商合杭高铁芜湖长江公铁大桥总体施工方案

刘幸福， 王令侠

（1. 中铁大桥局商合杭铁路芜湖长江公铁大桥项目经理部，安徽芜湖 214001；2. 中铁大桥局集团有限公司，湖北武汉 430050）

1 概述

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥位于既有芜湖长江大桥上游3.5 km 处的芜湖市弋矶山附近，采用铁路在下、公路在上的分层布置设计，下层为4线铁路，上层为双向8车道城市主干路［1］。全桥孔跨布置见图1。

跨江主桥为（99.3+238.0+588.0+224.0+85.3）m 双塔双索面高低矮塔钢箱钢桁组合梁斜拉桥。除3号主塔墩采用设置钢沉井基础外，其余桥墩均采用钻孔桩基础。桥塔为钢筋混凝土门形塔，斜拉索在塔柱上采用钢锚梁和“井”字形环向预应力相结合的锚固方式。主桥钢梁上层为板桁组合，下层为箱桁组合，腹杆采用华伦式双主桁布置，桁高15 m，节间长14 m［2］。斜拉索锚固在钢梁下弦。

引桥断面上采用左右分幅布置（见图2）。桥跨布置主要为：下层铁路40.7 m 预应力混凝土简支箱梁，上层公路多孔40.7 m 一联的预应力混凝土连续箱梁。跨路、跨堤处，下层铁路采用预应力混凝土变截面连续梁，上层公路采用变截面钢箱梁。无为岸大堤与主桥间另设有3孔50.2 m梁。

2 工程特点

（1）工程规模大，桥梁形式多，结构体系新颖。主桥为高低塔、矮塔斜拉桥，塔矮索平，斜拉索及主梁轴力大。主梁箱板桁组合、华伦式桁架的结构形式尚无先例，且单个节段最重达1 200 t。引桥线路长，兼有多种跨度布置和梁部结构形式。

图2 引桥典型断面布置

（2）主桥下部结构施工难度大。2号墩承台深埋河床，围堰必须在河床中下沉近20 m。3号墩处河床为倾斜光板岩，设计采用设置沉井基础，基础形式新、施工难度大。4号墩桩基础同样位于光板岩上，钻孔平台及围堰施工难度大。

（3）引桥施工环境复杂。芜湖岸引桥穿越市区，沿线两侧交通繁忙、房舍众多，地上、地下各种管线密布，文明施工及安全防护要求高。大部分区域在地表回填土以下存在13～36 m 的淤泥质粉质黏土，地质条件较差。

（4）航道复杂，施工期通航安全要求高。大桥跨越长江主航道芜湖港区，上、下游码头林立。主桥2 号、3 号主塔墩之间为主航道，通航繁忙，施工条件复杂。深水、高墩、大跨等特殊桥梁结构形式并存，钢梁拼装等高空作业、水上作业同时展开，施工安全风险高。

3 总体施工方案

3.1 施工总体部署

本项目以长江主航道为界划分为无为侧和芜湖侧2个相对独立的区段。两岸桥位上、下游沿江滩地布置混凝土工厂、钢筋加工厂、钢结构加工厂等生产区。两岸各设起重码头、砂石码头1座。无为岸栈桥由大堤连接至1号墩。1号—2号墩之间由于在洪水期可能需要留出上行航道，故在此间设置浮桥连通，必要时方便暂时拆除。浮桥主要用于水、电、混凝土、人员和零星小型材料设备的运输。主要材料和设备通过起重码头装船再运送到2号墩。芜湖岸栈桥由大堤连接至5号墩。3号—5号墩之间虽没有通航要求，但由于水深流急、河床岩层裸露，栈桥施工难度大、成本高，因此也采用浮桥连通。栈桥采用钢管桩+贝雷梁的结构形式，最大跨度12 m。浮桥采用三管式浮墩+贝雷梁的结构形式，最大跨度36 m。两岸引桥中部各设1个较小型的生产区，沿线设施工便道连接各生产生活区和桥墩。施工总平面布置见图3。

