上跨多条既有线钢箱梁桥高墩位转体施工技术与实践

赵雪强

[摘  要]：某2×120 m钢箱梁转体桥上跨6条既有铁路，根据工期和施工现场等具体情况，对钢箱梁钢管支架进行了设计，采用支撑格构式管桁架，设计出了拼装、滑动、移动兼滑动3种支架形式。为最大程度减小倾覆风险，防止对铁路营业线造成安全风险，基础形式采用系梁桩基连接形式增强支架整体稳定性及抗倾覆性，并对支架的施工要点进行了分析和总结，为以后类似施工提供借鉴。

[关键词]： 钢箱梁; 转体桥; 支架设计; 支架施工

U445.465B

随着基础设施建设的发展，钢箱梁及转体施工技术在既有线铁路方面已非常成熟，但在邻近既有铁路及市政道路等复杂环境下的施工技术和设计方面存在很大提升空间。本文以青岛市新机场高速连接线（双埠—夏庄段）工程为背景，结合现场复杂环境，设计出了符合工程实际的支撑式格构管桁架。Symbol`@@

1 工程概况

本工程以青岛市新机场高速连接线（双埠—夏庄段）工程2×120 m钢箱梁转体桥为研究对象，桥左幅5#主墩位置处于青荣城际铁路与机场专用线间，中心距青荣城际铁路栅栏为18 m，距机场专用线坡脚仅为12 m，支架范围南北向需跨过交通繁忙下穿铁路桥的仙山西路，再往北需跨过铁路集水房一处，东西向侵占机场专用线路基约1 m。右幅2#墩位置位于安顺路西侧边缘，地下管线复杂交通繁忙，同时支架南北向也跨过仙山西路，向北延伸支架范围有20×10 m的投影落在白沙桥上。考虑结构构造、运输条件、吊装要求，施工工期等因素，左右幅钢箱梁采用横向分块方案，板单元发运至现场后，先在桥位拼装胎架上总拼，之后吊装至支架上进行环缝连接。

总体施工方法：左幅采取支架法小节段吊装，桥上连接;右幅小里程S5/S6/S7 3段采取在S4位置吊装，小节段连接成整体后，整段滑移，其余梁段采取支架法小节段吊装，桥上连接的方式。

2 施工方案

2.1 支架形式

在桥位处搭设支架，支架形式分为：拼装支架、拼装兼滑移支架、滑移支架3种（图1～图3）。

拼装支架由下至上采用扩大基础+478 mm钢管+HN700×300 mm分配梁+273×6.5 mm小立柱组成，设置于钢梁纵向分段环口处（图4）。其中为合理避让铁路泵房，左幅小里程S6、S7处支架跨度加大至25 m（此处采用二拼一方式进行吊装，再进行桥上连接）（图5）。

右幅小里程S4处设置拼装兼滑移支架，由下至上采用扩大基础+478 mm钢管+HN700×300 mm分配梁+273×6.5 mm小立柱组成，最大跨度为7.5 m（图6）。

右幅小里程S7/S6/S5在拼装兼滑移区吊装并完成环口焊接后，通过钢梁底部滑道及滑块，利用滑道侧面设置穿心千斤顶及反力座，拖拽钢梁，滑移至设计位置。

左幅小里程S5与S6梁段跨越铁路泵房，此处支架间距加大至25 m，采取二加一拼装，整体吊装方式。

2.2 支架基础形式

一般位置基础采用系梁桩基连接形式增强支架整体稳定性及抗倾覆性，最大程度减小倾覆风险，防止对铁路营业线造成安全風险。基础桩基采用200 mm×200 mm，桩长设计为7 m的混凝土预制方桩，桩顶伸入系梁15 cm，临时钢管支架通过16 mm厚钢板系梁顶部预埋钢板与基础连接为整体，预埋连接钢板的锚固25 mm钢筋长度埋入桩基500 mm。

承台处钢管立柱采用扩大基础预埋600 mm×600 mm×15 mm钢板，钢管立柱与基础预埋钢板焊接连接，钢管立柱基础直接浇筑在承台上。

2.3 基础施工

铁路内地质条件较差，表面是松软回填土，地下水位较高，因此除主墩利用承台、防护桩冠梁及安顺路上采用扩大基础外其余全部采用混凝土预制方桩基础[1]。

施工前先采用220挖机平整场地，挖除原积水坑中的淤泥，换填合格填料，逐层压实，场地全部平整完成后，准备施工混凝土方桩。

本工程采用200 mm×200 mm C30混凝土预制方桩，单桩长9 m，纵横向间距2.5 m。承台施工时，在顶部钢筋绑扎完成后，及时放置预埋钢板与顶部钢筋焊接在一起，混凝土施工时要检查钢表面是否水平。

