大跨度变高度桁式钢梁施工技术

李凤成

中铁北京局第二工程有限公司

1 引言

连续钢桁梁主要施工方法有：支架法和架桥机悬臂拼装法，对于支架法需要在每个钢梁节段节点位置设置支撑点，当钢梁节段数量大时，该方法支撑点多、施工周期加长；架桥机悬臂拼装施工时，对于大跨度钢桁梁，施工条件复杂，施工时由于附加荷载大，施工线性难以控制，而对于变高度连续钢桁梁施工对架梁设备控制要求较高，普通架桥机无法在变高度钢梁下完成循环架梁任务。

2 工程概况

某铁路项目黄河特大桥主桥为（120+4×180+120）m下承式、变高度、连续、钢桁梁桥，为双线铁路，下弦铁路桥面采用参与主桁共同受力的密布横梁正交异形整体钢桥面板，主桁采用N 形桁上弦变高桁式，边支点桁高14m，中支点桁高32m。主桁桁宽12.4m，节间长12.0m。

图1 桥梁总体图

3 施工技术

待墩身施工完成后，分别在97至98号墩（1、2、3、5、8节段）、103 至102 号墩（1、2、3、4、6、9）位置设置临时支墩，每组临时支墩对应在每个钢桁梁节点的位置处。首先利用设置在两段边跨80t龙门吊机在临时支墩上分别架设两端边跨前4个节间钢桁梁作为吊机工作平台，在已架设梁段两边跨上弦顶拼装70t全回转吊机，从边跨向跨中架梁，最终在100#～101#墩跨中进行钢梁合龙施工，架梁吊机在架设只墩顶位置处翻越正式墩顶上钢梁尖点，实现吊机移动。

3.1 起步节段施工

（1）主桥97号～103号墩下部结构施工时，同步施工97#～98#墩和103#～102#墩边跨临时墩，以及98#～102#各中跨临时墩，临时墩原则上应在正式墩完成前施工结束。在施工边跨临时墩的同时分别在97#墩、103#墩沿钢梁架设方向各安装1 台80t 跨线龙门吊机。

（2）主桥97#墩、103#墩及边跨临时墩施工完成后，从主桥两端两个边墩（97#墩和103#墩）利用两台80t跨线龙门吊机在边跨临时墩上分别拼装两个边跨前4个节间钢桁梁，已拼装完成的钢梁节段作为架梁吊机拼装平台。

图2 起步段施工布置图

3.2 跨中标准节段施工

（1）在两个边跨第4节间钢桁梁顶面利用80t跨线龙门吊机分别安装一台70t 全回转架梁吊机。钢梁杆件采用用栈桥运至架梁位置，并利用吊机取梁。

图3 起步节段施工

（2）架梁吊机架梁程序和作业工况。

①架梁吊机拼装。a）利用跨线龙门吊机架设边跨前4个节间（E0～E4）。b）利用龙门吊机，在已架设边跨钢梁的上弦（前方轮箱在A3节点）上完成架梁吊机拼装。

注：此时调平油缸安装在低位，前调平螺杆安装在高位、后调平螺杆安装在低位。

图4 架梁吊机安装

②架梁吊机定点架梁。a）安装架梁吊机拉锚。b）调整锚固位置，使锚固拉板对应轨道上的销轴孔，调整锚固螺杆，使锚固板即将拉紧。c）操作顶油缸将轮箱顶起，使车轮踏面与轨道间隙3mm～6mm。d）操作架梁起重机，架设A4～A5节间。

图5 平行节段架梁姿态

③架梁吊机开始爬坡架梁。a）解除架梁吊机的拉锚与反力锚，轮箱落于轨道上。b）驱动前走行油缸，架梁吊机前行一个节间。注:架梁吊机走行时，臂杆一直朝向坡顶。c）重复②—a、b、c步骤。d）利用上下底盘间的后调平油缸及后螺杆的配合，将上底盘调平。e）操作架梁起重机，架设A5～A6节间。f）重复a～e步骤，架设A6～A10节间钢梁。

