晋豫鲁铁路通道跨京广线钢桁梁拖拉法施工技术

刘文武，张志才，范 君

(1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;2.晋豫鲁铁路通道股份有限公司，山西 太原 030030)

铁路钢桁梁架设采用拖拉法施工一般是由于施工场地受限，不能搭设支墩原位拼装架设。拖拉法施工的常规做法是在支架上拼装钢桁梁，在拼装支架和安装滑道，同时搭设拖拉下滑道，拼装完成后顶起钢桁梁，在主桁架下弦杆下部安装上滑道，然后落梁至下滑道上，拖拉钢桁梁沿下滑道前进至设计位置落梁就位完成施工。晋豫鲁铁路通道采用108 m钢桁梁跨越京广线及107国道，受铁路运营及公路通行影响无法原位拼装，因此设计采用拖拉法施工。

1 工程概况

晋豫鲁铁路通道西起山西省兴县瓦塘镇，经山西、河南至山东省日照港，全长1 267 km，总投资超过1 000亿元。铁路于河南省汤阴县依次跨越南水北调主干渠、京广线及107国道，在56#墩及57#墩间设108 m钢桁梁跨越京广线及107国道，是目前国内采用拖拉法跨越京广线施工跨度最大、结构最重的钢桁梁。

2 施工方案及实施情况

2.1 108 m钢桁梁结构

钢桁梁设计采用无竖杆整体节点平行弦三角桁架体系，计算跨度108 m，全长109.5 m，桁高14.5 m，主桁中心距12.8 m，节间长度12 m，见图1。

图1 钢桁梁立面示意(单位:mm)

主桁上下弦截面均采用焊接箱型断面，上下弦主桁采用全截面拼接。斜腹杆截面形式主要为箱型，部分采用H型断面。斜腹杆除端斜杆采用对接式拼装外，其余均采用插入式与主桁整体节点连接。对接腹杆内宽与弦杆内宽相同。桥面板为密布横梁正交异性整体钢桥面板，道砟桥面。上平纵联的斜杆及支杆截面均采用交叉式工型断面。钢梁端斜杆上设有斜向桥门架，同时在上弦每个节点处斜腹杆上设置中间横联。钢桁梁使用 M24及 M30高强度螺栓组拼，重约1 978 t，每米质量约18.1 t。

图2 支架简图

2.2 支撑结构及滑道结构

如图2所示，支架从结构形式上分3部分:57#～60#墩间的拼装兼滑移支架、57#墩顶的过渡滑移支架和56#～57#墩间的滑移支架。下部结构的桩基、扩大基础、钢管柱、分配梁、贝雷梁以及滑道结构的钢箱梁、分配梁及扣轨梁等结构受力均经过设计单位检算，监理、建设单位及铁路局相关部门审核，各工况结构受力及稳定性满足要求。施工方案经两次专家论证会评审通过。贝雷梁组拼前经过加载试验，可以满足设计承载力。

2.2.1 拼装区支架与下滑道

下部支架结构:57#～60#墩间设9排临时支墩，临时支墩采用扩大基础及双钢管柱;柱顶设2根横向I45b工字钢分配梁;分配梁上每桁设9片加强型贝雷梁;在钢管柱支墩处横向设2根通长I22a工字钢与两主桁下的贝雷梁相连接。下滑道结构:在贝雷梁顶设间距0.75 m、长1.5 m I22a工字钢分配梁，设在贝雷梁节点处，分配梁上铺设43 kg/m钢轨扣轨梁，正反扣并排铺设，每桁10根;上面铺δ20 mm钢板，宽1.0 m，通长铺设;钢板上面焊接2～3 mm厚的不锈钢板做滑动面。

2.2.2 过渡滑移支架

该段位于墩顶，长1.7 m，用于贝雷梁与钢箱滑道梁刚度突变段过渡，下部支撑结构初期采用预制钢管混凝土支墩，拖拉时发现钢管混凝土支墩底部难以抄垫密实，顶部滑道结构间隙处压缩变形大，故改为钢筋混凝土基础。支墩上铺设纵横向钢轨垛，其上铺设钢板及不锈钢滑面板。

