某城际铁路特大桥钢管拱安装工艺选择

郭春蕾

中交第三航务工程局有限公司 上海 200940

1 工程概况

本文讨论工程为川内某新建城际铁路，有砟轨道的双线客运专线，设计时速为250km/h，最大坡度为一般20‰，线间距为4．6m，设计使用年限为100年。标段全长27．807km，其中路基长11．618km；桥梁长14．908km，其中特大桥13101延长米/9座；隧道及明洞长1．281km；新建站场3座。

1.1 标段桥梁简介

标段内桥梁总长度14．91km，其中特大桥13101延长米/9座，大桥3161延长米/12座，中桥136延长米/2座，框构桥1930．19顶平米/6座。桥梁结构形式多样，标段范围内主要上部结构如下，简支箱梁的预制架设429孔，32m双线简支箱梁371孔，24m双线简支箱梁23孔，32m单线简支箱梁35孔。上部特殊结构为(70+3×144+70)m连续梁拱1联、(50+100+50)m连续梁2联、(44+80+44)m连续梁1联、(48+80+48)m连续梁2联、(44+3×80+44)m连续梁1联、(40+64+40)m连续梁1联、(36+64+36)m连续梁2联、(32+3×48+32)m连续梁1联、（16+2×24+16）m刚构1联、（2×64）m刚构1联、（4×33）m道岔连续梁3联。本合同第三章桥梁占合同总造价51．78%，桥梁上部结构占桥梁部分造价比例为31．92%，因此做好桥梁上部部分造价控制对本工程总体投资总成本的控制具有重要意义。

本文以本工程中一跨江公铁两用大桥连续梁钢管拱为例进行比较研究，上部结构为跨径组合为 (70+3×144+70)m连续梁钢管拱。

1.2 上部结构主要构件

设计主跨具备通航能力采用（70+3×144+70）m预应力混凝土连续梁-钢管混凝土拱组合。由钢管拱及混凝土桥面板组成。钢管拱主要由拱肋、拱肋横撑和吊杆组成。主梁采用单箱双室变高度箱形的混泥土预制梁。

桥跨总体布置详见附图1，主跨结构示意图。

1.2 .1梁体

主桥梁部共分为127个块体，采用单箱双室截面，两边腹板为直腹板。箱梁主墩支点处最高为8．5m，端支点、中跨中处梁高为3．8m，主墩处梁高8．5m，等高段长8m，单个主跨跨中(梁高3．8m)等高段长20m，单个边跨等高段长8m，变高梁段梁底曲线为2次抛物线，变高梁段长290m。0#块长18．0m，1#节段为3．0m；2#节段为 3．5m；3#节段为4．0m；4#～13#节段为10×4．25m；14#～15#节段为4．5m；a15#节段为边跨合龙段，长度为4．3m；16#节段为中跨、边中跨合龙段，长度为2．0m；其中主跨部分的3#、5#、7#、9#、11#、13#、15#节段上设置吊杆张拉槽[1]。

主梁顶板宽度为16．5m外，箱梁底板宽13．7m，底板厚度由中跨3．8m梁高处的48cm渐变至中支点附近处120cm，0#块横隔板处为250cm。箱梁腹板厚度分别为40cm、57cm和70cm。

主梁共布置横隔板6道，具体位置如下：梁的两端各设厚135cm的横隔板一道；每个主墩主梁0#块中部各设置250cm厚横隔板一道，所有横隔板均设置过人孔。

1.2 .2拱肋

拱轴线立面投影采用二次抛物线，主跨拱肋中心计算跨度144m，矢跨比1/4，矢高36m；边跨拱肋中心计算跨度144m，矢跨比1/5，矢高28．8m。

每片拱肋由4-Ø1000mm钢管+C50微膨胀混凝土组成，由横向平联板、竖向腹杆连接成为钢管混凝土桁架，其中横向平联板之间亦灌注C50微膨胀混凝土。主拱每片拱肋钢管竖向外间距为3．3m-5．2m，两片拱肋中心距 14．8m。

全桥主拱拱肋共上下两侧共12道“K”字撑，横撑钢管规格为Ø800mm×12mm；斜撑钢管采用Ø600mm×14mm钢管；竖腹杆规格为700×400mm矩形杆，壁厚分22mm。每处边拱拱肋设6道“K”字撑，横撑钢管规格为Ø1100mm×20mm；斜撑钢管采用Ø850mm×18mm钢管。

