乌龙江特大桥门式墩钢盖梁上跨既有线拼装施工研究

宋宾磊

(中铁十八局第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

随着国内交通事业的不断发展完善，桥梁工程施工技术也在不断提高。现代交通线路纵横交错，在实际施工中难免会遇到跨越既有线路的情况，这时如何在不影响既有线路正常运行的情况下安全高效地完成桥梁拼装施工是重中之重[1]。本文结合乌龙江特大桥上跨既有线钢盖梁拼装施工对此问题展开详细论述。

1 工程概况

乌龙江特大桥是福平铁路FPZQ-1标段的重点控制性工程，其长度为739.9 m，主跨为432.0 m，该桥是我国首座高低塔不对称铁路斜拉桥。且乌龙江特大桥为门式墩钢盖梁设计，采用插入式连接，门式墩钢梁跨径(墩柱中心距)为29.3 m，钢梁采用箱型截面，梁高2.8 m，宽度3.0 m。钢柱截面同为箱型，尺寸3.8 m×3.0 m。门式墩钢梁顶板全长33.1 m，底板全长33.2 m。单个钢盖梁总重3#门式墩267.8 t，4#门式墩276.1 t，单个钢立柱重51.9 t，需单独吊装的钢盖梁重185 t。门式墩与既有线呈90°夹角，且3#、4#门式墩吊装施工在相对于杭深线福州南至福清区间影响K885+710-K885+810上下行，门式墩与既有铁路线关系如图1所示。

图1 门式墩与既有铁路线关系图

2 施工的重点及难点

工程上跨既有铁路线(杭深线)，该线路的行车速度快且密度比较大，天窗作业时间有限，再加上门式墩与既有铁路线距离比较近，施工空间小，钢盖梁重达185 t，跨径达29.3 m，自重大，跨径长，吊装施工风险高，安全控制工作难度大。

钢立柱和门式墩上的预埋法兰为焊接及螺栓连接，对吊装就位的精度要求高，无形中也增大了吊装难度[2]。

3 拼装施工过程

3.1 钢盖梁制作

乌龙江特大桥3#门式墩及4#门式墩的钢盖梁均采用分段预制，即将钢盖梁分为3个阶段进行预制生产，横向分为2个块体、立柱预埋段分为2个阶段，具体见图2、图3。该项目的钢盖梁主要组成内容包括顶板、底板、腹板、纵肋、加劲板及支座垫板等。为了确保钢盖梁的制造质量及几何精度，采取了分单元制造，并用机械对主要零件的焊接边缘进行加工处理[3]。并对各零件外露的边缘做了精密切割，控制主要零件的表面粗糙度≤25 μm，且不能有崩坑；次要零件的表面粗糙度≤50 μm，允许1 000 mm长度范围内出现1处1 mm的崩坑；塌角圆角半径≤1 mm；切割面垂直度≤0.05倍板厚，且不能超过2 mm。

图2 3#门式墩节段划分图

图3 4#门式墩节段划分图

3.2 钢立柱安装定位施工

钢立柱和承台采用预埋螺栓方式进行连接，螺栓直径为60 mm，预埋螺栓布置情况如图4所示。因为预埋式地脚螺栓需在钢盖梁吊装施工中动态进行，钢梁标高及轴线控制难度大，所以在预埋螺栓的同时，也用钢板钻孔以对螺栓进行定位及控制，定位钢板的钻孔直径为64 mm，并配有相应尺寸的垫片，以便调整定位钢板满足施工要求[4]。接着在预埋螺栓定位钢板底部用砂浆找平，并在每块定位钢板上设有4个角点，以便在安装定位钢板过程中用水准仪及水平尺进行标高控制。此外，在墩顶预埋环形钢板外缘设置8处限位卡板，卡板内缘形成杯口形式，另设8根2.5 m长的20型钢埋于墩柱内，钢梁立柱就位时通过此装置结合链条葫芦、千斤顶、撬棍等进行精调、定位。待钢构件就位后将两钢板对齐，采用预埋螺栓拧紧与焊接固定形式，钢柱腔内利用小型钢、钢板与钢柱焊接，起到临时固结的作用[5]。