2.2.3 拖拉区支架与下滑道

拖拉区支架下部结构自56#墩向57#墩间设1#，2#，3#支墩群，分别位于京广线以西、京广线和107国道之间以及107国道以东。1#临时支墩基础采用钻孔桩基础和扩大基础，汤台铁路废弃线的基床上设扩大基础，在边坡和坡脚处设3排钻孔桩，共6根。每桁纵向设7排 φ500 mm，δ16 mm的无缝钢管，横向每排5根，纵向间距3.2 m。2#临时支墩群位于京广铁路和107国道之间，支架基础全部采用钻孔桩基础，每桁纵向设 6排，横向每排 2根，共 12根。立柱采用φ500 mm，δ16 mm的无缝钢管，纵向10根，横向5根，纵向间距3.0 m。3#临时支墩群位于107国道与57#墩之间，支架基础全部采用钻孔桩，每桁纵向设2排，横向每排2根，共4根。立柱采用φ500 mm，δ16 mm的无缝钢管，纵向4根，横向5根，纵向间距2.5 m。在钢管支架顶部每根钢管立柱用2根I45b一组作为纵向分配梁。横向分配梁采用3根I45a，间距1.5 m。滑道结构采用分配梁上设厂制钢箱滑道梁，其上铺设不锈钢板作为滑动面，滑动面满涂黄油润滑。

2.2.4 上滑道

钢桁梁上滑道安装在钢桁梁下弦主桁的节点下面，设置18处上滑道。上滑道采用厚20 mm钢板拼焊，设肋板加强，各主桁节点下上滑道高度根据钢桁梁拼装预拱度设置，使上滑道底面保持水平。上滑道从上向下依次为石棉布垫层、钢上滑道、四氟滑板，上滑道用细钢丝绳与下弦主桁连接固定。

2.3 拖拉体系设计

1)在3#临时支墩群的滑道前端安装反力支架，利用下滑道在内侧对称安装2台计算机控制的200 t连续张拉千斤顶，每行程拖拉20 cm，理论拖拉速度超过8 m/h。

2)每个千斤顶使用10根钢绞线作为拉索，在钢桁梁大里程端下弦杆(E0杆件)第二横梁上面设置拉锚器。拉锚器为组焊件，采用高强螺栓安装在梁端主桁端头上。

3)在拼装区每个临时支墩的上方和拖拉区57#墩每隔20 m设置横向限位装置。拼装区限位装置安装在上分配梁I22工字钢上面。拖拉区的限位装置每隔20 m设置一处，安装在横向分配梁上。拖拉前进时，根据钢桁梁横向偏移情况，在拖拉过程中采用滚轮配合钢楔纠正横向偏位。

3 施工问题分析

钢桁梁拖拉施工期间由设计人员对各上滑道受力状态进行实时检算。考虑到上滑道和钢桁梁刚度均较大，当上滑道与下滑道不密贴时，各上滑道受力重新分配，这时使用液压千斤顶加力调整各上滑道荷载，使各上滑道工作荷载接近计算荷载。试拖启动拖拉力960 kN，换算摩擦系数约0.05，符合最初设计预期，说明滑移面构造合理。滑移区支墩群及滑道结构在拖拉施工中未出现异常情况，拼装区贝雷梁段工作也基本正常。拖拉施工正式开始后，设计及施工方面存在的问题逐渐暴露出来，给施工过程造成了较大的安全风险。

3.1 上滑道脱空

钢桁梁拼装起拱度偏差、上滑道加工尺寸偏差、滑道平顺度、滑道承载部位竖向位移等因素耦合作用，使得上下滑道接触面不在同一水平面上，落梁后南侧2#～4#上滑道及北侧2#，3#上滑道脱空未承载，原设计各上滑道受力情况改变，个别上滑道受力集中，使对应部位的下滑道受力远大于原设计，出现下滑道部分I22a工字钢分配梁腹板压溃(图3(a))。为调整下滑道受力状态，拖拉过程中根据上滑道脱空情况，按计算值以千斤顶配合施加相应压力。