图3 施工总平面布置

3.2 施工方案概述

根据本桥的工程特点，参考既有桥梁施工经验［3-12］，采用以下方案进行施工：主桥3号墩设置钢沉井基础，采用基坑水下爆破开挖成型、定位系统精确设置钢沉井、水下灌注封底及井壁混凝土、抽水干浇沉井盖板的施工方案。其余各墩钻孔桩基础根据具体情况，分别采用先钻孔平台后围堰、先围堰后钻孔平台或钢护筒支撑的半浮式围堰兼平台等施工方案。桥塔采用液压爬模施工。钢梁墩顶节段利用浮吊辅助架设，其余节段采用“分层变幅”法悬臂架设，跨中合龙。为加快施工速度，桥塔封顶前，桥塔、斜拉索、钢桁梁同步进行施工。

引桥铁路双幅简支梁在两幅高程相差不大时，均采用“现浇+横移”的方法。高墩区40.7 m 简支梁主要采用移动模架现浇。低墩区40.7 m 简支梁采用碗扣式钢管支架现浇。50.2 m 简支梁采用临时钻孔桩+钢管立柱+贝雷梁支架现浇。芜湖近长江侧4×40.7 m 简支梁采用斜腿支架现浇。铁路变截面连续梁采用挂篮悬浇。公路混凝土梁采用支撑在下层铁路梁顶面的支架现浇。公路钢箱梁分块吊装，先沿铁路梁或梁顶支架纵向滑移拼装成一联整幅，再横移到位。

4 主桥施工方案

4.1 钻孔桩基础

根据各水中承台的尺寸、高程、水深及地质情况不同，分别针对性地采用先钻孔平台后围堰、先围堰后钻孔平台等总体方案。根据抽水水头差的不同，围堰分别采用双壁钢套箱、双壁钢吊箱以及钢板桩等围堰结构形式。主桥各墩钻孔桩基础施工方案及参数见表1。

表1 主桥各墩钻孔桩基础施工方案及参数 m

其中2号主墩承台深埋河床，工期紧张。采用钢护筒支撑半浮式围堰兼平台的总体施工方案：将预制好的钢围堰底节浮运至墩位处，精确定位并插打钢护筒，然后将钢围堰底节支承在插打到位的钢护筒上作为钻孔平台。钻孔桩施工完成后再接高围堰并下沉到位，利用围堰作为挡水结构施工承台和主塔。2号墩钻孔桩基础施工方案见图4。

4.2 钢沉井基础

3 号主墩处弱、微风化基岩直接裸露于河床底部，岩石饱和抗压强度最大达90 MPa，设置钢沉井基础底部整体嵌入河床最深达15 m。采用的总体施工方案如下：基坑整体水下爆破成型→水下清渣→船载多波束声纳扫描进行基坑验槽→钢沉井整体浮运至墩位→混凝土锚碇系统初步定位→沉井上接10.5 m 双壁和4.5 m高单壁围堰→注水下沉→利用精调系统将钢沉井精确设置在基坑中→沉井外壁周圈抛填防护→清基→灌注水下封底混凝土和钢沉井壁舱混凝土→抽水→施工沉井混凝土盖板。3号墩设置钢沉井施工方案见图5。

图4 2号墩钻孔桩基础施工方案

图5 3号墩设置钢沉井施工方案

4.3 桥塔塔柱

桥塔塔柱采用液压爬模分节施工。由于下塔柱外倾，为防止塔根内侧出现拉应力开裂，两塔柱之间设置2束19Φs15.2临时对拉钢绞线。钢绞线穿过塔壁预留管道，锚固在塔柱外侧，每束对拉力为3 000 kN。由于上塔柱内倾，为防止塔柱与下横梁相交处外侧出现拉应力而开裂，同时平衡同步施工斜拉索的横向水平分力，两上塔柱之间设置多层临时钢管横撑对顶。上下横梁与两侧对应的塔柱同步浇筑。下横梁采用落地支架浇筑。为给钢梁同步架设留出空间，上横梁采用不落地支架浇筑。沿上塔柱外侧倾斜设置2台施工电梯，承台外侧斜对角布置2 台塔吊辅助施工。前期采用2 台250 t·m 塔吊，至锚固区施工前更换为2台800 t·m塔吊。以2号桥塔为例，上塔柱及上横梁施工方案见图6。

