装过程中需要进行测量:钢梁悬臂安装时节点挠度及中线的测量，要求每安装一个大节间，各节点测一次挠度与计算值比较，同时测一次中线，判断钢梁制造和安装质量。同时对关键杆件要进行应力测定，与计算值比较，以便及时进行分析，防止超应力。在主桁拱合龙时测定若干杆件应力，以便掌握合龙过程中的应力状况，检验结构特征。⑤悬臂安装时，前方墩顶支座高程，应根据悬臂端的最大挠度和工厂制造拱度及墩顶设备高度等因素确定。临时支座应设有良好的顶落及纵横移设备，后者应设置双向顶架，任一面均可施顶，一面顶移一面制动保险。临时支座和保险支座不宜过高，设置时要考虑支座在温度、风力、静、动力作用下的稳定性，主要受力支点临时支承在工钢束、钢垫块、钢轨束等组成的支座上时，应考虑因钢梁转角产生的偏心反力对支座和钢梁节点的影响。

3)钢梁调整:钢梁在悬臂安装到达前方桥墩后，如前支点横向偏移较大时，可在起顶前横移调整到位。钢梁纵移可利用顶落梁的高差或利用温差进行。钢梁横移调整偏位之前，下平联和上平联节点螺栓必须终拧完毕，以防钢梁受横向水平力的影响造成钢梁轴线发生曲折。

2.5 合龙

2.5.1 合龙特点

1)跨中悬臂跨度长，合龙端挠度、转角很大，合龙对位困难。

2)跨中合龙前辅以吊索塔架进行钢梁悬臂安装;拱桁合龙后，吊索塔架还不能拆除，而只能进行索力调整，吊索和塔参与主梁受力，构成“斜拉桥”的体系，受力体系比较复杂。

3)桁拱合龙后欲合龙系杆，还需起顶边墩和通过塔架索力调整等措施来实现，体系转换过程比较复杂。

4)合龙点空间坐标的变化因素多:顺桥向钢梁长度的偏差X，受温度、钢梁制造与安装的偏差及索力的影响。垂直方向的偏差Y，受安装荷载及索力偏差的影响。钢梁中线上下游的偏差Z，受日照、索力与钢梁安装顺序，起吊荷载的影响。调整时 X、Y相互影响，合龙时较难掌握。

5)合龙精度要求高:合龙节点栓孔由工厂按设计图一次成孔，工地用冲钉打入，施工过程中不准扩孔。

2.5.2 合龙方案

钢梁合龙总的方案是，先拱后系杆。

第一步:通过武汉侧钢梁整体纵移、217#(218#)墩顶钢梁预落和必要的塔架索力的调整，将跨中钢梁梁端合龙点的位移偏差调整到安装精度要求之内，先行合龙钢桁拱下弦。

第二步:利用千斤顶在上弦节点间施力，使得上弦节点栓孔对应，安装上弦拱肋节点，进行上弦合龙。

第三步:解除主墩支座约束。

第四步:通过两边墩起顶钢梁和逐步释放索力，使得系杆节点栓孔对应，进行系杆合龙，从而完成全桥合龙。钢梁安装完毕，纵横移和高程调整后，质量标准符合设计要求。

2.5.3 施工注意事项

位移调整系统的主要组成是在钢梁的起顶点下布置的千斤顶及顶座，千斤顶分为竖向千斤顶及水平千斤顶，分别进行顶落梁和纵横移操作。鉴于钢梁跨度大，在温差作用下易产生较大的纵向位移，需在竖向千斤顶下面布置MGE板用作滑动面。纵横移操作时，将钢梁置于墩顶临时支座上滑动，MGE板用作滑动面。

3 结语

严格按照施工方案和工艺细则施工，能够确保对钢梁架设中的应力和变形进行监控，包括钢梁杆件的应力、钢梁在起顶过程中的应力、钢梁拱度和悬臂端的挠度等，使钢梁架设各工序都处在质量控制之下。大跨度钢桁拱的架设，位移调整系统是调整钢梁几何状态的重要手段，在钢梁架设过程中起着至关重要的作用。通过墩顶布置的位移调整系统来完成大跨度钢桁拱的拼装，可以保证中跨跨中高精度的合龙。

[1] 张春新，刘代兴.钢桁拱桥精确合龙施工技术［J］.铁道建筑，2010，(1):82-83.

[2] 中华人民共和国铁道部.TB 10212—2009 铁路钢桥制造规范［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB 10002.2—2005 铁路桥梁钢结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

[4] 中华人民共和国铁道部.TBJ 214—92 铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

[5] 中华人民共和国铁道部.铁建设［2005］160号 客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准［S］.北京:中国铁道出版社，2005.