图4 预埋螺栓布置示意图

3.3 吊装施工

3.3.1 吊装准备

1)因为此次吊装作业吨位比较大，达755 t(即吊装工况自重(含配重等)557 t+钢盖梁)，对地基承载力要求高，不小于190 kPa。所以，提前用挖掘机将施工范围内表层杂土及部分沟渠填实，并采用振动压路机振动碾压，又用C20混凝土对地面做了硬化处理，厚度为20 cm，以确保450 t履带吊吊装作业要求。同时，为了减小吊装时的对地压强，在现场放置6块厚3.0 m、长6.0 m、宽1.5 m的路基箱。

2)在杭深线下行侧搭设长40 m、宽15 m的钢盖梁拼装平台，将预制好的钢盖梁及钢立柱运至现场，并用200 t汽车吊卸到指定位置。

3)检查钢立柱、钢盖梁、吊耳、支座等构件的质量，确保尺寸合适、预埋孔位置准确[6]。

4)吊装设备就位，即将450 t履带吊安装就位，并检查吊机性能及各类吊具质量，确保其均符合吊装工作要求。

5)因为此上跨既有铁路线吊装施工可用的天窗时间有限，所以对各工序用时做了严格的计划安排。具体如下：停电封锁施工命令下达(2 min)→防护、挂设地线同步完成钢立柱底座的挂索等待起吊(10 min)→钢立柱底座起吊旋转(30 min)→钢立柱底座螺栓孔对位调整(55 min)→安装钢立柱底座螺栓螺帽进行立柱固定(20 min)→钢盖梁(钢立柱)焊接固定检查(20 min)→拆除卸扣(30 min)→吊机大臂旋出(20 min)→撤销接地线、线路检查、防护人员撤离、销记(13 min)，共计180 min。

3.3.2 现场吊装施工

该项目中，门式墩为整体制造结构，钢立柱为单独制作，待对门式墩、钢立柱做质量检测及防腐处理达到设计要求后，运到现场，用200 t汽车吊进行前期组装，用450 t履带吊进行3#、4#门式墩钢立柱及钢盖梁的各节段拼装，且是从线路左侧进行吊装。钢盖梁在工厂分段预制，现场拼装后利用铁路封锁点时间分别进行立柱及主横梁吊装就位[7]。右侧立柱3#墩、4#墩从左侧上跨既有线路吊装4 钩，占用4 个天窗点，3#、4#主横梁各吊装1 勾共占用2 个天窗点，吊装完成共需6 个天窗点。具体吊装施工工艺如图5所示。

图5 吊装施工工艺流程

1)试吊

为了确保吊装施工的质量及安全，正式吊装作业前，用主钩按最不利工况对钢立柱及钢梁进行试吊，以检验吊装作业指挥系统、地基承载力、吊机性能、索具等是否满足实际吊装施工要求[8]。实际试吊时，在钢梁四角设置缆风绳，并安排专人进行牵引，再由吊装指挥人员指挥吊车缓慢起吊，并在离开胎架0.5 m 时暂停，由安全负责人对履带吊各工况仪表、吊钩、钢丝绳进行检查，技术负责人对钢梁吊点处变化情况进行检查。均无异常情况后，450 t履带吊往吊装站位方向移动不少于2 m，将履带吊大臂旋转至吊装工况角度停吊，检查各工况是否正常，确认无误后由指挥人员下达下落指令，试吊完成，落梁采用方木支垫牢固。

2)钢盖梁吊装

第一步：布置吊机。根据各墩与既有设备接触网立柱和回流线的位置关系，进行吊机布置，保证吊机满足最小的作业半径和臂长，履带吊位于3#、4#门式墩承台间的处理后的地基面上，履带吊机中心离门式墩中心距离为15.5 m，履带吊机中心离门式墩柱边距离为12.0 m，距门式墩承台6.3 m，吊机臂长54.0 m。钢盖梁采用两吊索的夹角为60°。吊点最大高度：43.1 m(其中13.7 m为地基面至钢箱梁上平面距离；16.4 m为钢箱梁上平面至吊钩距离；13.0 m为吊钩至吊臂顶点安全距离)。吊装4#门式墩右侧接柱及3#、4#门式墩钢盖梁时履带吊需要在外侧站位利用超起工况将钢梁吊起，然后利用起重臂在吊车侧位缓慢行走(速度控制在0.20 km/h以下)至安装站位，行走距离10 m。