图6 2号桥塔上塔柱及上横梁施工方案

4.4 钢梁

主桥钢梁安装总体方案为：浮吊辅助架设墩顶节段，“分层变幅”法双悬臂架设，跨中合龙。先在2号、3号主塔墩拼装墩旁托架，利用浮吊在墩旁托架上拼装墩顶3个节段的钢桁梁，再在钢桁梁上对称安装架梁吊机，开始对称双悬臂架设。

钢桁梁采用“分层变幅”法悬臂架设时，每个节段分为上、下2层，在工厂制造为整节段后船运至桥下起吊安装。下层包括桁梁下弦杆、铁路箱形桥面系以及腹杆，上层包括桁梁上弦、公路正交异性板桥面系。800 t 变幅式架梁吊机站位于上层，站位处的已拼装钢梁前端桁架为倒三角，以充分利用钢梁自身的悬臂能力来减小架梁吊机的起重力矩。先吊装下层节段，连接下弦杆和后腹杆的接头，然后架梁吊机变幅，越过下层节段起吊并收幅拼装上层节段。斜拉索挂设滞后钢桁梁拼装作业面2 个节段进行。钢桁梁“分层变幅”法架设方案见图7。

辅助墩、边墩墩顶的钢桁梁节段无法用架梁吊机直接从水面起吊，采用浮吊先吊放至墩顶，再由架梁吊机起吊安装的方式架设。

图7 钢桁梁“分层变幅”法架设方案

4.5 塔梁索同步

本项目工期紧张，桥塔施工、钢梁架设及部分斜拉索（2号主塔—第9层、3号主塔—第5层）挂设张拉需同步进行以实现平行作业，加快施工进度。为尽量减小梁、索施工产生的不平衡荷载对桥塔线形的影响，采取以下应对方案：（1）塔上基准点、钢锚梁、外模板等关键的测量定位选择钢梁节段架设完成、架梁吊机未走行、1 层斜拉索张拉完成、静风、温度均匀的“零状态”进行。非关键测量定位根据塔上基准点以相对设站法进行，以尽量减少误差。（2）塔梁索同步施工阶段，对钢梁较轻的一侧进行压重，同时斜拉索张拉力按两侧对称进行控制。待桥塔封顶后，再卸除压重，以钢梁线形为目标调整1 次索力。（3）通过加强严格的管理措施、钢梁上限定堆载区域、增加斜拉索张拉千斤顶标定频率等方式控制其他不平衡荷载的大小。

5 引桥施工方案

5.1 铁路简支梁移动模架法

无为岸铁路40.7 m 简支梁先用移动模架由W22 号墩向W9 号墩方向施工右幅，再将移动模架调头向W22 号墩方向施工左幅。芜湖岸E7—E25、E28—E46两处18×40.7 m 简支梁左右幅高差较小，采用移动模架“现浇+横移”施工方案。为给箱梁横移预留空间，移动模架采用上行式的总体布局，主梁采用钢箱梁，前后各设26 m 长的桁架式导梁。主梁与导梁顶部铺设通长轨道。侧模和底模组成的模板系统通过曲梁绕过混凝土箱梁的翼缘、吊挂在主梁上方，并可沿轨道纵向滑动。左幅箱梁在右幅位置浇筑完成，混凝土强度达到设计值的80%时，先按设计张拉应力的60%进行部分预应力束的初张拉，之后即将模板系统与混凝土箱梁脱开并分为2 部分，沿轨道分别向前、后各打开21 m，移至前后导梁上。然后利用横移装置将左幅箱梁沿墩顶横移到左幅设计位置，进行预应束的终张拉。同时移动模架的模板系统可重新闭合，开始进行右幅梁的施工。移动模架“现浇+横移”施工方案见图8。

5.2 铁路简支梁现浇支架法

W3—0 号墩间3×50.2 m 简支梁采用钢管立柱+贝雷梁支架现浇。每跨中部设4 根钢管立柱，下部支承在Φ1.2 m 临时钻孔桩上。贝雷梁两侧通过钢牛腿支撑在墩顶，以减少钢管立柱工程量。

