异形拱塔低位竖转+平转在跨石长拱承斜拉桥的应用

洪 亮

(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030000)

1 工程概况

沅江特大桥跨石长铁路(32+90×2+32)m拱承斜拉桥位于湖南省常德市武陵区，桥梁起点里程为DK9+335.49，终点里程为DK9+581.19，全长245.7 m，处于曲线半径R=2 800 m圆曲线上，主跨(90+90)m钢箱梁上跨既有石长铁路，与既有铁路呈18°小角度跨越，梁底与既有石长线安全有效净空2.5 m。该桥是全线控制性工程，也是国内首座时速350 km上跨既有铁路的拱承斜拉桥。基础均采用钻孔桩基础，辅助墩及边墩采用钢筋混凝土门式墩，主墩采用异形钢箱拱塔，梁部采用免涂耐候钢箱梁，拱塔上设置13对26束斜拉索，轨道采用CRTS-Ⅲ无砟轨道。

本桥地面以上拱塔全高66 m，桥面以上塔高45 m，桥面以下塔高21 m，拱轴线线型采用椭圆形，主梁在桥塔处与横梁刚性连接。拱塔截面尺寸为：顺桥向3.0 m、横桥上4.0 m，板厚为24 mm～36 mm，拱塔重824 t，单侧分别为T0,T1～T7共8个节段，最大节段重55.5 t；桥塔横梁截面尺寸为：梁高2.8 m，梁宽3.0 m。

2 异形拱塔施工方案

拱塔加工采用工厂集中下料，在胎架上侧卧分节段进行整体预拼装，在确保线型和焊缝宽度及合龙精度满足要求后焊接成节段，节段焊接完成经检测后用汽车运输至工地现场，对于超宽节段采用船运至码头后转为汽车运输至现场。由于跨既有石长铁路，现场采用顺桥向卧拼，卧拼从T1～T7节段，现场拼装采用搭设钢管支架，在支架上完成拱塔拼装，节段拼装过程中随时对成拱线型进行复核，确保每一节拱塔的线型满足要求后进行下一个节段的拼装。所有节段完成后再次复核线型及尺寸、符合设计要求后，安装竖转体系、确保竖转体系受力后拆除支架，利用连续顶升千斤顶进行牵引竖转，实现低位竖转到设计状态，运用事先安装好的平转系统平转，实现拱塔合龙。

3 异形拱塔施工

3.1 异形拱塔厂内加工

根据节段的材料型号(材质、板厚、尺寸)，提前提供材料计划，材料运到工厂后采用数控切割机根据需要的尺寸进行裁剪，要考虑焊缝的宽度。根据不同的焊缝要求做焊评试验，满足要求才能进行大面积施焊。拱塔材料裁剪完成后到拱塔胎架上进行节段拼装点焊，确保所有节段拼装完成符合线型要求后，进行大面积焊接，焊接材料要与桥钢的材料相适应，确保焊缝质量强度高于母材强度。焊接完成后根据节段进行吊装入砂房，采用30 m3空气压缩机进行喷砂除锈，确保表面无坑洼、无鼓包、无漏喷、平整后进行电弧喷铝。电弧喷铝一般选择在夜间进行，夜间电压较为稳定，不易出现喷涂不均的现象。完成后进行环氧树脂封闭漆及铁红色面漆两层，确保总厚度满足要求。

3.2 异形拱塔运输

由于构件尺寸限制，特别是T2节段5.7 m×5.7 m×10.5 m，属于超宽构件，为保证运输畅通，提前与高速公路交警进行沟通取证，利用超宽车道收费口上下高速公路，期间有两台车一前一后进行押车，确保安全。由于从出厂门口到高速公路口因修路无法通行，部分节段采用从厂内直接上船，船运至常德施工码头后，用130 t吊车卸船装车，平板拖车运至工地。