1.2 .3吊杆索

吊杆索采用整束挤压式钢绞线拉索体系，抗拉标准强度1860MPa，布设间距8．5m。主跨吊杆索各锚固点主梁箱内分别设置1．5m高横梁(含顶板厚)1道，每孔主跨设置14道，全梁共计42道。吊杆均采用挤压索，规格为GJ15-27整束。吊杆采用拱上张拉、箱梁挑臂牛腿上锚固，且需满足后期可查、可调及可换要求。

图1 主跨结构示意图

2 造价组成

表1 钢管拱制作安装价格计算表

2.1 钢管拱施工造价构成

钢拱（含拱肋、横撑、斜撑、吊杆及拱肋检修梯）材料采购，制作、安装。本文所述综合单价包括钢拱材料采购、制作、试拼、防腐涂装、焊接工艺评定、制作厂内预拼装、运输、钢拱安装、吊杆制作安装张拉锚固、钢拱安装所需临时性工程的搭拆、安全防护、检测、施工检测、专家评审、会务、安全生产投入等以及为完成上述内容所应采取的一切施工措施和附属工作

主要工程量为， Q345qD钢管1457吨；C50微膨胀砼，甲供，泵车到钢管拱的甭管材料由甲方提供；吊杆61．8吨；吊杆锚固84套[2]。

2.2 钢管拱制作安装工作内容

钢管拱制作安装工作内容如下：

（1）完成钢管拱肋及横撑、腹板、拱座、吊扣系统、拱肋弦管接头、通道及各类钢构件的架设（包括合拢段）；

（2）完成钢管拱架设完成后的涂装修补及最后一道工地面漆涂装；

（3）完成本标段工地吊装、焊接，该部分的试验检测；

（4）完成吊杆安装及张拉工作；

（5）完成钢管拱内混凝土灌注工作；

（6）完成其它约定的辅助和服务工作。

3 两种安装方案造价对比

本跨连续梁为（70+3×144+70）m其中钢管拱钢管重量1457t，重量大、体积大，主跨通航水体，兼有水上作业、高空作业、起重吊装，安装在本项目原图纸施工组织设计建议采用竖转法施工，项目实施性施工组织设计中将钢管拱的施工方法选用竖转法和支架法分别验算并进行了造价分析对比。

3.1 竖转法施工工艺

钢管拱竖转按照先主拱后边拱的顺序施工：

主拱钢管拱竖转施工步骤：竖转前准备工作→62#墩半跨预张拉、启动及脱架(静置24小时结构观察)→63#墩半跨预张拉、启动及脱架(静置24小时结构观察)→62#墩半跨转体到位→63#墩半跨转体到位→62#—63#墩跨调整线形→合拢。

边拱钢管拱竖转施工步骤：竖转前准备工作→61#墩(64#墩)半跨预张拉、启动及脱架(静置24小时结构观察)→62#墩(63#墩)半跨预张拉、启动及脱架(静置24小时结构观察)→61#墩(64#墩)半跨转体到位→62#墩(63#墩)半跨转体到位→61#—62#墩(63#—64#墩)跨调整线形→合拢。

钢管拱拼装采用竖转法施工工艺，设计工期117天。

3.2 支架法施工工艺

钢管拱支架法顺序施工：

搭设临时支架，拱肋制造合格→拱肋成品运输→拱肋节段拼装→拱肋节段吊装，拱肋吊装工艺→拱肋节段焊接→浇筑混凝土→安装吊杆→喷涂油漆→拆除支架等辅助设施。

钢管拱拼装采用支架法施工工艺，设计工期109天。

3.3 两方案费用对比

将钢管拱制作费用、竖转法安装、支架法方案的价格对比计算，为简便计算安全生产费、钢管拱制作和安装的增值税暂不考虑。如表1 钢管拱制作安装价格计算表所示：

经对比计算，钢管拱采用竖转法施工工期为117天，安装制作安装费用为19845586元；钢管拱采用支架法施工工期为109天，安装制作安装费用为16643100元，经比较工期减少8天，直接费用减少3202486元。支架法安装减少了钢结构起重吊装，更为简便，减少施工过程中风险，通过与设计院积极沟通、经第三方验算通过后，实际施工过程中将安装工艺由竖转法变更为支架法[3]。

4 结语

（1）造价，钢管拱安装采用支架法相比较竖转法降低造价16%，在设计和施工中应对其可能优化。

（2）工期，从本项目的钢管拱安装比较可知，支架法安装有明显工期优势。

（3）施工安全生产，钢管拱竖转法安装涉及起重吊装作业、高空作业，属于总承包合同中约定的“危险性较大的分部、分项工程”需要编制专项施工方案并进行安全检算。采用支架法安装则需要验算支架稳定性，避免了减轻了施工过程中的安全风险。

（4）钢管拱采用支架法安装工期短，造价低、施工快捷，值得进一步推广。