高速铁路连续梁拱组合桥拱部施工技术研究

2014-12-25曹进

铁道建筑 2014年3期

曹进

(中铁二局第五工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概况

连续梁拱组合结构可以较同等跨度连续梁显著降低建筑高度，同时由于拱肋的加劲作用，主梁竖向刚度有明显提高［1］。因此，在跨越高速公路、既有铁路、高等级航道等工程上，该种结构已屡见不鲜。同时，其施工方法也得到了进一步发展。随着新的施工工法出现，支架法施工拱肋仍然具有其自身独特的优势。如，顶推滑移法虽是新的施工工法，但其仍建立在支架法基础之上。因为拱部拼装仍需要支架的支撑。因此，对桥面少支架法结合旋转平台定位、卷扬机—滑轮组系统吊装的施工方法进行研究，具有实际意义。

跨西岭互通特大桥是京福高速铁路闽赣段重点控制工程之一。该桥位于福州市郊区，该处在建高速铁路、既有铁路、高速公路纵横交错，立交情况极其复杂。特大桥跨越福州市三环路左、右线等，主桥与公路桥斜交角度为153°，桥梁结构采用连续梁拱组合结构，跨度为(70+136+70)m。其立面布置如图1所示。

主梁为预应力混凝土结构，采用单箱双室变高度箱形截面，梁高按圆曲线变化。

图1 主桥立面布置(单位:cm)

拱肋为钢管混凝土结构。拱肋计算跨度136 m，设计矢高27.2 m，矢跨比1∶5，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程:Y=－0.005 882x2+0.8x。拱肋于拱顶设置0.15 m预拱度，施工矢高27.35 m，施工拱轴线方程:Y=－0.005 915x2+0.804 412x，拱肋实际施工均采用施工拱轴线制作和拼装。拱肋采用等高度哑铃形截面，截面高度2.8 m，拱肋弦管直径0.8 m，由16 mm厚的钢板卷制而成，弦管之间用16 mm厚钢缀板连接，拱肋弦管及缀板内填充微膨胀混凝土，两榀拱肋间横向中心距12.5 m。

2 主桥总体施工方案

主桥采用“先梁后拱”的总体施工方案。连续梁采用挂篮对称悬臂浇筑。拱部采用以桥面为工作面，搭设门型支架拼装钢管拱肋;然后依次灌注拱肋弦管和缀板内混凝土;安装、张拉吊杆;张拉主梁后期钢索;施工桥面系;调整吊杆力到成桥设计索力。

3 拱部施工方案

3.1 施工限制条件及施工方案的选择

3.1.1 施工限制条件

1)由于连续梁拱离地面较高，拱顶与地面高差约60 m，且主跨与三环路斜交，大型机械设备无法到达桥位和使用，钢管拱无法从桥下直接提升并安装。

解决方案:先施工边跨的简支梁，然后通过简支梁运送拱肋及设备、材料到连续梁上。

2)由于主桥箱梁顶宽14.4 m，中支点处局部顶宽16.0 m(拱座位置)，箱梁底宽10.8 m。无法满足大吨位吊车与运输平车并排作业。若吊车与运输平车前后排列，则只能起吊较短的单拱肋，且高度有限。

解决方案:采用桥面少支架法安装拱肋，支架形式为钢管、型钢组成的门型拼装支架。门型拼装支架兼有定位和提升拱肋的作用。拱肋提升采用卷扬机—滑轮组系统提升。

3.1.2 施工方案比选

连续梁拱组合桥拱部的施工方法主要有转体法、顶推滑移法［2］(近年新发展的工法)、桥面少支架法等。根据现场施工限制条件，拱部采用桥面少支架法的施工方案最为合理。

1)单拱肋吊装

所谓单拱肋吊装，是指拱肋钢管单根单节段吊装就位固定后，再起吊安装横撑，连接两单拱肋为一个整体。其优点是吊装重量轻，采用吊车等起重机械即可完成;其缺点是单拱肋稳定性差，高空焊接工作量大。该种方法适用于跨度较小和拱肋节段划分较短的钢管拱桥，如计算跨度96 m的沪宁高速铁路跨高速公路特大桥下承式系杆拱桥［3］。

