重载铁路大跨度钢管混凝土拱桥安装施工技术研究

段君良

摘 要：结合新建蒙华铁路洛河大桥220m钢管混凝土提篮拱桥施工控制的实例，探讨重载铁路钢管混凝土拱桥安装的主要内容与方法，给出了该桥的安装总结。结果表明，施工钢管拱所采用的缆索式起重机，焊接工艺和吊装方法是可行的，并对该类桥型的施工提出一些有益的建议。

关键词：钢管混凝土；提篮拱桥；施工监控；有限元；斜拉扣挂

中图分类号：U448.22 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）17-0156-02

Abstract： Based on the example of construction control of the newly built Luohe Bridge of Menghua Railway， the main contents and methods of installation of the heavy-duty railway concrete-filled steel tube arch bridge are discussed， and the installation summary of the bridge is given. The results show that the cable crane， welding technology and hoisting method used in the construction of steel pipe arch are feasible， and some useful suggestions for the construction of this kind of bridge are put forward.

Keywords： concrete filled steel tube； basket arch bridge； construction monitoring； finite element method； cable-stayed buckling and hanging

1 工程概况

洛河大桥采用220m钢管砼拱桥，主跨一孔跨越洛河，桥孔跨步骤为：2×16.5m简支T梁+220m上承式钢管砼拱桥+2×16.5m简支T梁，桥梁全长313.74m，在整个标段中属重难点工程。

本桥拱座采用无桩扩大基础，基础基底及背面均埋置在稳定边坡线内，拱座基础高13.5m，纵向最大尺寸14.6m，横桥向宽度24m，材料为C30混凝土。主拱结构采用提篮式钢管砼拱桥结构，拱肋计算跨度l=220m，矢高f=44m（拱平面内），矢跨比f/l=1/5。拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=3.0。主拱结构由两片拱肋与横向联接系组成，拱肋横向内倾角为6.5，拱肋中心距在拱顶为6m。

2 吊机选型

（1）缆索吊机。根据吊装重量及特点，拱肋安装采用2套150吨缆索式起重机安装施工。缆索式起重机索跨660m，三门峡岸边跨56m，荆门岸边跨91m。设两组主索，其中心线位于主桥中心线左右7.5m处，单组为12根Ф62钢丝绳；单组主索上设2个跑车和2个吊点。

（2）扣挂系统。扣挂系统由扣索锚碇、扣塔、拱肋扣锚点、扣索、塔上张拉锚梁及拱肋缆风索几部分组成。根据现场地形，三门峡侧设计为洞锚，荆门侧设计为桩板锚。

3 吊装方法

3.1 总体吊装方法

由于节段一左右桁片之间无横撑，节段二与横撑拼装成整体后（275t），超出两台120t龍门吊起重量，接近缆索式起重机的起重能力（2×150t）。因此节段一、二为左右两幅单独吊装，节段二拼装完成后再安装节段二的横撑。节段三～七均为整节段吊装（最重220t）。拱肋在拼装场先进行2+1节段总拼，拼装完成后按拱肋安装顺序存放于拼装场小里程端存梁区域，拱肋安装时横移至缆索式起重机吊装区域进行起吊安装。

3.2 拱肋吊装步骤

3.2.1 步骤一。（1）拱脚混凝土施工前，先将拱脚定位骨架与拱座预埋钢管安装定位完成。预埋件定位需安装牢固，防止混凝土振捣时造成拱脚预埋钢管的移位。（2）1#节段吊装前安装好铰管，同时浇筑铰管内混凝土，养护达到设计强度的90%后准备进行吊装。（3）2×150T缆索起重机从预拼场按先后顺序分别吊取1#（1'#）上下游侧单幅节段，与拱脚对位安装，吊装后安装好保险钢丝绳和侧向缆风绳，挂好1号扣索。

3.2.2 步骤二。对称架设拱肋2#（2'#）上下游单幅节段，用2台跑车抬吊到位，与1#（1'#）节段精确对位，拼装临时连接法兰，同时安装好保险钢丝绳和侧向缆风绳，挂好2号扣索；然后安装2#段永久横撑。