图6 上坡节走行

④架梁吊机架设拱顶A10～A11节间钢梁。a）重复③—a、b、c、d步骤。b）调整后调平油缸，使其从低位安装到高位。c）操作架梁吊机，架设A10～A11节间。

图7 上坡节段架梁姿态

⑤架梁吊机站位拱顶，架设A11～A12 节间钢梁。a）重复③—a、b、c、d步骤。注:此时前轮箱站位在拱顶的A10节点。b）操作架梁吊机，架设A11～A12节间。

⑥架梁吊机走行过坡顶。a）解除架梁吊机的拉锚与反力锚;b)驱动走行油缸，架梁吊机缓缓前行至前轮箱即将跨过坡顶A10节点前方3m 处；（注：此过程中，Ⅰ后调平油缸从高位移至低位）；Ⅱ即将到位时，协同微调前后走行油缸保证架梁吊机走行安全。c）调整前后轮箱的锚固位置，安装锚固拉板到位并调整螺杆使拉板稍稍带力。d）通过微调后调平油缸，安装上下底盘间后铰座的销轴，拆除前铰座销轴。e）调整臂杆方向，使其朝向坡顶。f）解除轮箱的锚固装置，架梁吊机准备前行。

图8 架桥机过尖点

⑦架梁吊机开始下坡架梁。a）驱动后走行油缸，架梁吊机前行到前轮箱到达A11节点。b）安装后轮箱拉锚。c）调整锚固位置，使锚固拉板对应轨道上的销轴孔，调整锚固螺杆，使锚固板即将拉紧。d）操作顶油缸将轮箱顶起，使车轮踏面与轨道间隙3mm～6mm。e）操作架梁起重机，完成A12～A13节间钢梁的架设。f）重新使臂朝向坡顶，解除锚固，使轮箱落于轨道之上，准备前行。

图9 下坡行走

⑧架梁吊机下坡架梁。a）重复操作⑦—a、b、c、d、e、f 步骤，完成A13～A18节间的下坡架梁。

图10 下坡节段架梁姿态

⑨架梁吊机的拆除。a）钢梁架设在合龙口（A32’-E32’）完成合龙后后，利用小里程侧架梁吊机将大里程侧架梁吊机拆除。b）小侧架梁吊机掉头回行，当越过一个坡顶后，臂杆回头将临近节点坡顶横梁安装到位。c）小侧架梁吊机继续回行，重复b步骤，直至到达边跨A1～A4节间的跨线龙门吊机下。d）利用跨线龙门吊机将小里程侧架梁吊机拆除。

3.3 抄垫及起顶施工

（1）根据Midas Civil施工阶段分析，需在跨中E18、E22、E33、E37、E18’、E22’节点下需设置临时支墩，为消除钢梁架设挠度，在架设到位后及时抄垫牢固，保证钢梁架设到下一墩顶处时，能顺利跨过墩顶。

图11 临时墩墩顶布置示意图

（2）边跨钢桁梁架设完成后，利用97#（103#）墩和98（102#）墩顶千斤顶同时起顶边跨钢桁梁，并抄垫牢固，拆除边跨钢桁梁临时墩墩顶临时垫块，然后利用97#（103#）墩顶千斤顶起顶并回落钢桁梁至正式支座上，再利用98#（102#）墩顶千斤顶调整边跨钢桁梁标高及线形以满足钢桁梁继续架设到99#（101#）正式墩时，能够刚好顺利跨过。

“起顶施工”是为了消除钢梁挠度及转角影响，将悬臂端“顶平”。支点的起顶仅在主桁节点下设千斤顶，采用以节点为单位的供油系统，并控制两桁间各节点的相对高差不超过5mm。

（3）继续使用钢桁架屋架起重机吊起中间的剩余部分，并将跨架（98#～99#，101#102#）伸展到正式的码头顶。用99#、101#校正位固定式码头千斤顶起吊后，拆卸临时码头顶梁。然后，调整钢架的高度和线性，在正式的码头顶安装千斤顶，以满足101#继续竖立以关闭的要求。当99#继续悬臂式施工至100#时，只需顺利通过，然后采用同样的施工方法将钢架悬跨到中间跨。

