大跨度上承式铁路钢桁梁悬臂架设施工技术研究

2021-01-18赵前进李敬伟

铁道标准设计 2021年1期

赵前进,李敬伟

(1.中南大学,长沙 410083； 2.中国铁路昆明铁路局集团公司,昆明 650011)

1 工程概况

元江双线特大桥位于云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治县境内，是新建玉溪至磨憨铁路的重点控制性工程之一。该桥跨越红河深切“V”形峡谷，桥址存在破碎，有背斜、断层、顺层、滑坡体等不良地质；峡谷两岸最大自然横坡60°，地势陡峭，施工场地狭窄，交通运输困难；桥区雨季长达6个月，峡谷瞬时风力最高达10级，对施工有较大影响。

该桥全长768 m，主跨布置为(108+151.5+249+151.5+108) m上承式连续钢桁梁，总质量约2.1万t。主桥为变高度上承式钢桁梁，桁宽16 m，钢桁梁下弦采用圆曲线形由桥台支点及边墩支点处桁高16 m匀顺过渡至中支点处36 m；钢桁桁式采用N形及K形桁式；普通节间长度为13.5 m，在主墩双侧两个节间为15 m；每个节间设置钢横梁5道，主桁下弦杆节间设置交叉式平联；车行道桥面板设置在主桁上弦面。桥梁立面布置见图1，横断面布置见图2。

图1 元江双线特大桥连续钢桁梁立面布置(单位：cm)

图2 元江双线特大桥连续钢桁梁断面布置(单位：cm)

2 钢桁梁架设总体施工方案

2.1 制造总体方案

主桁、纵横梁及联结系杆件均在工厂加工为成品运输至现场，杆件最大运输尺寸为：2.2 m宽×2.5 m高×15 m长。桥面板在工厂横向分4段加工，在现场组拼及焊接成整体吊装单元。现场最大杆件吊装质量为65 t。

2.2 运输总体方案

杆件使用汽车通过公路运输至临时存放场集中存放，再由临时存放场倒运至桥位。主桁、纵横梁及联结系杆件最大运输尺寸为：2.2 m×2.5 m×15 m，桥面板单元最大运输尺寸为：0.5 m×3.0 m×15 m。

2.3 临建方案

小里程端设置1处钢梁拼装场，因自然坡度较小，采用填挖土的形式建设；大里程端因地势较陡峭，采用钢桁架平台的形式建设1处钢梁拼装平台。

2.4 钢梁架设总体方案

针对钢桥构造形式，结合桥位地形特征，经多次方案比选，采用由边跨向主跨双向对称悬臂架设，在跨中进行合龙的方案。两岸钢桥面上各设置运梁台车，用于构件水平运输。边跨起始3个节间使用汽车吊或龙门吊安装，起始节段钢桁梁安装完成后在两侧钢梁上弦上各安装1台70 t架梁吊机，后续钢梁利用架梁吊机从边跨向主跨双向悬臂架设，直至主跨跨中合龙。桥梁合龙时，保持主墩支点不动，通过在0号、5号桥台及1号、4号边墩进行落梁，使跨中进入合龙口状态，实现钢梁跨中合龙。桥梁合龙后安装永久支座及其他附属工程施工。钢桁梁架设总体布置见图3，钢桁梁架设施工步骤见图4。

图3 钢桁梁架设总体布置

3 钢梁架设关键技术研究

3.1 主要辅助工程

(1)施工便道及钢栈桥

新建施工便道采用泥结碎石路面，局部陡峭位置采用混凝土路面。单车道+错车平台，路面宽度一般3.5 m，错车平台段加宽2 m；路面厚8 cm。便道高程高于自然地面0.2～0.3 m，道路双侧设置排水沟，沟深和底宽超过0.4 m。2号、3号墩之间跨江位置设置临时钢栈桥，宽6.0 m，全长约200 m。磨憨侧钢梁构件需通过钢栈桥运输过江，钢栈桥承载能力按照不低于1 000 kN。施工便道布置见图5。

图4 钢桁梁架设总体施工步骤

图5 施工便道布置示意

(2)钢梁拼装场

在山下项目部驻地设置一处构件临时存放场，主要用于构件存放和倒运。在玉溪侧和磨憨侧各设置1处预拼装场，用于桥面板预组拼及杆件临时存放。拼装场尺寸均为38 m×140 m，场内布置1台80 t/26 m龙门吊，场内分为板单元半成品存放区、桥面板双拼区、桥面板总拼区、桥面板成品区、拼接板存放区、杆件存放区及起吊区。玉溪侧场地布置见图6，磨憨侧场地布置见图7。

