跨洪奇沥水道特大桥钢桁柔性拱架设方案比选★

王海波 程世玉

(中铁六局集团有限公司，北京 100036)

1 工程概况

广州南沙港铁路为国家重点铁路项目，是广州国际航运中心建设重要支撑以及珠三角西部货运通道的重要组成部分,线路自广珠铁路新建的鹤山南站引出，止于南沙港区,全长88.026 km。

跨洪奇沥水道特大桥为广州南沙港铁路控制性工程，主桥全长998.8 m。采用下承式连续钢桁梁柔性拱结构，跨度布置(138+360+360+138)m，主桥孔跨布置具体见图1。

铁路等级为Ⅰ级铁路，无道砟轨道；双线铁路，线间距4.0 m；设计行车速度120 km/h；主桥平面位于直线上，桥面纵坡为平坡；桥面宽度为15 m；通航标准为Ⅰ级航道，通航净空300×24；地震动峰值加速度系数0.1g；

本桥采用下承式钢桁梁柔性拱，钢桁梁两片主桁，桁高16 m，桁间距15 m，宽跨比1/24；柔性拱矢高65.0 m，矢跨比1/4.67采用华伦式，节间长度为13.5 m和14 m，全桥共72个节间，在钢桁的三个中支点处向边跨侧2个节间和向中跨侧1个节间布置下加劲，下加劲高16 m。

钢桁梁采用纵横梁明桥面，在两片钢桁下弦节点处设置横梁，横梁间通过四根纵梁相连，纵梁在横桥向间距2 m，纵梁间通过系杆相连。纵梁每隔2个节间设置纵向活动铰。两片主桁的下弦节点间通过X下平联相连。

2 钢桁梁柔性拱架设重难点分析

跨洪奇沥水道特大桥主桥为钢桁柔性拱结构，主跨达360 m，柔性拱高度为65 m，桥梁结构体系新颖，技术标准高、架设难度大，通过分析本桥架设施工的重难点如下：

1)钢桁梁悬臂架设，悬拼距离长。

本桥主跨为360 m，受河道影响，在主跨设置水中临时墩进行钢桁梁悬拼架设，最大悬拼距离达98 m。

2)悬臂架设，跨中合龙。

239号墩钢梁采用双悬臂架设跨中合龙，为确保钢梁的安装精度和悬臂安装整体稳定性，其墩旁托架的结构形式的选择尤为重要。

3)合龙点多。

钢桁柔性拱为2片主桁空间结构，钢桁梁、柔性拱合龙点多，且合龙点空间坐标的变化因素多，合龙精度高，施工难度大。

4)稳定和线型控制。

主桥钢桁梁采用大跨度悬臂拼装，柔性拱采用整体提升，如何确保柔性拱安装过程的稳定性及线型是施工难点。

5)保障主航道通航。

主跨处于主航道上方，钢梁的架设过程中对航道的安全防护，以及如何做好临时墩的防护为本工程的重点。

6)抗台风措施。

本桥所处位置为台风高发区，施工工程中如何做好抗台风干扰，确保结构及施工安全为本项目难点。

3 施工场地布置

根据现场场地及航道情况，现场搭设栈桥配合上下部结构施工，小里程栈桥从岸边搭设至239号墩，大里程侧栈桥从岸边搭设至240号墩，在239号～240号墩之间预留航道，保证航道通行。

在小里程239号墩栈桥端头设置1台60 t桅杆吊作为上料码头，大里程在栈桥端头设置一台80 t桅杆吊作为上料码头；预拼场设置在桥址附近，钢梁杆件水运进场，码头桅杆吊卸船，通过栈桥汽车运输至吊装位置，再用桥面吊机从栈桥取梁；239号和240号处各设置一个提升站，通航孔钢梁通过在下弦设置运梁小车，水平运输至吊装区进行悬臂拼装。

4 钢桁梁架设方案比选

4.1 钢桁梁架设

4.1.1方案一：临时支墩配合对称悬拼、顶落梁合龙施工方案

分别在边跨和主跨设置临时墩，边跨前4个节间钢桁梁采用履带吊在支架上安装，后在钢梁上弦设置1台75 t桥面架梁吊机，向跨中悬臂拼装，在239号墩处设置墩旁托架，采用浮吊在墩旁托架上安装4个节间钢梁及临时杆件，在安装的钢梁上表面设置2台桥面架梁吊机，进行对称悬拼至合龙口，采用顶落梁及纵横移措施调整钢桁梁合龙口精度，在设计要求的合龙温度下完成钢桁梁的依次合龙，方案一施工示意图见图2。

4.1.2方案二：扣塔拉索配合临时支墩对称悬拼、拉索调整合龙施工方案

分别在238号～240号墩各设置一座墩旁托架，利用浮吊在墩旁托架上方架设4个节间钢桁梁，并在各墩钢梁上拼装2台75 t桥面吊机，利用栈桥和下弦进行钢梁杆件的水平运输，进行钢桁梁悬臂拼装施工，利用扣塔和钢绞线对拉钢桁梁，平衡钢桁梁自重和施工荷载，对称悬臂拼装至合龙口进行合龙。扣塔采用塔吊进行分段安装，塔吊附着于扣塔上，扣塔根部与钢桁梁上弦铰接，通过纵横移调整里程，扣塔拉索调整标高进行钢桁梁的合龙，在设计要求的合龙温度下完成钢桁梁的依次合龙，方案二施工示意图见图3。

