哈大铁路客运专线新开河特大桥138 m钢箱叠拱桥“先梁后拱”施工技术

郝良秋，赵亚楠

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

1 工程简介

哈大铁路客运专线TJ－3标新开河特大桥全长13 136.12 m，其中跨越富民大街采用1-138 m钢箱叠拱桥通过，铁路正线与富民大街斜交为59°。拱桥设计为下承式钢箱叠拱，拱轴线形为二次抛物线，跨度138 m，桥面宽18 m，上、下拱肋矢高分别为35、28 m，桥下净空达10.5 m，全桥拱重16 190 kN，桥面系总重量约22 230 kN。如此大跨度的单孔叠合拱桥在我国铁路客运专线建设中尚属首次。见图1。

由于138 m钢箱叠合拱与长春西客站之间未设置预制梁场，且长春西客站为哈大客运专线的控制工程，因此拱桥与客站之间的预制梁必须通过叠合拱进行架设;如按照“先成桥后过梁”的施工方法，梁拱间的净距无法满足架桥机前支腿通过。故而，为既保证架梁需要，又节约梁场成本，在施工中采用了“先过梁后架拱”的施工方法，简称“先梁后拱”法。

图1 钢箱叠合拱桥效果图

2 施工特点

在钢箱叠拱桥原位安装钢管施工支架，利用支架平台拼装系梁、纵梁、横梁成为一体，后在其上铺设型钢和钢板，与钢管支架组成临时桥面系，作为架桥机和运梁车的通道，待运梁车和架桥机架设完钢箱叠拱桥后的箱梁，在系梁两侧的地面搭设支架焊接拱肋，而后将成形的拱肋采用两点整体吊装法安装到位，并安装实心吊杆，最后在横梁、纵梁上现浇混凝土桥面板，调整吊杆后成桥，从而达到进度与效益的双赢。

将上、下拱肋在地面拼装支架上立式拼装焊接成形，并一次性采用两点龙门起吊法，将长88 m节段的拱肋整体吊装就位，为大跨度钢结构起吊提供了新思路。

吊装起升能力采用万能杆件拼装式200 t走行式龙门吊承担。该设备在前期系梁、横梁、纵梁的拼装及拱肋的整体拼装中，用来作为起吊设备，又在后期的整体吊装中，按照起吊点固定定位后，担负起吊就位工作。从而减少了设备的租赁，节约了成本，提高了效益。

与传统工法比较，“先梁后拱”法施工质量可靠，施工进度、安全可控，有良好的社会和经济效益。

3 施工方法操作要点

3.1 临时支墩施工

“先梁后拱”的施工工法，首要是在系梁下按照吊杆的位置，对应设置临时桥面系支墩，以保证架桥机和运梁车顺利通过。运梁车及架桥机外形尺寸、工作荷载、运输工况等参数，作为临时支墩的设计依据。临时支墩由筏形基础、钢管及钢管连杆组成。临时支墩施工前，首先应对基础底部各种管线进行排查，若有须采取适当的措施防护。支墩混凝土基础局部地基应保证承载力大于200 kPa，必要时可局部扩大，混凝土顶面预埋δ=20 mm钢板加焊锚筋与钢管焊接，施工时必须保证预埋件位置准确，且整个顶面平整度不大于2 mm。钢管顶面高程由桥面高程加钢梁架设预拱度换算得出，并预留一定可调空间，采用不同厚度的钢板在钢管顶支垫调整。支墩所用钢管采用壁厚10 mm无缝钢管，安装时精调竖直度，以确保钢管垂直受力，并为保证钢管受力均匀，管内充填C30细粒混凝土，并设置钢管连杆。在确定临时支墩横梁上的调整槽钢高度时，必须按设计要求，考虑成桥状态时的下挠度。临时支墩构造见图2。

3.2 大吨位走行式龙门吊主体结构设计、施工、吊装

(1)走行式龙门吊主体结构设计

结构设计时需要考虑荷载及活载安全系数、端横梁重、风力，设计检算需考虑龙门吊走行基础、龙门吊纵向稳定、龙门吊轮压、门吊结构、天车走道梁、起吊系统。

(2)走行式龙门吊拼装施工

图2 临时支墩构造(单位:cm)

因龙门吊横梁自重大，距离地面高，故采用龙门两侧支腿提升横梁法。在施工中，先将龙门两侧支腿拼高高出横梁安装位置12 m，然后将万能杆件3号铁与1号铁形成斜拉，并把4号铁进行加强，形成支腿顶部悬臂支撑，并在悬臂支撑部位安装提升设备，再通过地面卷扬机和两侧支腿后背稍的调整提升横梁。