3.2 过渡滑移区工作效果不理想

拖拉区滑道及支架体系刚度较大，拼装区贝雷梁段刚度相对较小，刚度过渡段位于57#墩顶，钢管混凝土支墩及下滑道承载后产生较大下沉，使过渡段滑道与钢箱梁滑道产生较大错台。采取千斤顶配合滑移通过第二个上滑道后，取消过渡段下部支撑钢管混凝土支墩，改现浇混凝土基础。此措施使刚度差的影响由过渡段滑道至钢箱梁滑道转移到贝雷梁段滑道至混凝土过渡段滑道。贝雷梁端部1.5 m悬臂段竖向变形计算值与实测值差异过大，拖拉过程中产生超过5 cm的竖向变形，与57#墩顶滑道表面形成错台(图3(b))，拖拉千斤顶最大拖拉力提高至2 720 kN即接近启动拖拉力的3倍时仍无法拖动。为解决错台问题采用千斤顶顶升贝雷梁，导致贝雷梁竖杆变形。错台产生的剪力使固定四氟滑板的螺丝剪断、四氟滑板脱落，上滑道变形，下滑道不锈钢滑面开焊起鼓(图3(c))。

图3 施工现场

3.3 过渡滑移区设计不合理

为便于安装滑道，作业时将扣轨梁在过渡滑移区起始位置断开，使钢轨梁下部抄垫不实，钢轨梁边缘存在约10 cm左右的悬臂段。在上滑块走行至该部位时，过大的受力使钢轨梁及其上的钢板、不锈钢板翘起，每个上滑道经过此段时必须使用千斤顶压住钢板配合滑移。

3.4 处理措施

出现的问题集中在贝雷梁末端1.5 m及57#墩顶1.7 m过渡段竖向支撑刚度突变段。在拖拉期间一经发现问题就需停止施工进行处理。主要处理措施包括对腹板压溃的工字钢分配梁进行加固，对过渡段滑道支撑结构由钢管混凝土柱改为现浇钢筋混凝土，对贝雷梁变形部位增加槽钢支撑，贝雷架支撑结构与钢筋混凝土支撑结构间的错台处使用千斤顶代替上滑道工作，割除起鼓的不锈钢板重新铺设焊接等。原计划10 d左右拖拉就位，实际拖拉用时约20 d。

4 结论与建议

1)贝雷梁支架上拼装钢桁梁、拼装区以外拖拉区采用钢箱梁滑道的施工有较多成功案例，但在本工程应用却不顺利，主要原因是其他案例中钢桁梁跨度及自重相对较小，而本工程108 m跨度钢桁梁自重大，加大了滑道纵向刚度不连续产生的影响。采用贝雷梁拼装支架使下部纵向支撑结构刚度差异过大，滑道难以形成刚度连续均匀的水平支撑面。钢桁梁自重大、滑道刚度突变使施工过程中出现了大量不可预见的问题。更需要注意的是钢桁梁自重较大，一旦滑移过程被迫暂停，主桁节点下起顶部位已被上滑道占据不能放置千斤顶，下弦杆非设计起顶位置不能顶升受力，且钢梁与滑道之间空间狭小，大吨位千斤顶没有作业空间，出现问题难以处理。建议拖拉法施工的钢桁梁拼装区和拖拉区采用结构形式一致的下部支撑结构，使支撑体系形成沿拖拉方向刚度连续均匀的滑道。

2)滑道扣轨梁在过渡段断开使下部支撑刚度突变处滑道刚度也发生突变，没有缓冲过渡，引起了较多问题。建议滑道方案应考虑刚度是否连续均匀变化对施工的影响。

3)钢桁梁拼装预拱度控制主要涉及杆件加工精度和拼装施工精度控制，应给予高度重视。拼装完成后，应对钢桁梁实际拱度进行测量，根据测量结果确定上滑道加工高度，保证滑移面水平，消除预拱度对上滑道工作状态的影响。

4)滑道水平标高测量控制。在基础、立柱及滑道梁施工安装过程中，应加强各环节标高复核，尽量消除支撑结构标高偏差。滑道完成后，应对滑面标高进行实测、调整，确保平顺。

5)上滑道加工尺寸应在钢桁梁组拼拱度测量完成后确定，加工偏差应严格控制。

［1］徐文平，张宇峰.钢桥拖拉法施工技术的研讨［J］.公路，2007(5):48-52.

［2］铁道部经济规划研究院.经规标准［2008］176号 客货共线铁路桥涵工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.