2)双拱肋吊装

所谓双拱肋吊装，是指拱肋钢管分段后，2个单肋钢管先与横撑(或临时横撑)在拼装胎架上连接，然后采用起吊系统吊装就位固定。其优点是吊装时的整体稳定性好，高空焊接工作量较小;其缺点是起吊重量较重，需要较复杂的起吊系统吊装。该种方法适用于拱肋节段划分较长、跨度较大的钢管拱桥。

综上所述，该连续梁拱组合桥的拱部施工采用桥面少支架法，吊装采用单拱肋和双拱肋相结合的施工方案。起吊系统采用卷扬机—滑轮组系统起吊。

3.2 钢管拱安装关键施工技术及要求

3.2.1 拱肋节段划分

拱肋节段划分应综合考虑各方面的因素，如:横撑的位置、吊杆的位置、门型拼装支架的位置、起吊时拱肋的运动轨迹等。根据以上几点，拱肋加工时分为13个节段(不含预埋管段，节段最长13.83 m，最大13.279 t)，拱肋吊装分为 7个节段(节段最长28.91 m，最大83.1 t)。

3.2.2 支架系统设计与搭设

1)支架系统结构设计

胎架、门型拼装支架直接立于桥面上，与预埋钢板焊接。支架采用钢管、型钢焊接而成，设置缆风绳。在钢管立柱正下方的箱梁顶板和底板间搭设钢管支撑，保护箱梁顶板不被破坏。卷扬机—滑轮组系统在支架横梁顶设置滑轮组吊点，并设限位装置;在桥面上预埋圆钢转向拉环;卷扬机布置在边跨拱座附近的桥面上。总体布置图见图2。

图2 门型拼装支架总体布置(单位:cm)

吊装节段起吊到位后，需要支撑点固定拱肋的位置。因此，采用一个可在支架的立柱上旋转的定位平台固定拱肋，即拱肋定位平台。定位平台采用钢管、工字钢等型钢焊接而成。

2)支架搭设

胎架采用在地面加工焊接成整体后，吊装至梁面与预埋钢板焊接，同时对胎架进行全封闭，防止焊渣掉落到高速公路上。门型拼装支架的立柱钢管采用分段安装，吊车起吊，螺栓连接。桁架剪刀撑在地面加工焊接成整体后，随着立柱钢管的升高，及时与钢管焊接成整体，以保证安装过程中结构的稳定。定位平台在钢管立柱安装前即套在立柱上，并临时固定。起吊系统在支架安装完成后，再进行安装。

3.2.3 拱肋组拼

拱肋加工节段在胎架上组拼成吊装节段，并根据吊装节段自身的稳定性，判断是否需要增加临时横撑。本桥吊装节段起吊时都能满足自身稳定要求，因此不需要增设临时横撑。

3.2.4 拱肋安装

1)节段吊装

吊装节段采用支架双肋提升就位。在拱节段检查验收合格后，安装吊带，采用卷扬机吊装提升。提升至设计位置后，将拱肋的提升力释放一部分由定位平台承担(旋转定位平台至拱肋轴线垂直方向)。测量组对拱肋标高及轴线进行观测，在线性满足设计及规范要求后，焊接吊装节段的接口，完成吊装。

2)合龙段就位

为保证顺利起吊就位，合龙段的端头上、下弦管，做成上短下长的形式，且在主弦管上两端设置嵌补段。嵌补段加工时，加长10 cm的预留量。为保证合龙精度，采用临时定位角钢将合龙段与已安装完成的节段焊接起来，以保证无应力施焊。合龙时，要求在温度比较稳定的时段进行焊接。钢管拱合龙后，即可拆除拱肋与门型拼装支架的连接，然后测量拱肋的线形与设计线形吻合情况，拱肋安装完成。

拱肋安装完成后，采用顶升灌注法［4-5］浇筑钢管及腹板内混凝土。最后施工吊杆和索力调整，使桥梁线形和索力达到设计要求。