城市高架体系临时支撑的选型与布设分析

唐海峰

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，哈尔滨 150000）

城市高架体系作为城市交通设施的重要组成部分，为人们的交通出行提供了极大的便利，但是由于城市高架桥往往建立在交通网线复杂、城市繁华路段等原因，其现场施工存在着很大的难度，针对这一问题，很多学者作了相关研究。武晓霞[1]与曹倩楠[2]首先对高架桥下空间利用进行了分析研究，作为高架体系建设前的技术分析，为现场施工提出了一些宝贵的建议，郑建文[3]则针对城市高架桥项目给出了一种无支架施工技术的研究与分析，为不同结构形式的高架桥提供了施工参考，袁炼等[4]通过对城市高架实际案例的分析，给出了吊装施工方案里技术参数的选择与确定方法，岳粹歌[5]同样也研究了城市高架的吊装施工技术，对关键环节进行了总结，具有一定的参考意义，谢飞峰等[6]与周正海[7]都对城市高架桥施工中支架体系的应用进行了分析，给出了一些建议供参考。

1 工程概况

1.1 工程简介

该高架体系为某城市环路与城市主干路交叉城市立交工程，是完成2 条快速路转换的枢纽型立交高架体系，该工程远期目标为8 个转向的全互通定向立交，本期实施东向北、东向南2 条出城方向的匝道桥工程，环节主干路的交通压力情况，如图1 所示。结合高架桥自身结构特点及施工现场的环境要素，拟将六联钢箱梁划分为制作分段133 段，合计总重为3977 t，单段钢箱梁最长为26.6 m、最宽4.9 m、最高3.033 m 及最重65 t。

图1 施工现场平面布置图

1.2 施工难点

施工现场位于该城市的主干路与环路快速路交口，属于城市经济繁华路段，每日人流量及车流量极大，拟建场地现状为主干路既有高架桥、环路快速路及其辅路，道路两侧有居民区、大型超市、宾馆、商铺及商务办公楼等，在实际施工中周围建筑及设施对现场安装影响较大。另外环路为道路箱涵无法站立吊车，新建匝道需要跨越既有高架桥，吊装空间狭小，部分道路在施工过程中无法断交，焊接工作对周围环境影响较大等。基于这些复杂的施工条件，在做施工准备时，需要考虑临时支撑的选择，布设情况及吊车型号、数量的确定，是施工中的难点重点。

2 临时支撑的选型及布设

2.1 临时支撑的选型

施工现场按空间层次分为2 部分，一部分为跨越主线高架与环路，另一部分为地表施工部分，根据其空间层次特点进行临时支撑的选择。经分析，跨越道路部分考虑选用3.0 m×3.0 m 门式支架形式，地表施工部分采用并列格构式墩柱支架，根据荷载情况，格构式墩柱支架采用1.5 m×1.5 m、2.0 m×2.0 m 2 种。

对于1.5 m×1.5 m 并列格构式墩柱支架，主管为Φ140×8 mm 的无缝钢管，斜撑采用Φ70×6 mm，横撑采用Φ63.5×5 mm，支架顶部分配梁及垫梁为2HN500×200×10×16，如图2 所示；对于2.0 m×2.0 m 并列格构式墩柱支架，主管为Φ219×10 mm 的无缝钢管，斜腹杆为Φ140×8 mm，直腹杆为Φ89×5 mm，分配梁及垫梁为HW400×400×13×21，如图2 所示。

图2 2 种并列格构式墩柱支架

对于门式支架，支架主管为Φ420×12 mm、Φ630×12 mm 的无缝钢管，斜腹杆为Φ219×10 mm，直腹杆为Φ159×8 mm，分配梁为2HN500×200×10×16，分配梁上的简支主梁为并排2 根箱型截面（500 mm×1300 mm×20 mm×30 mm）钢梁，如图3 所示。

图3 门式支架及其上部结构

2.2 临时支撑的布设

临时支架的安装受场地限制，所有支架均在工厂拼装成整体，运输至施工现场，直接安装，1.5 m 支架及2.0 m 支架采用25 t 吊车进行安装，3.0 m 支架及横梁采用130 t 吊车进行安装，图4 为门式支架的安装过程。