调整好拱肋标高和线形后，焊接拱肋接头。先焊接主弦管焊缝，再连接腹板内的加劲板和腹板，平联板嵌补段。

安装H1号永久横撑。

3.2.3 步骤三。从3#节段开始采用整体节段吊装，按照3#（3'#）、4#（4'#）、5#（5'#）、6#（6'#）、7#（7'#）节段的顺序依次进行安装，安装过程中及时安装扣索（除3#节段设置缆风绳外，后面节段不再设置侧向缆风），监控测量索力变化与钢管拱变形与应力状态。根据变形情况及时调整拱肋线性，若有必要再增设侧向缆风绳。

3.2.4 步骤四。（1）根据设计要求，选择合拢温度为（5°～10°）进行合拢段合拢，并对合拢段长度进行校核和修正。（2）合拢之前调整两岸扣索，使两岸1～7#拱肋预拱至设计标高（根据现场监控定）；将合拢段吊运至正中，并缓慢降落使拱顶端接头至设计标高值，此时关闭起重、牵引卷扬机，再次调整两岸扣索，使拱肋合拢。（3）7#与7#'节段吊装完成→安装法兰螺栓，拧螺栓对N8对接法兰盘→微调法兰螺栓，使法兰盘间无间隙→焊接法兰盘→利用法兰螺栓调整拱轴线形及内力→拱顶永久合拢→焊接拱脚预埋管与拱肋1#节段弦管连接→浇注拱座二期混凝土，完成封铰。

3.3 吊装方法

3.3.1 节段1、2散拼节段的吊装。由于采用两套缆索系统，相对独立。缆索式起重机两侧各两台跑车，两侧跑车间距15m。吊装节段1、2时采用单侧两台跑车同步进行吊装。

（1）钢丝绳、吊耳、卸扣选型。节段1、2最重吊重137吨，采用4点起吊。（2）吊点位置选择。节段1吊装时由于需要保证节段6.5度的内倾角，需要将同一吊点的钢丝绳用160t转向滑轮连接保证吊点钢丝绳左右长度可调，2号至7号节段吊耳布置与1号节段一致，唯一区别为吊耳距节段两端距离不同。具体吊点及钢丝绳布置如下：节段1、节段2采用单幅吊装，吊装时水平起吊出吊装区域，到达桥位时再用20t手拉葫芦调整6.5°倾角，缆风调整水平偏位，吊点调整竖直偏位，使整个姿态与桥位姿态一致进行对接定位。第一段节段梁吊装到位后，通过铰管对节段一底部进行定位，拱肋顶部内倾角通过20T导链葫芦调节，左右偏位通过缆风绳调节，安装临时调节风缆，扣索用5T卷扬机提升至锚梁位置固定，梁的水平扭向用4个导链葫芦进行调节，节段上下标高调位时，扣塔的扣索和背索索力调节必须同步进行，保证扣塔偏位在设计尺寸内，测量组时刻反应数据。与拱脚预埋段接头处在拱肋安装时为铰接，在拱肋合拢成型后，将拱肋弦管与预埋段根据实际尺寸下料连接板焊接成一整体，封铰，形成无铰拱。（3）散拼节段的测量与定位。每个散拼节段靠拱脚侧依靠前一节段吊装接头进行定位，靠跨中端口采用2台全站仪同时对测量控制点1和控制点2进行测量进行定位，并通过缆索式起重机小车进行里程和高程的纠偏及侧向缆风绳张拉力控制偏位。（4）吊装接头的焊接及扣锚的张拉。各吊段间拼装接头，先利用定位导向板定位，然后利用螺栓拼接，张拉扣索调整好拱轴线，焊接法兰盘周边，再焊接对接套管。a.对孔。在段间栓孔基本重合的瞬间（相错10mm以内），将小撬棍插入孔内拨正，然后通过起落吊钩使其它孔眼对合。用小锤轻敲冲钉入孔眼（每个接头对角法兰各穿1个），使法兰螺栓孔完全对合。b.穿螺栓。所有螺栓均入孔后分别拧紧各段间螺栓。c.张拉扣锚索。螺栓连接好后，分级对称张拉扣锚索，同时慢慢落钩，逐步将吊点力转化为扣索力，直至松钩。d.焊接。调整好扣索，松完吊点，将拱肋标高调整至预定标高，焊接各段间接头焊缝及对接套管。