3.3 异形拱塔安装准备

3.3.1平转体系施工

平转体系主要由上下转盘、滑道及平转支座等组成，转盘分为上转盘和下转盘，下转盘采用直径为12 m，高3.2 m的圆形钢筋混凝土承台；上转盘采用钢箱结构，直径为12 m、高1.5 m的多边形圆柱结构，采用不同板厚的钢板焊接拼装而成。为保证平转实施，在下承台施工时需要同步完成平转滑道锚碇孔的预留。平转滑道为圆环形状，圆心同下承台、内直径为8.2 m、外直径为9.8 m、环板宽0.8 m，钢板厚0.022 m，下设锚碇钢棒插入承台预留孔内，灌注支座砂浆固定滑道，确保滑道平面位置和标高满足设计要求，上设置0.003 m不锈钢板。为保证拱塔能与承台有效的固结，在施工下承台时预埋锚箱，截面尺寸为顺桥向3.0 m、横桥上4.0 m、长度为2.76 m，施工承台时要对锚箱的轴线及标高进行精确定位后固定，确保浇筑混凝土时不偏位、不下沉。在上下转盘之间设置平转支座，平转支座由专业厂家设计，支座直径2.0 m、高0.46 m，竖向力20 000 kN、水平力5 000 kN；设置8根φ110 mm的锚碇螺栓固定在承台顶面，支座中心与承台中心位置重合。拱塔T0底部设置加劲内与支座顶面进行焊接，拱塔中心即是上转盘中心，要与支座中心、承台中心重合。上转盘钢箱通过纵横钢板与T0节段进行有效连接，在平转滑道上设置16个φ600 mm、壁厚12 mm、高800 mm的撑脚，形成一个整体构成上转盘体系。水平转动反架采用在承台合适位置设置对称的两根直径为φ1 000 mm和φ630 mm、桩长为9 m的钢管桩通过连接系形成水平支撑架，在上转盘上设置锚固端两处，锚固端分别设置3根(共6根)φ15.2 mm预应力钢绞线通过连续顶升千斤顶进行平转。

3.3.2竖转体系施工

竖转体系由竖转滑道、竖转角、BM杆、BC杆、BD杆，牵引装置等构成。在进行拼装拱塔之前，先施工竖转滑道，竖转滑道包含地基处理、钢筋混凝土基础基座、竖转滑道滑块(两侧设置限位块)及不锈钢板滑动面。竖转滑道基础根据地基承载力采用打设木桩，换填级配碎石等施工方法确保地基满足要求后施工垫层。在垫层上绑扎钢筋，施工两道滑道宽1.6 m，高1.4 m的混凝土基座，为便于支架及拱塔安装，中间混凝土与滑道混凝土一次浇筑成型。在滑道混凝土浇筑过程前，对竖转轨道滑块固定装置设置预留孔，预留孔要求定位准确，确保后期安装滑块时能满足平整度、接缝、标高要求。其他杆件在加工厂加工，汽运至施工，在拱塔安装完成后进行拼装。

3.3.3钢拱塔支架安装

根据拱塔的截面尺寸、拱塔的节段长度和重量，钢拱塔拼装采用钢管支架法施工，钢管采用φ609 mm、壁厚12 mm、高根据拱塔的线型决定。单侧拱设置13排共计26根钢管桩立柱，靠近T7节段设置单排钢管桩与相邻的钢管桩进行有效联结。其余位置钢管横向间距2.7 m，纵向3.0 m，在拱塔的节段拼接缝的位置设置联结系，确保纵向两根、横向两根钢管形成一个整体受力。每排钢管桩从地面以上2.5 m设置横向联结系、纵向从T1节段每两根设置联结系，联结系采用双拼H200×102×9×11.4 mm工字钢纵、横向连接，高度2.0 m设置一道，中间采用斜撑连接，形成三角撑。往上3.0 m设置相同的联结系，小于3.0 m不再设置联结系。每根钢管桩上设置桩帽，桩帽上设置双拼H280×124×10.5×13.7 mm工字钢横向分配梁，在分配梁上根据拱塔线型设置调节块。由于临近营业线施工，支架安装先在空旷场地内每四根按照上述要求先进行焊接。采用50 t的汽车吊进行整体吊装，就位后及时与滑道基础混凝土上预留钢板进行有效连接固定。平竖转体系示意图见图1。

3.4 钢拱塔安装

在所有支架安装完成后，线型监控单位根据拱塔线型、焊缝宽度、温度对线型的影响建模确定支架调节块标高，并在每个节段拼装前根据前一个节段的状态下达各个节段的拼装标高、轴线等指令，施工过程中严格按照指令进行施工。拱塔安装先从T1节段开始，T1在原有的拱塔内箱设置与T0节段连接的两块加劲板阴头、T0在拱塔内箱内设置两块加劲板阳头，加劲板采用□4 056×4 000×50桥钢与钢拱塔上的纵横加劲板连接成一个整体，确保整个竖转过程的安全。T1与T0采用M64×100、长为1.4 m螺栓铰接，螺栓两侧设置配套的防脱钢板垫圈固定。拱塔安装均采用260 t履带吊吊装、人工配合精调，满足要求后进行定位固定。吊装过程中驻站联络员、防护员、司索工必须到位，并坚守各自的岗位。T1安装完成后拼装T2节段，依次完成至T7节段，每个节段的焊缝宽度、焊缝高度必须满足要求，再进行探伤检测满足要求后方可进行打磨，按照工序要求完成涂装，安装拱塔上的索导管，进一步复核拱塔截面尺寸、线型、检验批等，为竖转、平转作准备。同时为保证横梁与拱塔一起竖转，在拱塔拼装完成后，拆除T1到T2支架，利用在拱塔上设置的吊耳将横梁固定在拱塔上。钢拱塔安装示意图见图2。