图4 门式支架的安装

根据计算，第一联、第二联和第三联钢箱梁中的支架承受的荷载较大，现对三联钢箱梁临时支撑的布设进行介绍。

第一联钢箱梁设计临时支撑合计10 组，其中3 组为1.5 m×1.5 m 的并排格构柱式支架，主管形式为Φ140×8 mm，标准支架高度为13 m，其余7 组为门式支架，主管形式分别为Φ420×12 mm、Φ630×12 mm，标准高度为11 m 与12 m，如图5 所示。

图5 第一联钢箱梁支架布设图

第二联钢箱梁设计临时支撑合计8 组，其中5 组为2.0 m×2.0 m 的并排格构柱式支架，主管形式为Φ219×10 mm，标准支架高度为14 m，其余3 组为门式支架，主管形式为Φ630×12 mm，标准高度为11 m 与12 m，如图6 所示。

图6 第二联钢箱梁支架布设图

第三联钢箱梁临时支撑共计11 组支架，其中6 组1.5 m×1.5 m 的并排格构柱式支架，主管形式为Φ140×8 mm，标准支架高度为14 m，5 组3.0 m×3.0 m 门式支架，主管形式分别为Φ420×12 mm、Φ630×12 mm，标准高度为13.5 m、18 m 和21 m，如图7 所示。

图7 第三联钢箱梁支架布设图

3 临时支撑的施工计算

3.1 最危险工况分析

经分析，第一联和第三联钢箱梁中的支架承受的荷载最大。在第一联中承受最大荷载的支架为3.0 m×3.0 m 门式支架（编号ES-ZJ4），其跨中承受的荷载最大为97 t，即970 kN；第三联钢箱梁中承受最大荷载的支架为1.5 m×1.5 m 的并排格构柱式支架（编号ESZJ25），其承受上部钢箱梁传递的自重荷载103 t，即1030 kN。施工活荷载约25.5 t，即255 kN；承受的钢箱梁横桥向受风面积的风荷载约1.5 t，即15 kN。

工况的选定：第一，对于支架ES-ZJ25，偏安全考虑1 列6 m+6 m+3 m 支架承受1/2 的钢箱梁自重荷载及施工活荷载，承受全部估算的风荷载；第二，对于支架ES-ZJ4 分为2 种情况，即考虑荷载在简支梁的中部和端部2 种情况。

3.2 计算结果

对于支架ES-ZJ25，通过施工模拟计算得到其最大应力为σ=143MPa≤[σ]=305MPa，最大变形u=11mm≤[u]=15mm，均满足相关规范要求，其应力及变形云图如图8所示。

图8 支架ES-ZJ25 应力与变形云图

对于支架ES-ZJ4，通过施工模拟计算分别得到最大应力为σ1=105Mpa≤[σ]=305Mpa，最大变形u1=36mm≤[u]=53 mm，最大应力为σ2=98 Mpa≤[σ]=305 Mpa，最大变形u2=21 mm≤[u]=53 mm，均满足相关规范要求，其应力及变形云图如图9、图10所示。

图9 支架ES-ZJ4 应力与变形云图（跨中荷载）

图10 支架ES-ZJ4 应力与变形云图（端部荷载）

4 结束语

该高架体系是城市交通网络系统中的重要组成部分，是惠及民生的重要工程，受到政府和人民的高度关注，施工过程要合理安排、精准规划，避免施工质量和安全事故的发生。在施工过程中，充分地考虑了现场施工条件和结构自身的条件，对临时支撑的选型和布设进行了技术分析，选定了1.5 m×1.5 m、2.0 m×2.0 m 并列格构柱支架和3.0 m×3.0 m 的门式支架系统，通过合理的布设克服了自然人文条件的限制，且通过对现场施工仿真数值模拟的应力及变形结果来看，整个施工过程安全可靠，可以保证施工的顺利进行。