合江长江一桥200 t级钢管拱肋节段拼装工艺

王建军，韩 玉，冯 智，秦大燕

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011)

合江长江一桥200t级钢管拱肋节段拼装工艺

王建军，韩 玉，冯 智，秦大燕

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011)

文章结合世界最大跨径钢管混凝土拱桥——主跨530m合江长江一桥的200t级钢管拱肋节段拼装工程实例，介绍了卧拼和立拼两种钢管拱肋节段拼装工艺方法，指出两种工艺都是可行的，立拼工艺更接近拱肋安装施工的正式状态，而卧拼工艺可以大大提高施工的效率、经济性和安全性。通过立拼检验证明，当控制轴线偏位在±3mm以内时，卧拼工艺可以达到规范规定的精度，200t级钢管拱肋节段拼装推荐采用卧拼方法。

钢管混凝土拱桥；200t级；钢管拱肋节段；立拼；卧拼；工艺

0 引言

桥梁钢结构的拼装方法包括实物预拼和数字预拼，数字预拼虽然省时省力，且相关技术随着科技的发展已经有了长足的进步，但大部分情况下仍需通过实物预拼进行最终检验[1]。实物预拼最好能反映钢结构实际安装施工时的状态，以桥梁钢塔结构为例，早期基本采用立置拼装的方式。但是随着桥梁跨度逐渐增大，钢塔结构规模不断向巨型化发展，若全部采用立置拼装，将大大降低施工效率，因此近期的大型桥梁钢塔基本采用水平拼装方式。钢管混凝土拱桥最大跨度已经超过500 m，节段单件重量达到200 t级别，体量巨大，拱肋节段的拼装方式，是决定制作效率和精度的关键，必须结合实践进行对比研究，明确关键控制参数，确定合理的拼装工艺。

1 背景工程介绍

合江长江一桥拱肋为钢管混凝土桁架结构，主孔跨度为530 m，净跨径500 m，净矢跨比为l/4.5，拱轴系数为1.45。拱顶截面径向高为8.0m；拱脚截面径向高为16.0m，肋宽为4.0m；每肋为上、下各两根φ1 320×22(26、30、34)mm、内灌C60混凝土的钢管混凝土弦管，通过横联钢管φ762×16mm和竖向两根腹杆φ660×12mm钢管连接而构成。吊杆和拱上立柱间距为14.3m，吊杆处竖向两根腹杆(拱脚段为立柱处径向两根腹杆)间设横隔，加强拱肋横向连接，见图1。

图1 吊杆处拱肋截面示意图

2 拼装工艺分析

合江长江一桥主拱肋最大截面高度为16m，最大节段长度>40m，最大分段重量达192t。组装如此庞大的构件，还要必须保证安装后各拱肋分段四根弦管对接顺利，根据前期的研究和分析，要求接缝错位≤2mm、各拱肋分段在标高正确情况下法兰盘密贴度必需控制在0.02mm以内，难度非常大。要保证拱肋精度，必须进行全过程变形控制，控制的指标主要是弦管轴线偏移及分段支撑面标高，控制的内容主要包括拼装精度控制和焊接变形控制。

拱肋实际安装施工时是立置状态的，因此采用实物立式制作与拼装方式是最符合实际状态的[2]，但由于拱肋节段体量巨大，若都采用立式制作与拼装(立制、立拼)方式，将会导致施工效率、经济性和安全性大大降低，若从一开始就仅采用卧制、卧拼式制作与拼装(卧制、卧拼)方式，又存在安装精度不达标的风险。经过综合考虑，结合类似工程经验和实际情况，大桥最终决定采用以卧式制作和拼装为主、立式拼装检验控制的方式进行拱肋结构的制作与拼装施工。

拱肋节段卧式拼装时采用“1+3”预拼工艺方案，在卧拼胎架上完成主拱肋预拼、腹杆相贯线焊接及接头连接件的安装工作；立式拼装时采用单侧“2+1”个分段拼装的工艺方案。

3 卧拼工艺

根据以往工程经验及分析，卧拼时分段的轴线偏位控制在±3mm内(通过测量支撑面标控制)。

卧装组焊工序见表1。

4 立拼工艺

立式拼装按照拱肋安装时的立面状态进行拼装，能直观反映拱肋安装过程中的实际状态，易于发现和解决加工中存在的问题[3]。

表1 卧装组焊工序表

4.1 立拼胎架设计

合江长江一桥最大拱肋尺寸为40 683×16 053×7 000mm，分段立制后，最大高度达17.5m。为保证拼装精度，胎架选用4根φ508mm×8钢管为立柱的支撑架，上部安装Ⅰ22a工钢做为分配梁，立柱间通过角钢连接，下部用地脚螺栓锚于地面；4根立柱的其中2根用于支撑分段，另2根用于安放千斤顶进行调节。胎架共设计2组，每组胎架中间设置4座6根φ508mm×8立柱靠架，为立制的分段提供横向支持，保证结构安装。

4.2 分段翻身立置

临时租用2台160t龙门吊对分段进行翻身立置及纵向的运输。分段尺寸大，自重大，对其进行翻身是个危险的过程。一般构件都在龙门吊下翻身，当重心变化的瞬间，往往产生较大的晃动。对于上百吨的分段，这种晃动对龙门吊可能导致灾难性的后果。为减小重心变化带来的晃动，设计了台阶型的翻身胎架。翻身作业时，两个主钩分别挂在分段上弦的两端，缓缓提升，分段将以下弦管为轴转动。主钩提升的同时，移动起重小车，保持主钩的竖直状态，减小龙门吊的横向力。分段翻转至两根下弦管均落在胎架上时，逐次降低台阶高度，使分段缓慢立置，有效减少分段的晃动。完成翻身后，将分段纵向运至立拼胎架上定位。