第二步：杭深线上行侧钢立柱吊装。考虑到吊装施工中易受到沿线接触网电杆及门式墩立柱影响，实测接触网杆高度为11.5 m，为确保施工安全，则需将吊物在旋转至就位处正上方前吊至离接触网顶13 m处，因此，设定450 t履带吊吊装半径为30 m，主臂长54 m、额定起重量 74 t。下达线路停电封锁命令后，先是用450 t履带吊对4#墩杭深线上行侧钢立柱底座进行第一吊吊装，即用450 t履带吊将4#墩杭深线上行侧钢立柱底座缓慢吊离地面，待钢立柱底座到达指定位置后，并顺时针缓慢缓慢下放就位，拧紧固定螺栓将钢立柱底座安装牢固(见图6)。按照同样的方法将4#墩杭深线上行侧钢柱、3#墩杭深线上行侧钢柱吊装到位，并安装牢固。

图6 4#墩钢立柱第一吊吊装示意图

第三步：杭深线下行侧钢立柱吊装。这一步吊装施工为邻近既有线施工，不需要上跨既有线吊装。3#墩、4#墩左侧(下行线)钢立柱每个墩1吊，下行线钢立柱完成吊装共需要2吊。因此设定450 t履带吊按照吊装半径为12 m、主臂长54 m、额定起重量185 t进行吊装作业。先是将3#墩杭深线下行侧钢立柱吊至承台上，并顺时针缓慢下放就位(见图7)。然后按同样方法将4#墩杭深线下行侧钢立柱吊装就位。

图7 3#墩杭深线下行侧钢柱吊装示意图

第四步：钢盖梁吊装。由于3#及4#钢梁重达185 t，吊钩、钩绳、吊索具、吊耳共重9.8 t，吊装作业难度大，为保障吊装施工安全，设定450 t履带吊按照160 t 尾部配重、40 t 中心压重、16 m 超起半径、250 t 超起配重、18 m 作业半径、主臂长42 m、额定起重量303 t进行施工。即先是将钢梁吊离地面0.5 m，并吊至临时台座上，待钢梁稳定后，再次起吊至钢梁底部越过侧墩，再顺时针将钢梁慢慢回转对准位置，并缓慢下放梁体。待钢梁降落至距支座500 mm处停止下放，等钢梁稳定后再继续缓慢下放，并安排专业技术人员辅助梁体准确就位。然后检查钢梁和支座之间是否密贴，若没有密贴，可用厚度1 mm或2 mm等钢片垫实，同时安排技术人员焊接地钢筋[9]。钢盖梁吊装示意图如图8所示。

图8 钢盖梁吊装示意图

3.4 现场焊接固定

待钢盖梁吊装就位后，在钢柱顶部焊接作业平台对钢横梁及墩顶上支座钢板进行高空焊接，并在钢立柱端口上顺纵向方向设置4块限位钢板，以起到临时固结的作用[10]。安排4名焊工按单面坡口(坡口45°)进行焊接，焊接方式为富氩混合气体保护焊，反面设有钢衬垫。同时，为防止焊渣掉入既有线内，提前在钢立柱四周用钢管+竹胶板设置了围挡。焊接完工24 h后，且外观检验也合格之后，用超声波进行了质量检验，均达到Ⅰ级质量标准。

3.5 摘钩

待钢盖梁与门式墩牢固连接后，由现场负责指挥架梁施工的人员下达摘钩命令，然后450 t吊机缓慢收好绳并转臂。

3.6 清理现场

现场施工人员都完成负责的施工任务后，对现场进行清理，并离开高空作业平台，将吊机等施工移至指定地点。

4 结论

1)乌龙江特大桥右线3#、4#门式墩钢盖梁上跨既有线工程，通过应用450 t履带吊+200 t汽车吊、钢盖梁分段预制、分段吊装、合理利用天窗时间等措施，有效解决了繁忙、复杂、拥挤环境下的大跨度、大质量门式墩钢盖梁拼装施工难题，3#、4#门式墩钢盖梁吊装施工均控制在了180 min内完成，为整个乌龙江特大桥项目高效优质建设完工奠定了坚实基础。乌龙江特大桥作为我国首座大跨度四线铁路高低塔混合梁斜拉桥，其建成通车有着里程碑式的意义。

2)当在桥梁工程施工中遇到跨越既有线的情况时，相关施工人员必须要深入现场调查和掌握好既有线行车密度、现场环境等，再结合桥梁实际情况及工期要求，制定可行的施工技术方案，合理利用天窗时间，尽可能减小对既有线正常运行的影响，并根据施工流程规范施工，严格控制施工过程质量及安全，促使桥梁工程最终取得预期的效果及效益。