(3)走行式龙门吊吊装前准备工作

①龙门吊试吊及鉴定。项目部对试吊过程进行施工组织设计，地方质检部门参与并出具检验报告。试吊过程中，将各个参数和人员分工认真填写，作为正式吊装时参考。其他小型构、配件采用50 t吊车起吊。微调时利用手拉葫芦和千斤顶就位。

②端横梁安装前的检查。对完工的306号与307号的墩柱、支座垫石等进行验收，并对高程、跨度、中心偏差值等进行超差纠正，而后安装支座。

③正式吊装前，项目部专职安全员必须对施工人员实行集中培训，技术人员必须对施工人员进行详细的技术交底，使每个施工人员都明确具体操作方法和技术指标。

④正式吊装。先将307号墩横梁吊装到位，而后依次先安装两侧系梁，再安装纵梁和横梁，直到306号墩端横梁。在拼装过程中，每节段拼装都要严格控制超差检验，以防整体拼装至306号墩端横梁时偏差超限，致使端横梁无法安装，同时要注意两端横梁的锁定温度。

3.3 拱脚、临时支墩和下拱肋1号段就位焊接

拱脚严格按设计位置在系梁焊接就位，然后将下拱肋1号段与拱脚焊接。拱脚的空间位置是整座拱桥施工的关键，亦是整个拱肋线形控制的关键，就位前后应仔细校核。1号段就位时需提前在系梁上搭设位置精确的支架，用以固定1号段的空间位置。此外，1号段的吊点需经过严格计算，且1号段焊接完毕后，应仔细校核其悬臂端的空间位置。

3.4 拱部地面分段拼装，整体吊装(图3，图4)

下拱肋分为9个拼装节段，除与两端拱脚连接的1号段外，剩余7个节段可在地面支墩上拼装完成后整体吊装并与两端1号段合龙。7个节段中心弦距为88 m，节段之间拼装就位时利用全站仪对轴线、里程、高程精确放样，保证拱肋角线形符合设计值。

图3 88 m下拱肋地面拼装焊接

相邻拱肋采用先用码板将拱肋对位固定，然后焊接并探伤。拱肋加工时先在一端加焊定位耳板，在吊装中利用耳板的定位功能，使拱肋准确就位，随后焊接码板，使两拱段固定牢固，最后采用单面焊双面成型的焊接工艺完成拱肋的焊口。为保证拱肋的精准架设，在地面拼装时，用全站仪精准放出支墩位置，模拟拱肋线形，并使支墩顶部槽钢避开吊耳板，且把接口留在支墩平台上。下拱肋2号段与1号段连接处留有加工余量，保证拱座间距同为87.21 m，拱座倾斜角度为60°。拼装拱肋的支墩位置和高程根据拱肋线形及设计预留拱度计算得出，钢管顶下1.5 m处焊接槽钢分配梁平台，用以拼装下拱肋，下拱肋拼装结束后，在不调整拱座倾斜角的情况下，接长钢管，在顶部铺设第二层槽钢分配梁，架设上拱肋。

图4 下拱肋支墩立面(单位:m)

高程控制:两拱座高程利用支垫钢板调为一致，根据拱肋线形确定钢管顶部槽钢的高程。为保证吊装时88 m拱肋的稳定和精度，现场根据拱肋线形加工钢楔块，将钢楔块放在底板下面靠近腹板位置处，从而有效减小拱肋因自重产生的变形，高程调整到位后焊接在槽钢与拱肋地板上，以消除拱肋在拼装和吊装过程中产生的斜向分力，拼装结束后清除钢楔块，打磨后涂装。

线形控制:在拱肋下口轴线处做明显标记，用全站仪监控，待调整到位后在支墩顶面槽钢上焊接挡块，达到固定拱肋的目标。

里程控制:施工全程用全站仪进行里程监控。现场测量拱肋尺寸并记录，及时调整拱肋里程，焊缝精度为(6±2)mm。

经过多次研究讨论，钢箱叠拱桥拱肋架设采用88 m整体吊装方案。此方案将大幅降低现场焊接的高度，减少高空焊接及线形控制的工作量，保证了钢箱叠桥全桥质量，同事也缩短了施工工期。

下拱肋在地面拼装焊接完成后，切割余量并打磨，精确计算吊点位置。整体起吊前，主吊点应与龙门进行定位，用轨道夹板固定龙门吊走行系统，确保调整辅助吊点张力时龙门稳定。见图5、图6。