5—E4号墩间4×40.7 m简支梁部分位于水中，淤泥质土层最厚达25 m，临时桩基设置难度较大。经研究采用斜腿支架法现浇，斜腿支架墩旁立柱、跨中斜柱加单层贝雷梁的结构体系。墩旁立柱及跨中斜柱均支承于两侧桥墩的承台上，与承台顶面的预埋件焊接。两侧斜柱间顶部设钢管对撑。立柱与桥墩之间设扶墙件连接。横撑的刚度约为联结系及扶墙的2.5 倍，使斜柱顶的水平分力主要由对撑平衡，从而避免两侧桥墩承受过大的水平力。同样，斜腿支架仅在右幅箱梁下方搭设，左幅箱梁现浇后横移就位。斜腿支架法现浇施工布置见图9。

E49—E58 号墩间9×40.7 m 简支梁由于桥墩较低且地质条件较好，地面局部换填碾压处理后，搭设满堂碗扣式钢管支架现浇。

图8 移动模架“现浇+横移”施工方案

图9 斜腿支架法现浇施工布置

5.3 铁路连续梁

铁路预应力混凝土连续梁采用挂篮施工。先在中墩墩旁托架上浇筑0#块，在0#块上拼装挂篮，再用挂篮双悬臂分节段对称浇筑，然后依次进行边跨和中跨的合龙。利用铁路桥墩刚度大、墩顶宽的特点，将0#块与墩顶临时固结来保证悬臂施工过程中的倾覆稳定性，同时0#块托架采用三角桁架形式直接支撑在铁路墩顶侧面，可省去0#块的临时支墩。为避免高空坠物风险，将挂篮底面和侧面采用钢筋骨架+密目铁丝网全部封闭。在市区主干道上方施工时，道路上方另用钢管和贝雷梁搭设全封闭防护棚。

5.4 公路混凝土连续梁

公路混凝土连续梁均采用支架现浇。支架立柱尽可能支承在下层铁路梁顶面，以减小工程量。立柱横向站位均为铁路梁腹板上方，确保铁路梁受力满足要求。W3—0号墩间3×50.2 m跨及5—E4号墩间4×40.7 m公路梁较其下层铁路梁略宽，采用将铁路梁先横移至与公路梁对中，在其上安装支架将公路梁施工完成后，再将铁路梁往回横移至设计位置的施工方案。其余公路梁变宽或公铁线路分离处的支架立柱若无法支承在铁路梁顶，则采用临时钻孔桩基础，直接从地面搭设立柱。E7—E25 号墩间3 联6×40.7 m 公路梁无梁宽变化且与铁路梁相对位置不变，采用站立在铁路梁顶，可自动立模、脱模、走行、横移的全液压模架进行施工。

5.5 公路钢箱连续梁

公路钢箱梁采用分块吊装，先拼装成一联单幅，再横移到位的施工方案。

无为岸W3—W9 号墩公路钢箱梁纵向划分为最重290 t 的大节段，工厂制造，船运至0 号墩旁，利用1 000 t 浮吊提升至铁路梁顶面的高支承架体上临时固定。然后将钢梁节段与高支承架体一起沿左幅铁路梁顶设置的滑道纵向滑移至设计位置。先将右幅单联节段全部滑移到位后焊接成整体，沿墩顶横移支架横移至设计位置。再按同样方式纵移拼装左幅钢箱梁。

芜湖岸E4—E7号墩间、E25—E28号墩间公路钢箱梁除纵向分段外，横向也分为2块，每个块段最重50 t，便于通过施工便道运输。利用固定在E4、E25 号墩旁40.7 m 梁上的70 t 架梁吊机提升，先横向拼焊为整段，再逐段在右幅铁路梁顶搭设的钢管+贝雷梁滑移支架上纵向滑移到位。后续施工方法与无为岸公路钢箱梁相同。

6 结束语

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥具有工程规模大、桥梁形式多、结构体系新颖、环境条件复杂、施工难度大等特点，施工中采用“栈桥+浮桥”的运输通道、因地制宜的多种平台与围堰施工、钢沉井精确设置施工、钢桁梁“分层变幅”法施工、门形桥塔塔梁索同步施工、混凝土简支梁“现浇+横移”施工、钢箱梁高支承纵移拼装等具有创新性的施工方案。目前，本桥主体结构已全部施工完成，桥梁各项目指标参数均达到设计或规范要求，上述方案的合理性与安全性得以验证。