2.4 支架安装

2.4.1 钢管安装

钢管立柱采用直径478 mm钢管柱（壁厚8 mm），钢管安装前，先用全站仪对平面控制点位置进行精确放样[2]，考虑本项目为涉铁施工，距铁路线较近，为大幅度减少空中焊接作业量，同时为避免整根钢管柱长度过长（15～22 m）使吊装过程中存在倾覆风险，对铁路营业线存在安全隐患，因此钢管柱安装拟采用将一组支架划分为多个节段的形式进行分段吊装后再进行整体空中连接，将钢管连接系在地面与临时支架连接成形，做成2.5 m×2.5 m×6 m的格构式标准节。钢管柱分段制作并通过连接系连成标准整体段，整体段高度4.5 m（标准钢支架有4.5 m、3 m、1.5 m、1 m、0.5 m的调节段）[3]。

钢管柱支架节段采用吊车进行吊装（吊车站位要考虑大臂方向远离青荣城际和胶济客专方向），考虑单节段重量较轻（节段重约2.1 t），可在单节段每个支架外边缘设置一个小型吊耳，用吊车副钩进行提升及定位，保证支架节段定位的准确性以及空中连接的稳固性[4]。格构式钢管支架全部采用栓接，安装步骤是首先调平安装好支架底节，考虑本项目钢管支架高度较高，人员安装时可通过钢管上的爬梯进行逐节安装（图8），安装时人员应佩戴好安全带，站稳后挂上安全带方可施工。

吊装完成后，选择在S 0块附近利用现有钢箱梁支架安装安全爬梯，人员经过支架顶部横梁进入钢箱梁内。

2.4.2 顶部横梁

支架顶部横梁，即在支架立柱钢管顶端设置一组双拼HW300×300 mm型钢，必要时翼缘边两侧需用10 mm以上钢板加强，间隔为1～2 m，作为钢梁的小立柱支承搁置点。

2.4.3 小立柱支架

在支架顶部的横梁上设置小立柱支撑，为了调节钢箱梁底部支撑点的高度，一般高度控制在0.4 m以内。在钢管格构柱支架全部架设完毕后，支架顶部横向设置一根通长的钢横梁，水平方向搁置。钢横梁作为钢梁搁置的承重横梁，和支架焊接固定牢固;然后在工字钢横梁上安装焊接小立柱支撑（273×6.5 mm无缝钢管）。

2.4.4 安装小立柱及滑道梁

在钢管柱和横梁安装完毕并经过检查验收合格后，焊接横梁上小立柱。

滑道梁制作工艺同横梁制作，需将HN700×300 mm型钢满焊合格后进行分段吊装，并与横梁连接。连接完成后测量人员需现场对滑道梁标高和位置进行复测，如有问题及时校正。

3 钢管支架设计

本工程的临时支架采用的是支撑格构式管桁架。钢管主要采用478×8 mm螺旋钢管，本工程桁架钢管、立柱钢管、各节点板、支座垫板均采用Q235B结构钢，除图中注明外，未注明的所有结构加勁板、连接板厚度均为16 mm，结构用钢材应具有抗拉强度、屈服强度、伸长率和硫、磷含量的合格保证[5]。钢结构构件制造时对于主要的构件及接点应进行放样校正，在能正确反映本设计技术要求的前提下，决定其相关尺寸;钢结构的制作安装单位必须具有必要的设备条件和人员技术条件，具有完备的质量保证体系，以保证工程进度及施工质量[6]。

支架结构传力途径为：立柱（滑道梁）—横梁—钢管立柱，所有荷载由钢管立柱直接传递至支架基础。支架基础一般位置采用预制桩基础，其中在主墩承台4组支架通过预埋钢板与承台或冠梁进行连接。每组支架立柱间设置Z向连接系，采用L120×10 mm角钢，保证支架的整体性及横向稳定性。每排钢管支架顶部横桥向放置双拼HN300×300 mm型钢作为分配梁，拼装区上部通过273×6.5 mm小立柱与钢箱梁连接，滑移区分配梁上方设置双拼HN700×300 mm滑道梁。支架与系梁顶预埋钢板并焊接好，钢板上放置分配梁H型钢，H型钢上放置调节小立柱。