4.2 钢桁梁架设方案对比分析

通过两个方案可操作性，在设备投入、临时结构工程量、钢桁梁合龙及施工工期方面进行对比，并分析优缺点，具体如表1所示。

表1 钢桁梁架设方案比较简表

方案一优缺点分析：

优点：1)大型吊装设备投入少；2)墩旁托架及扣塔等临时结构数量少；3)钢桁梁架设施工高度低，无扣塔和拉索，施工安全风险可控，且台风影响较小；4)合龙口少，通过纵横移及顶落梁进行合龙口的调整，施工较为简便，可操作性高；5)项目整体施工成本低，经济效益高。

缺点：1)钢桁梁架设工作面少，导致整体架设工期较长，但能够满足合同工期要求；2)架设施工中为满足抗倾覆系数大于1.3的要求，需要在边墩设置拉锚措施，将钢桁梁与边墩锚固。

方案二优缺点分析：

优点：悬拼工作面多，整体架设工期短。

缺点：1)大型设备投入较多，且设备工效低；2)临时结构较多，扣塔及拉索施工难度较大；3)合龙口较多，扣塔及拉索调整合龙口操作复杂，操作性差。

通过以上两个方案的比较和优缺点分析，方案一具有安全风险低、操作性较强，投入少，经济效益高的特点，选用为本桥的架设施工方案。

5 柔性拱架设方案比选

5.1 柔性拱架设方案

5.1.1方案一:拱上分段卧拼+垂直提升架设方案

在钢桁梁的上弦设置临时支架体系，利用全回转桥面吊机进行柔性拱杆件的卧拼施工，其中单跨拱两侧前3个节间采用原位支架法安装，中间部分采用卧拼，对拱肋提升处进行加固，设置水平索及张拉，对弓弦式拱肋进行竖向整体提升及合龙，然后进行拱肋吊索的安装和张拉施工，完成结构体系转换。施工示意图见图4。

5.1.2方案二：拱上分段卧拼+竖向转体架设方案

在钢梁的上部设置临时支架体系，利用4台75 t全回转桥面吊机进行柔性拱杆件的卧拼施工，设置拱肋竖转塔架和扣索，卧拼后进行拱肋的竖向转体施工及合龙，先竖转小里程、后竖转大里程侧柔性拱，竖转过程中设备背索与钢桁梁进行拉结，竖转到位后高空进行合龙段的安装及焊接，完成柔性拱合龙，后进行拱肋吊索的安装和张拉施工，完成结构体系转换。施工示意图见图5。

5.2 柔性拱架设方案对比分析

通过两个方案在可操作性，在设备投入、安全性、施工效率、经济效益、施工工期等方面进行对比，并分析优缺点，具体见表2。

表2 柔性拱架设方案比较简表

方案一优缺点分析：

优点：1)提升塔架和附着塔吊的高度低，合龙口施工高度低，抗风性能好，施工安全风险可控；2)大节段垂直提升施工，提升同步控制简单，应急处理方便，可紧急锁定；3)塔吊利用率高，两跨同时提升，施工效率高；4)架设周期短。

缺点：1)全桥合龙口共计4处，合龙口数量多；2)需要设置专用提升塔架，配置4台塔吊并附着于提升塔架上，设备投入较多。

方案二优缺点分析：

优点：1)塔吊投入少；2)全桥合龙口数量少。

缺点：1)提升塔架和附着塔吊的高度高，合龙口施工高度高，结构整体抗风性能较差，施工安全风险大；2)竖向转动施工中拱肋屈曲稳定性差，必须设置背索，且竖转安装及控制较难，应急处理不便；3)临时结构的投入和施工工期不占优势。

垂直提升方案在经济上相比竖转方案要经济，在施工安全性、施工效率、工期保证方面有较大的优势；塔吊多投入一台，但塔吊施工覆盖范围广，施工效率高，从长远及整体上看，其经济性也相比方案一具有较大优势。

通过两个方案的综合比较，结合项目特点及各因素对柔性拱施工影响的敏感性，确定选用方案一为本桥的柔性拱架设施工方案。

6 结语

广州南沙港铁路跨洪奇沥水道特大桥桥梁结构新颖、施工难度大，结构为同类型结构国内最大跨度桥梁，综合桥址场地、地质、河道、通航等情况，通过对各种方案的优缺点分析，确定了钢桁梁采用临时支墩配合对称悬拼、顶落梁合龙施工方案，柔性拱采用拱上分段卧拼、大节段垂直提升法架设的施工方案。

目前，现场按照确定的施工方案进行推进，各项工作进展顺利，钢桁梁于2017年11月23日开始进行钢桁梁架设，计划在2018年12月份完成钢桁梁的合龙施工，2019年6月份完成柔性拱的合龙施工和全桥结构体系转换。