图5 88 m下拱肋吊装侧面(单位:m)

图6 88 m下拱肋吊装过程照片

通过计算知，当拱肋重心低于或与两吊点连线中心基本重合时，拱肋的各种变形最小。实际操作时，吊点距离端部水平距离不小于19 m(重心低于两吊点连线中心260 mm)。经设计院许可，利用拱肋自身结构，吊点直接在拱肋上开孔，用单根直径为4.3 cm的钢线绳绕行穿过，确保拱肋吊装过程中不发生扭转。起吊之前须对拱肋线形和系梁上已完成的1号段拱肋间轴线的距离进行复测，后才能拼装88 m(2号～5号)拱肋。

88 m(2号～5号)拱肋试吊结果表明，两端各向跨中收缩7 mm，这与Midas软件模拟分析的结果一致，再次放到支架上对加工余量进行切割。整体起吊前，主吊点与龙门进行定位，并用轨道夹板固定龙门吊走行系统，确保调整辅助吊点张力时龙门稳定。然后两吊点同步垂直提升88 m拱至略高于1号拱肋预设定位板处，此时将88 m拱平移，待与侧腹板平行后，缓慢下落，然后按理论拱轴线调节拱形，在确定拱顶高程及拱肋线形与设计一致时，将88 m拱肋与1号段焊接，成为整体，即完成下拱肋安装。

在下拱肋精准安装的情况下，确保连杆、吊杆的顺利安装，上拱肋的轴线、里程、高程以下拱肋为依据，进行调试、固定、焊接。

全桥为钢结构，跨度大，温度变化对全桥影响较大，因此合龙时应准确对位，快速合龙。合龙时须严格按设计进行，可采取顶面和侧面覆盖篷布等措施降温。

吊装前安装上、下拱肋1号段之间连接板，完成后依次吊装并焊接4个上拱肋1号段，上拱肋1号段吊装同下拱肋1号段。焊接前后，对4个上拱肋1号段精确校核，保证悬臂端空间位置准确。图7为上拱肋1号段吊装就位照片。

图7 上拱肋1号段吊装就位照片

88 m上拱肋地面拼装与88 m下拱肋地面拼装类似。改变下拱肋拼装支架尺寸，直接在地面拼装88 m上拱肋。拼装拱肋的支墩位置和高程根据拱肋线形及设计预留拱度计算得出，钢管顶下1.5 m处焊接槽钢分配梁平台，用以拼装下拱肋，下拱肋拼装结束后，在不调整拱座倾斜角的情况下，接长钢管，在顶部铺设第二层槽钢分配梁，架设上拱肋。

5 连杆、吊杆安装及调试

(1)先在地面进行连杆、吊杆的组装，并按安装位置调整长度尺寸。

(2)从两端向中间对称安装连杆、吊杆。安装时先将连杆、吊杆一端与下拱肋下部吊耳连接，使之自然下垂，将吊杆下端装入系梁吊耳中。安装销轴应特别注意，不宜直接用锤敲击，以免损坏。

(3)监测单位在每根连杆、吊杆上贴应变片进行应力测试，准备张拉。

(4)根据吊杆应力显示，用专用扭力扳手对连杆施拉。吊杆设计的初始张力为50 kN，此时应认真做好对应记录。施拉时避免损伤吊杆表面。

(5)连杆、吊杆安装结束后，从两端向中间对称依次进行吊杆拉力检查。发现连杆未受拉力或拉力不足50 kN者，须对其进行二次张拉。

(6)由于温差对吊杆拉力产生影响，在二次张拉24 h后，应再次对吊杆拉力进行检查。若发现拉力不满足设计者，须对其进行第三次张拉，从而保证每根吊杆受力一致。吊杆调试完毕，旋紧长短护套。

(7)检查连杆、吊杆吊耳板处腻子，有损坏处及时修补。

(8)拆除系梁上临时支架和拱肋上梯子栏杆等，并磨平表面焊缝。

(9)进行最后一道氟碳面漆涂装。

6 结语

“先梁后拱”施工方法在哈大铁路客运专线新开河特大桥1-138 m钢箱叠拱桥上的成功应用，不仅为哈大铁路客运专线TJ－3标段铺轨工作的顺利开展奠定了坚实基础，又为长春市汽车产业开发区与长春西站增添了一道美丽的风景，而且也填补了国内铁路桥梁工程空白，为今后同类型桥梁的设计和施工提供重要参考依据，同时对大跨度钢箱叠拱桥在国内的应用与推广有重大的意义。

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