银川机场黄河桥钢桁梁柔性拱施工关键技术研究

章耀林

(中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 300300)

1 工程概况

银西铁路银川机场黄河特大桥主桥跨越黄河，位于9＃～17＃墩间，桥跨布置为1-96 m简支钢桁梁＋2×3-168 m连续钢桁柔性拱＋1-96 m简支钢桁梁，见图1。

图1 银川机场黄河特大桥桥跨布置

主桥钢桁梁柔性拱采用下承式钢桁梁结构，桁高12.8 m，桁宽13.8 m。一联钢桁梁柔性拱共44个节间，其中两边跨各15个节间，节间长度分为11 m、12 m两种规格；中跨14个节间，节间长度均为12 m。

拱圈矢高28 m，矢跨比1/4.71。拱圈共34个节间，其中两边拱各12个节间，长度均为11 m；中拱10个节间，长度均为12 m(见图2)。

图2 3×168 m连续钢桁梁1/2柔性拱结构(单位:m)

钢梁的平面联接系分拱肋平纵联和上平纵联。柔性拱每个节间(包括加劲弦)均设置平纵联，钢桁梁每个节间上弦之间均设置平纵联。钢桁梁下弦间设置正交异性钢桥面板[1-4]。

钢梁下弦杆、上弦杆、拱肋均采用箱形断面，腹杆采用箱形断面和工字形两种断面，吊杆采用八角形断面，平联采用工字形断面。钢梁各主要构件最大重量见表1。

表1 3×168 m连续钢桁梁柔性拱各主要构件及最大重量

从端斜杆开始，每两个节间设置一道桥门架或横联。

主桁采用焊接整体节点，弦杆及拱肋与节点板在工厂焊接，腹杆及吊杆与节点板采用对拼式或插入式连接。杆件采用M30高强摩擦型螺栓连接。正交异性钢桥面板横梁与主桁下弦杆之间采用高强螺栓连接，面板与下弦杆上缘之间、桥面板之间在工地焊接[5-8]。

2 总体施工方案及柔性拱施工步骤

2.1 施工方案选择的限制条件

银川机场黄河特大桥规模庞大，原设计工期为43个月，是银西铁路控制性工程。由于业主对银西铁路总工期的要求，期望将银川机场黄河特大桥工期控制在14个月内，并控制成本、保证质量。为此业主在招标前组织了银川机场黄河特大桥施工方案竞赛，要求各投标单位论证工期控制在14个月内的技术可行性和经济合理性。因此，工期是选择技术方案最主要的制约因素。如何尽可能地缩短工期，同时能够保证工程质量是选择施工方案首先要考虑的问题，此外还需保证施工方案经济合理[9-11]。

2.2 方案确定

经过深入分析研究，中国铁建大桥工程局集团创造性地提出了“桥梁下部结构与上部结构原位同步施工、连续钢桁梁与柔性拱同步施工”的总体施工方案，能将银川机场黄河特大桥总工期控制在14个月内，并能很好地保证质量、控制成本，由此成功中标银川机场黄河特大桥项目。

2.3 钢桁梁柔性拱施工步骤

钢桁梁柔性拱具体的施工步骤见图3。

图3 钢梁架设步骤

步骤一:在下部结构施工的同时，拼装11＃～12＃、14＃～15＃墩间起始节间钢梁拼装支架及其他各临时支架。起始节间钢梁拼装完成后，利用履带吊机拼装完成起始节间钢梁(中跨跨中4个节间钢梁)，之后拼装完成架梁吊机。

步骤二:架梁吊机双悬臂对称架设钢梁至11＃、12＃、14＃、15＃墩后，在钢梁起始节间上拼装架拱吊机。 同时，采用履带吊机拼装 9＃～10＃、16＃～17＃墩间96 m跨简支钢桁梁。

步骤三:架梁吊机继续双悬臂拼装边跨钢桁梁，架拱吊机完成中拱安装并合龙后继续向边跨架设6个节间的边拱。

步骤四:架拱吊机穿过已经架设好的部分边拱和中拱，架设另一边拱(此边跨侧架梁吊机架设完成钢桁梁及吊机站位平台后即拆除)，剩余边拱由架梁吊机、架拱吊机架设。

步骤五:通过主墩墩顶三向位移测量装置在合适温度条件下精确调整合龙口位置，架梁吊机、架拱吊机分别站位于临时站位平台上完成边拱合龙。边拱合龙后，调整钢梁，落梁就位。

3 钢梁施工关键技术

3.1 下部结构与上部结构同步施工技术

为缩短工期，下部结构与上部结构同步施工，具体措施如下:

(1)以栈桥作为施工通道，局部加宽兼作上部结构施工平台

由于主桥跨越黄河，钢梁运输需借助栈桥；11＃～12＃墩间起始节间钢梁吊装需借助吊装平台。

栈桥位于主桥上游侧21 m，全长712.4 m。栈桥标准宽度为10.0 m，标准跨度为15 m。栈桥顶高程为＋1 110.500 m。栈桥采用钢管桩＋贝雷梁＋钢桥面板结构形式。栈桥满足150 t履带吊、挂-120汽车通行(见图4)。

图4 栈桥布置(单位:m)