4.3 立拼定位

龙门吊将立拼分段纵向运输至胎架上方后，调整分段姿态与胎架一致，下方粗略定位，安装GD端的止推装置，防止分段纵向滑移。使用全站仪进行控制点测量，龙门吊配合胎架上的千斤顶进行微调，到位后用钢丝绳系在靠架上，节约5t的力，防止分段倾覆。挂垂线复核分段立置的垂直度，若有偏差，可通过靠架上的钢丝绳调整。第一个立拼分段定位完成后，起吊第二个节段。第二节段输运至胎架上时，缓慢下放，避免法兰盘碰撞，当分段落在胎架上后，利用龙门吊缓慢使法兰贴合，千斤顶微调配合。将2～3根冲钉打入法兰盘，使螺栓孔对位，上螺栓栓紧。后续分段重复上述步骤直至完成整个节段拼装。

5 拼装检验分析

对于合江长江一桥这种大跨径桁架式拱肋，进行全面立式制作和拼装的措施费、安全风险均将成倍增加，因此仅进行立式拼装，作为对卧式制作和拼装的一种完善、检测和验证。本桥立式拼装的主要检测指标为：拱肋轴线的偏位、法兰盘的密贴情况。

5.1 偏位测量

为避免温度变化导致测量误差，测量时间均安排在清晨6：00，气温稳定[4]。沿拱段布置12个观测点，在观测点处安装棱镜，连续观测2d。以拱段1～4为例，最终拱段偏位结果见图2(由于部分观测点某个方向偏差测量视线被挡，部分结果缺失)。

(a)纵向偏位

(b)横向偏位(轴线偏位)

(c)竖向偏位

拱肋轴线偏差(对应图2中的横向偏位)为控制的关键指标，将立拼总长做为跨径长度，计算轴线偏位的精度应达到：L/6 000=10 205/6 000=17mm。图中每一分段的12个控制点中，90%的控制点偏移值<10mm，最大值为17mm，均满足要求。纵向偏位和竖向偏位也都控制在合理范围内。

5.2 法兰盘密贴检查

根据《铁路钢桥制造规范》[5]要求，使用塞尺检查法兰盘密贴情况，塞尺厚度选用0.2mm。拱段1～3的法兰盘检查结果见图3。

图3 法兰盘密贴度检查情况图

由图3可知，法兰盘的密贴度均达到95%以上，符合规范要求。

6 结语

大型钢管拱肋节段的拼装工艺选择对施工的精度、效率、经济和安全有着重要影响，通过对合江长江一桥200t级的钢管拱肋节段进行卧拼和立拼工艺实践和检验，可以得到以下结论：

(1)大型钢管拱肋节段采用立拼和卧拼工艺都是可行的。

(2)采用卧拼工艺可以大大提高施工的效率、经济性和安全性。

(3)200t级钢管拱肋节段卧拼时只要分段的轴线偏位控制在±3mm内，虽然立置后会产生一定的变形差异，但仍可控制在规范要求的范围内。

(4)综合考虑各因素，200t级钢管拱肋节段拼装推荐采用卧拼工艺。

本文研究可为200t级的钢管拱肋节段制作提供指导，也为更大体量的钢管拱施工提供了参考。

[1]袁长春.430m跨上承式钢管混凝土拱桥拱肋节段双肋整体拼装施工技术[J].铁道标准设计，2009(5)：43-47.

[2]刘崇亮.宜万铁路宜昌长江大桥钢管拱拼装和竖转施工技术[J].铁道标准设计，2010(8)：158-163.

[3]谢大鹏，胡国伟.高速铁路大跨度梁拱组合桥钢管拱原位拼装方案设计研究[J].高速铁路技术，2014(3)：100-104.

[5]TB10212-2009，铁路钢桥制造规范[S].

Assembling Technology of 200 t Steel-tube Arch Rib Segments in Hejiang Yangtze I Bridge

WANG Jian-jun，HAN Yu，FENG Zhi，QIN Da-yan

(Guangxi Road and Bridge Engineering Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530011)

Combined with the 200 t steel-tube arch rib segment assembling engineering example of the world’s largest span steel-tube concrete arch bridge-Hejiang Yangtze I Bridge with main span of 530m，this article introduced the assembling technology method of horizontal assembling and vertical assemb-ling of steel-tube arch rib segments，pointed out that these two processes are both feasible，the vertical assembling process is much closer to the official state of arch rib installation and construction，while the horizontal assembling process can greatly improve construction efficiency，economy and safety.Through the inspection verification of vertical assembling，when the control axis deviation is within ±3 mm，the horizontal assembling process can achieve the accuracy required by the specification，and the horizon-tal assembling method is recommended for the assembling of 200 t steel-tube arch rib segments.

Steel-tube concrete arch bridge；200 t level；Steel-tube arch rib segments；Vertical assembling；Horizontal assembling；Process

王建军(1982—)，高级工程师，主要从事公路与桥梁的施工与管理工作；韩 玉(1972—)，教授级高工，主要研究方向：道路与桥梁工程；冯 智(1963—)，教授级高工，主要研究方向：道路与桥梁工程；秦大燕(1980—)，高级工程师，主要研究方向：道路与桥梁工程。

U448.22+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.010

1673-4874(2015)07-0039-04

2015-06-08