3.5 钢拱塔竖转体系的完善

拱塔卧拼安装完成后，在竖转滑道上安装滑靴，滑靴分为上滑靴与下滑靴，上滑靴高度1.135 m，下滑靴1.630 m。滑靴采用不同壁厚的桥梁钢板在工厂加工，运至工地进行焊接，经焊缝检测合格后进行整体安装。下滑靴直接与竖转滑道上不锈钢板接触，为减少摩阻力，在滑轨不锈钢板上涂上黄油。为保证上滑靴能顺利实现从下滑靴脱离到上转盘上，上下滑靴之间设置聚四氟乙烯滑板用铜螺钉和粘胶固定，采用栓接将上下滑靴紧紧固定成一个整体。在拱塔上安装拱塔转动系统，拱塔转动系统由BC，BD拉杆与拱塔焊接固定在一起，BM撑杆上端与BC，BD采用销轴连接，下端与上滑靴采用销轴连接。BM撑杆在上端距销轴2.779 m处、下端距销轴2.872 m处设水平杆，保证竖转过程中两侧同步。在上转盘与竖转滑道同轴线位置设反力架，单个反力架上设置1台连续千斤顶用18根15.24 mm钢绞线与上滑靴进行有效连接。

3.6 竖转配重及试转

为确保在整个竖转过程平转轴的抗拔力满足要求，在上转盘上竖转反力架(拱塔外拱侧)配328 t履带吊配重块，在靠近拱塔内拱侧配120 t水泥混凝土配重块，配重前根据每一块的重量和结构尺寸事先画图确定后实施。完成配重后检查所有焊缝及连接螺栓，千斤顶液压管、油泵等符合要求后进行拱塔竖转试转。

3.7 钢拱塔支架拆除

拱塔在千斤顶的作用下竖转离开支架20 cm时，确定竖转的牵引力大小，竖转速度，确保倒退装置受力，各个杆件受力安全的情况下，拆除支架，支架采用人工配合汽车吊拆除，拆除过程中防止切割过程焊渣掉落烫伤钢绞线。

3.8 钢拱塔竖转

启动油泵、逐级加载，通过千斤顶拉钢绞线进行竖转，在拉力达到390 t时拱塔开始竖转，竖转速度控制在0.01 rad/min以内，整个竖转用时6 h 30 min。竖转过程中设监测组对竖转状态进行测量，并实时将测量数据与线型监测单位一道进行分析，在滑靴到达上转盘位置时，先用丝杆将上滑靴与反力架临时固定，确保安全后解除上下滑靴约束，继续用千斤顶拉动上滑靴，竖转角度达到设计角度后，检查滑靴的位置并进行拱塔轴线、高程、应力等监测，确保拱塔空间位置满足设计要求，锁紧丝杆完成竖转。拱塔竖转示意图见图3。

3.9 钢拱塔平转及合龙

平转采用Ⅱ级天窗点进行施工，平转前检查平转滑道、钢绞线、液压油泵、千斤顶等满足要求后，两侧拱塔同时平转。启动油泵，逐级加载，实时监测，当力达到32.6 t时开始转动，由于两侧平转角度不一样，最大平转角度为112°，平转速度控制在1.2°/min,在天窗点110 min内完成合龙，将事先安装在拱塔上的防护棚架进行固定，确保防护棚架居中。人在防护棚架完成精调后焊接合龙。拱塔合龙示意图见图4。

4 结语

异形拱塔低位竖转+平转施工的关键在于竖转中心在不断的变化，邻近营业线，安全风险高，通过自主研发的低位竖转+平转体系、强有力的技术数据分析、有效的应用线型监控、应力监测是确保拱塔整个过程中的安全和线型符合要求的关键。为跨越营业线施工、场地受限的环境下桥梁施工提供宝贵的经验，确保了桥梁施工的质量、安全和进度。