栈桥第三联宽度增加到18 m，兼做起始节间钢梁吊装平台。除满足前述车辆通行要求外，尚且满足150 t履带吊吊装起始节间钢梁等作业要求。

(2)钢梁从中跨跨中向两侧桥墩方向架设，与基础施工同步进行

为实现上部结构与下部结构同步施工，在3×168 m连续钢桁梁柔性拱下布置临时墩。临时墩布置见图5。在下部结构施工的同时，搭设临时墩支架，之后架设钢梁[12]。

图5 3×168 m连续钢桁梁柔性拱临时墩布置(单位:m)

11＃～12＃墩间起始4个节间钢桁梁采用150 t履带吊机站位于吊装平台(栈桥第三联)拼装；14＃～15＃墩间起始4个节间钢桁梁采用150 t履带吊机站位于便道上拼装。

钢梁拼装顺序为外侧下弦杆——内侧下弦杆——桥面板——外侧腹杆——外侧上弦杆——内侧腹杆——内侧上弦杆件——上平联。

钢梁起始节间及架梁吊机拼装共需要38 d，正好位于低温季节。因低温对于钢梁焊接和栓接均不利，故拼装钢梁起始4个节间时，桥面板暂不焊接，需栓接的构件暂采用冲钉替代，以避开极寒天气的影响，待气温升高再对结构进行连接。在临时墩顶布置三向位移测量装置，以便调整钢梁的位置。

起始节间钢梁架设完成后，架梁吊机由汽车通过便道和栈桥运输至已经拼装好的起始4个节间钢桁梁处，由150 t履带吊机站位于吊装平台(11＃～12＃墩)或地面(14＃～15＃墩)上，在起始节间上各拼装2台架梁吊机。每台架梁吊机占用2个节间钢梁空间。架梁吊机拼装完毕后双悬臂架设钢桁梁。架梁吊机初始站位见图6。

图6 架梁吊机初始站位示意

3.2 连续钢桁梁与柔性拱同步施工技术

中跨连续钢桁梁施工完成后，柔性拱与连续钢桁梁开始同步架设。柔性拱中拱及1.5个边拱共28个节间采用40 t架拱吊机拼装。为方便柔性拱架设，采取如下技术措施:

(1)采用穿拱架拱吊机吊装柔性拱

由于40 t架拱吊机先架设中拱，后架设边拱，架拱吊机需要穿越柔性拱。架设边拱的60 t或75 t架梁吊机拼装完边跨钢桁梁后，后退至40 t架拱吊机拼装好的柔性拱处，从柔性拱中部开始，往边墩方向倒退架设剩余6个节间柔性拱(见图7)。

图7 40 t全回转吊机穿拱示意

架拱吊机走行时，利用翻转油缸使底盘支点平转90°，使之不与吊杆冲突，走行到位后再将支点反转90°，使之支承在钢梁上弦杆上并锚固，开始架设柔性拱。

吊机轨道设置在上弦杆与平联连接的节点处，吊机走行到位后由吊机自带滑移装置向前滑移。

(2)调整拱脚2个节间的拱平联安装时机

为方便40 t架拱吊机通过，安装柔性拱时，拱脚2个节间的拱平联不能与拱同步安装，需待40 t架拱吊机穿拱后再采用履带吊机站位于栈桥上拼装。

(3)设置架梁吊机临时站位平台

边拱合龙时，2台40 t架拱吊机站位于13＃墩顶的站位平台上，60 t或75 t架梁吊机站位于10＃或16＃墩顶站位平台上。站位平台由弦杆、竖杆和横向联接系组成，弦杆和竖杆与钢梁节点采用螺栓连接(见图8)。

图8 边拱合龙时架梁吊机站位

(4)采用柔性拱拱脚合龙技术

为消除柔性拱合龙口相对位移，方便拱脚合龙，可利用合龙口附近支墩上的千斤顶顶落梁。分析表明在温度较高时，合龙口相对位移较小，可以直接合龙。实际施工时通过实测温度及观察合龙口变化情况，采取在合适温度时直接合龙的方法合龙柔性拱。

4 结束语

银川机场黄河特大桥采用的“桥梁下部结构与上部结构原位同步施工、连续钢桁梁与柔性拱同步施工”的施工方法最突出的特点是通过采取合理的技术措施，在保证施工质量和经济合理性的前提下实现了钢桁梁柔性拱的快速施工，其优点有以下几个方面:

(1)钢梁与下部结构同步施工，钢梁施工开始时间提前，缩短了总工期。

(2)相对先施工下部结构后施工上部结构，下部结构的施工时间受钢梁影响小，可利用的施工时间更长，有助于保证下部结构的施工质量。

(3)钢梁在原位施工，避免异位搭设支架施工然后采用滑移、顶推或转体等施工方法移动到设计桥位，有效降低了支架结构规模并减少了工序，降低了施工难度，具有更好的经济性，工期更省。

(4)临时墩的设置增加了钢桁梁的刚度，钢桁梁与柔性拱同步施工时变形小，便于梁、拱之间的连接，降低了施工难度，缩短了钢梁施工的工期。

(5)穿拱架拱吊机及站位平台设置，可以根据施工进度情况，调整钢梁安装工序和吊机配置，提高吊机的利用率并避免设备调配问题影响工期。

(6)柔性拱合龙口设置在拱脚而非跨中，降低了合龙难度，有助于缩短工期。实际施工时，直接在合适的温度合龙，合龙时间短。