3.4 合龙段施工

钢梁合龙主要是进行钢梁杆件的合龙，钢梁杆件的合龙步骤为先合龙下弦，其次是上弦，最后合龙斜杆；对于杆杆采用“双长圆孔+合龙铰”实现钢梁杆件的无应力状态合龙，其次是采用“钢梁间隙及高差辅助装置”进行调节。

（1）利用合龙口旁墩顶钢梁顶升装置纵向、横向、竖向位移调整钢梁合龙杆件三维坐标，调整钢梁中轴线及合龙口两侧梁段标高，使合龙口处拼接板与下弦杆件长圆孔相互重合，插入销轴；长圆孔销轴插入后，利用墩顶起顶装置及辅助调整装置，使上弦杆节点板与上弦下圆孔初步重合，打入上弦较小铰轴，临时固定上弦杆，拆除长圆孔销轴，再次调整主墩钢梁顶升装置，使上弦杆节点板与上弦上圆孔重合，打入铰轴，完成上弦杆的合龙连接。

（2）通过两侧墩顶钢梁顶升装置及吊机辅助，使斜杆节点板与下弦长圆孔重合，打入销轴，待节点板与下弦圆孔重合，打入铰轴，完成斜杆临时连接。

图12 合龙施工

（3）为了解决钢桁梁合龙时对接杆件高差、间隙及线形调整得到保证以及快速、精确、方便施工。我们采用一种可以有效利用人力、施工空间、减少无效调整的情况，快速有效地、以高质量高精度的方法对合龙杆件进行高差及线形精调施工。

图13 间隙调节装置

图14 高差调节装置

高差调节装置：主要构件为油顶、MGE 板、钢板组合而成的新型结构的高差调平装置。其主要构造有Z 形钢板持力托、与钢梁连接锚固连接板、标高调节油顶、MGE 矩形持力滑板、油顶反力板。

间隙调节装置：调节装置需油顶一个、M32 高强螺栓34 套、持力框一副、反力板一块；将持力框与一侧地对拉杆件通过高栓固定，反力板与另一侧地对拉杆件通过螺栓固定，油顶放在持力框和反力板之间，出缸至杆件间隙达到预期值，完成对拉操作，进行下步安装杆件间高强螺栓的操作。

在钢桁梁合龙过程中使用此套装置，通过对合龙杆件顶面油顶施加压力使合龙杆件两端高差满足合龙要求同时使合龙杆件侧面拼接板连接高栓孔位在竖直方向吻合，通过对对接杆件高程上的调整使俩杆件竖向高栓孔吻合，致使合拢段杆件间线形高差满足高栓安装对杆件螺栓孔精确对位的要求，打入高栓，从而使钢桁梁合龙时的杆件拼装得以节能高效地完成。

图15 合龙完成

3.5 拆除临时结构

全桥合龙完成后拆临时支墩及墩顶辅助设备，进行桥面及附属结构施工。

4 施工总结

对于大跨度边高度连续钢桁梁施工过程中材料消耗大、施工时间长、风险大、效率低的缺点采用“临时支架抄垫技术+360°全回转悬臂架桥机”施工，只需要在特殊节点设置临时支架，解决悬臂端钢桁梁变形过过大的问题。同时360°全回转可实现在钢梁顶面上坡、下坡、平坡的钢梁杆件的架设，实现吊机的翻越尖点施工，利用上下地盘的上下调节作用，是上部转台一直保持水平，由0°～+23°，-23°～+23°的转变过程，完成下承式变高度连续钢桁梁在各工况下的架设施工。真正实现变高度连续钢桁梁低能耗、高精度、快速、低风险架梁施工。

主墩钢梁顶升装置可以很好利用现有墩身平台而无需增加其他施工平台实现钢桁梁横向、纵向、竖向三个方向同时精确调整，使合龙杆件能够快速调整至设计位置。合龙通过高差调节装置及间隙调节装置可实现合龙段杆件的精确调整，即调整精度高、易操作、更能提高施工精度。