临时用电在附近10 kV元磨线引入，在拼装场地内布置1台630 kVA变压器。在拼装场地一端设置30 m×12 m办公区及库房。

图6 玉溪侧拼装场地

图7 磨憨侧拼装场地

(3)临时墩

根据钢桁梁架设需要，全桥需布置11组临时支墩，临时墩上部结构采用钢管支架，由钢管立柱、连接系、分配梁及操作平台组成，材质均为Q345B。临时墩基础形式为人工挖孔灌注桩，混凝土强度等级为C30。边跨临时墩高度43 m，次边跨临时墩高度为110，133 m。

(4)架梁吊机

常规桥梁架梁吊机采用抱箍连接在钢桥上弦杆，本桥为上承式结构，上弦桥面无法通过抱箍连接架梁吊机。通过研究对原有架梁吊机进行改造，新增锚固分配梁、支撑分配梁和行走轨道。锚固分配梁和支撑分配梁均带有2组接口，以适应钢梁节间长度变化时，架梁吊机能够与钢桥面内进行连接锚固。架梁吊机通过行走轨道和行走油缸，能够自行走，避免了轨道额外吊运的繁琐工序。

3.2 钢桁梁杆件安装工艺

3.2.1 拼装次序

一般由下而上进行安装，先下平面，后立面，尽快形成闭合稳定的结构体系，先安装杆件不影响后安装杆件。安装顺序依次为下弦杆、下平联、斜腹杆、上弦杆、竖腹杆、横联、桥面板块，安装顺序见图8。

图8 钢梁杆件拼装顺序

3.2.2 上、下弦杆安装

(1)上、下弦杆件用专用吊具固定，起吊时确保杆件处于水平。安装所需的操作平台应起吊前固定在节点一侧。起吊前必须试吊，状态稳定后方能升钩。

(2)下弦杆应在起吊至设计位置附近后进行对孔，当连接板与杆件开孔相对位置不超过10 mm时采用特制小型撬棍拨正，并配合吊钩起落和杆件转动依次进行对孔，对合顺序由下端至上端。对合杆件可根据具体情况分别采用扁铲式小撬棍、牵引器以及导链滑车进行杆件引导。

(3)对孔完成后立即在螺栓群四角位置穿入4枚定位冲钉进行杆件定位，应首先根据螺栓孔的分布，均匀打入50%孔数的冲钉，并在剩余位置处安装≮25%孔数的高强螺栓并进行初拧，冲钉及螺栓初拧完成后，吊车松钩。松钩完成后，依次继续安装其余高强螺栓。

3.2.3 桥面板安装

(1)桥面板安装前对钢梁上弦杆直线度、桁宽及预拱度进行复测，满足相关要求后方可进行桥面板安装。

(2)一个节间的桥面板制造分为4块宽度2～3 m的桥面板单元，以便于运输。在两岸的钢梁拼装场设置拼装胎架，对桥面板单元和横梁进行整体拼焊，拼焊后尺寸为：3 m(高)×13.3 m(宽)×13.5 m(长)。整体桥面板块通过运梁小车运输至桥位进行整体安装。

(3)每个桥面板在板面对角线端部预焊4个吊耳便于吊装。安装时先将桥面板横梁高栓与下弦伸出肢利用冲钉及普栓进行定位，再进行U肋及I肋接头定位，最后对桥面板接头焊缝进行精调。

(4)桥位焊缝的焊接采用“先栓后焊”，即将桥面板高强螺栓全部施拧完成后，再进行桥位焊缝的焊接。

3.3 钢桁梁架设线形控制

为便于钢桁梁架设过程中钢桁梁线形监测，包括钢桁梁的高程、轴偏及里程等，在钢桁梁上布置相应的临时测点，临时测点在钢梁制造厂内采用铳点的方式进行制作。临时测点纵向布置在每段钢梁节点中心线处，上弦杆横向布置在主桁中心处，下弦杆横向布置在距主桁中心1.0 m处。主梁用于线形监测的测点横向布置见图9。

图9 主梁线形监测点布置

钢桁梁安装过程中因结构刚度、重力及环境因素等多方面的影响，将导致钢桁梁线形存在一定的误差，所以，在施工过程中需综合考虑各项因素，采用有限的控制和调整措施，严格控制当前梁段的安装线形、转角、三桁高差及轴偏等。

高程控制：悬臂架设主桁杆件拼装时，按孔眼总数的50%均匀分布打入冲钉，冲钉直径比理论孔径小0.3 mm，通过冲钉和孔径之间间隙，施加外力调整两桁的高差，同时加强两桁横向连接的刚度，减少整个框架的扭转。

拼装线形的确定：钢梁节段拼装高程采用监控单位发布的监控指令。监控单位根据现场每节间的测量数值并结合施工阶段模型，计算下一节间构件拼装高程。梁段拼装高程应通过多方数据及不同软件进行对比和验证，实际拼装过程应通过有效措施进行控制，避免线形偏差。当一个节间架设完成，钢桁梁的实测数据与监控单位计算数据有偏差时，应查找偏差出现原因，分析解决对策。