3.3.2 整节段的吊装。（1）吊装施工。整节段安装时，其宽度小于15m，采用扁担进行整体吊装，吊装前在扁担梁上找出吊点位置，设置限位装置，使钢丝绳保持竖直方向受力。吊装方式采用4个吊点，8根钢丝绳进行起吊，钢丝绳选型同散拼吊装。吊耳设置在同一直线上，即可用相等长度的钢丝绳进行起吊。整节段靠拱脚侧端口依靠前一节段吊装接头进行定位，靠跨中端口采用1台全站仪测量进行定位，并通过缆索式起重机小车进行高度方向纠偏，调整拱脚侧端口间距进行侧向纠偏。吊装时，先利用定位导向板定位，然后利用螺栓拼接，调整好拱肋轴线线形，焊接法兰盘周边焊缝，再焊接对接套管。吊装时，应预先准备好若干不同厚度的钢板片，用以塞紧接头处由安装误差引起的阴阳法兰之间的楔形开口，以利高强螺栓受力。（2）拱肋扣锚系统施工。a.每段拱肋设两组扣索，每肋上、下游各一组，分别置于拱肋端头上节点附近。各扣索位置应与吊挂的拱肋在同一垂直面内，扣塔架上索鞍顶面高程应高于扣点高程，还应进行强度和稳定性验算。b.背索提前在南岸、北岸下料，下端地锚处背索钢绞线通过锚具连接，挤压套固定后扣塔端用5t卷扬机牵引至扣塔锚梁上，用夹片固定暂不需要预紧，每个节段安装时再相应的预紧；扣索在吊装平台发放，节段梁端用挤压套固定，然后捆绑在节段梁上，当节段梁吊运到位后用5t卷扬机把扣索扣塔端牵引至扣塔上，用工具锚夹片固定。c.在张拉过程中，扣索、背索逐渐受力时，吊点逐渐受力减小，直至完全松弛，起重工拆除吊具，吊点返回吊装平台，焊接施工同步跟进，完成一个节段安装。以上工序重复24次并与横向连接系安装按需求间插进行。

3.3.3 拱肋合拢段的施工。（1）根据设计要求，合拢温度宜控制在5℃-10℃之间。（2）为保证拱肋能顺利合拢，需设置拱肋拱顶瞬时合拢段，利用法兰螺栓调整拱轴线形及内力。施工顺序为7#与7#'节段吊装完成→安装法兰螺栓，拧螺栓对N8对接法兰盘→微调法兰螺栓，使法兰盘间无间隙→焊接法兰盘→利用法兰螺栓调整拱轴线形及内力→拱顶永久合拢→焊接拱脚预埋管与拱肋1#节段弦管连接→浇注拱座二期混凝土，完成封铰。（3）松索完成体系转换的过程，按照施工计算程序分级、依次对称、均匀进行，并在整个过程中跟踪观测拱肋轴线和标高的变化，及时调整，使成拱后的轴线、标高满足设计要求。（4）扣挂体系在拱肋合拢后松索，完成体系转换。（5）拱肋的安装施工过程中，及时掌握桥址处历史气象资料和近期天气预报资料，避开可能发生的灾害性天气，并采取必要的预防措施确保结构安全。（6）为了使拱肋整体稳定性提高并结合设计要求，在吊装合拢后应尽早将铰拱焊接并浇筑砼封固拱脚。（7）拱肋安装时，要十分重视施工安全，吊点的绑扎要牢固，要为高空作业人员提供安全绳、护栏、安全网等必须的安全措施。

4 施工监控

拱肋安装施工观测主要分为六个方面：拱肋轴线观测；拱肋标高观测；吊装塔架在拱肋安装中的偏移；扣索各阶段索力观测；缆索式起重机装系统主缆垂度及索力观测；吊装时锚碇及扣索锚碇的位移观测。

参考文獻：

[1]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2005.