南沙港铁路鸡鸦水道公铁合建连续钢桁梁合龙技术

2020-03-10麦小金

广东建材 2020年1期

麦小金

（中国铁路广州局集团公司江门工程建设指挥部）

1 工程概况

西江特大桥跨鸡鸦水道主桥是南沙港铁路建设重、难点控制性工程之一，是公铁合建连续钢桁梁桥，全长381m，钢梁自重14513.5t。下层为I 级双线电气化铁路，设计速度120km/h；上层为双向6 车道高速公路，桥面全宽34.2m，设计速度100km/h。主桥孔跨布置为102+175+102m，边支座中心距端梁1.0m，钢桁梁采用华伦形桁式结构，桁高16.4m，主桁节间长度边跨12.75m，中跨12.5m，全桥由30 个节间组成。钢桁梁采用两片竖直主桁，桁间距15.0；副桁上弦桁间距为33.5m，公路桥面横向采用辅助桁架，钢桁梁断面呈倒梯形。（见图1）

1.1 工程特点及难点

钢梁主跨采用全悬臂拼装架设，最大跨度长度达87.5m，拼装作业面距离水面10m～17m，下部船舶通行，钢梁水上、水下、高空、大悬臂拼装安全风险高，施工难度大。

钢梁在跨中进行合龙，合龙杆件多，精度要求高，且受通航条件和施工成本限制，主跨不设置临时墩，钢梁精确合龙是本工程的重、难点。

主桁杆件之间采用栓接方式，构件制作线形决定拼装线形，在加工厂需要严格按照要求进行杆件试拼装，加工制作精度要求。

1.2 主桁构件

主桁下弦杆采用箱型截面，内宽1300mm（中支点处加宽至1900mm），内高1800mm，板厚24mm～48mm。杆件重量：除了E8 杆重98216.0kg，其余重19811.8kg～59446.9kg。（见图2）

图2 1/2 主桁立面图（单位：mm）

主桁上弦杆采用箱型截面，内宽1300mm（中支点处加宽至1900mm），内高1400mm，板厚24-52mm。杆件重量：除了A7 杆重99323.6kg， A8 杆重73810.9kg，A9 杆重77134.0kg 外，其余重15167.7kg～55434.5kg。

主桁腹杆根据内力的大小，采用王字形截面及箱型截面；副桁上弦杆采用工字形截面，副桁杆件采用箱型截面。

铁路桥面系采用纵横梁明桥面，在两片钢桁下弦节点处设置横梁，横梁通过四根纵梁相连接；公路桥面系采用密横梁多纵梁-混凝土组合桥面结构。

1.3 理论预拱度

在静活载作用下，边跨（E2、E2’）、中跨E15 分别产生36.5mm，223.5mm 的竖向挠度。边跨杆件的伸缩值分别是+36mm、-6mm、+19mm，-11mm、-4mm、-8mm、+4mm，中跨分别是-62mm、+27mm、+28.5mm、+8.5mm。预拱度通过保持下弦及桥面系长度不变，伸长及缩短其他杆件来实现。

2 施工方案

钢梁在工厂制造时各构件间全部为焊接，在工地拼装除桥面板焊接外其余为栓接。

钢桁梁主节点A7、A8、A9、E8 构件通过水路运输至施工现场船吊直接吊装，其余构件通过公路运至施工现场拼装。

678#-679#、680#-681#墩边跨采用支架法架设，中跨采用悬臂架设，提前在678#、681# 墩配置Ф40 的PSB1080 精轧螺纹钢墩顶锚固或混凝土块压重，压重后抗倾覆系数不小于1.3。

2.1 大里程侧架设方法

大里程侧设置预拼场，681# 墩处设置1100t.m 塔吊提升站。E0’～E2’节间利用塔吊拼装，拼装完成后，在上桁拼装70t 桥面吊机及运梁小车，除了A7、A8、A9、E8杆件采用全回旋浮吊拼装，其余杆件采用桥面吊机拼装。合龙前退回至680#主墩上方。

2.2 小里程侧架设方案

因受场地限制，在小里程侧设置小型预拼，陆地上E0E1 节间利用150T 履带吊拼装，其余杆件及合龙口通过300T 全回旋浮吊拼装。

3 合龙方案

3.1 合龙口状态计算

根据设计计算和现场监控的结果，找出针对X、Y、Z方向最有效的调整值。并灵活决定调整方法，确定作用力的大小及其所用的工具。

为预测合龙口状态，采用Midas Civil 2019 有限元分析软件，对合龙工况进行计算分析，分析结果如下（见图3、表1）：

⑴转角：南沙港侧=0.0029rad（0.168°），鹤山侧=0.0025rad（0.144°）。

⑵竖向偏差：南沙港侧钢梁比鹤山侧高28mm 左右。

⑶纵向偏差：上弦合龙口为闭合状态，闭合值为-64.4mm；下弦合龙口为闭合状态，闭合值为24.9mm。

图3 合龙前合龙口状态示意图（单位：mm）

表1 合龙前合龙口状态

3.2 钢梁合龙敏感性分析

采用Midas Civil 2019 有限元分析软件对钢梁合龙时敏感性分析，主要考虑温度变化(升温)10°，主墩处标高变化(升高)10mm。（见表2）

表2 钢梁合拢口敏感性分析 (mm)

3.3 合龙设计

钢梁合龙需要调整合龙口的横向偏差、竖向偏差及转角、纵向偏差。

⑴调整横向偏差。利用横向纠偏装置移动钢梁，调整合龙口横向偏差。

⑵调整竖向偏差及转角。利用竖向起顶装置，对主墩钢梁进行顶梁，调整合龙口纵向偏差及转角。通过计算得出，在679#墩起梁299.2mm，鹤山侧合龙口下弦dz=308.6mm；在680#墩起梁256.2mm，南沙港侧合龙口下弦dz=257mm，可消除合龙口的竖向偏差及转角。下弦△z=51.6mm，利用南沙港侧梁整体起梁来消除。

（3）调整纵向偏差。利用纵向纠偏装置或合龙口顶拉装置，调整合龙口的纵向偏差。根据计算结果，将鹤山侧钢梁纵移13.4mm，将南沙港侧钢梁纵移11.7mm（纵移值根据实测值进行调整），再结合龙口顶拉装置进行微调，消除合龙口的纵向偏差。

3.4 合龙步骤

⑴悬臂拼装后的监控量测数据及分析。（见表3）

⑵合龙杆件如图4 所示。合龙前，保持678#、681#边墩墩顶钢梁不动，通过利用千斤顶调整679#、680#主墩墩顶高差来满足合龙挠度要求（图5、图6）。

⑶合龙前详细测量两侧钢梁的纵横竖偏移及转角和温差、日照影响，根据测量资料认真分析研究调整方法与步骤。

⑷利用679#(680#)墩墩顶的三向千斤顶，先调整合龙口的横向位移，用倒链在合龙点横向对拉，贯通主桁中线；利用679#墩墩顶千斤顶消除鹤山侧钢桁梁竖向偏差及偏角，利用680#墩墩顶千斤顶及681#墩墩顶竖向千斤顶消除南沙港侧钢桁梁竖向偏差、偏角及与鹤山侧钢桁梁竖向差值；利用679#(680#)墩墩顶的千斤顶将钢梁整体向合龙点纵移。将各主梁支点调整至设计状态，进行下弦杆合龙。钢桁梁合龙在结构上采用长圆孔加圆孔合龙铰的措施。