4 支架验算

4.1 有限元模型的建立

拼装区：吊装S0段钢箱梁时，重力转化为节点荷载作用在工字钢分配梁上，再由工字钢传递到立柱上。通过结构分析、计算确认临时施工支架结构在使用条件下的强度、稳定及变形等能否满足预定的功能，达到安全、适用的要求[7]。模型说明：采用MidasCivil建模，各杆件采用空间梁单元模拟，构件材材料采用Q235，截面与设计图纸相同。根据结构支承条件，假定立柱的柱脚不发生沉降，按固结处理。

滑移区：钢梁在双拼HN700×300 mm型钢滑道上进行纵向滑移，立柱纵向间距有2.5 m和5 m 2种形式，当滑移支点位于5 m跨径中间时，滑道受力最不利，当滑移支点位于钢管正上方时，单根钢管受力最不利。因此计算滑移支架结构时，选择纵向6根3组支架，前滑移支点位于5 m跨中，后滑移支点位于钢管正上方的最不利状态进行计算[8]。钢梁荷载下支点模型如图9所示。

4.2 验算工况和结果

拼装区支架工况：0#段为整个钢箱梁最大重量的节段，是支架理论受力最大位置，按此处钢梁吊装计算拼装支架结构。

滑移区支架工况：左幅小里程S7—S5段处于水中，钢梁安装需采用拖拉法进行施工，钢梁吊装至支架上后，单个节段组焊完成，采用拖拉千斤顶分节段拖拉至理论位置，所需拖拉节段中S5节段单重最大，为253.6 t，每个节段下设置4个滑移支点，单个支点受力最大按照1.2倍偏载考虑，则单个支点最大受力76.08 t钢梁与滑道间滑移面采用MGE滑板与不锈钢，理论摩阻系数为0.03，施工时按照不利状态0.1倍摩阻力考虑，则滑移阻力约25.4 t，每组支架所受摩阻力2.54 t。

结果分析见图10、图11。

（1）钢管立柱在组合风荷载工况下，强度、刚度、稳定性满足要求。

（2）支架横纵向连接最大竖向位移为7.1 mm，大于规范要求的 6.25 mm，简单分析可知，此处为钢管连接处节点，施工之前先采取支架预压，便可消除此部分变形。

（3）水平方向最大位移为36 mm，表明风荷载作用下对支架的影响在规范允许范围内，考虑青岛地区处于多风地带，且钢箱梁的吊装焊接，正好是在夏季多风地带，可在迎风面添加适当的连接增加刚度。

5 结论

本文以2×120 m钢箱梁转体桥为研究对象，为克服涉铁钢箱梁转体桥工期紧和在铁路间施工的安全问题，对钢箱梁转体桥临时支架3进行了专项设计，通过拼装支架、滑道支架、拼装和滑道支架3种支架作为支撑，用龙门吊对钢箱梁进行分段吊装，能大幅度地节约时间，保证施工的安全性。在支架安装上，对基础施工、钢管安装、顶部横梁安装、小立柱和连接系、小立柱和滑道等部分的施工要点做了系统阐述和总结，为相同情况下的临时支架设计和施工提供借鉴。

参考文献

[1] 胡永生. 公铁合建段公路大跨度钢箱梁施工技术[J]. 桥梁建设，2010（44）：2.

[2] 张连海. 顶推法施工桥梁[J]. 北方交通，2012（7）：52-55.

[3] 周外男. 铜陵公铁两用长江大桥主桥施工关键技术[J]. 桥梁建设，2014， 44（4）：1-8.

[4] 陈鸣，吴启和，罗承斌，等. 苏通大桥钢箱梁吊装专用设备研究与应用[J].中国工程科学，2019（33）：6.

[5] 汪劲丰， 张良， 向华伟，等. 城市钢箱梁桥横向分块施工分析[J]. 桥梁建设，2017， 47（1）：109-113.

[6] 李俊. 大吨位钢箱梁段在城市复杂环境下的运输与安装施工技术研究[J]. 铁道建筑技术，2017（6）：34-35.

[7] 王行耐等. 钢箱梁大节段安装临时支架空间状态分析[J]. 铁道建筑技术，2009（9）：19-20.

[8] 薛芳. 钢箱梁临时胎架结构验算与安装[J]. 铁道建筑技术，2016（2）：25-28.