鋼桁梁上跨高速公路頂推架設施工技術研討

陳 坤 上海鐵路局合肥鐵路樞紐工程建設指揮部

南淝河鋼桁梁特大橋是滬漢蓉快速鐵路引入合肥樞紐南環線的重點控制工程。該橋跨越合寧高速公路高架橋230 m，與高架橋合寧高速公路夾角 27°。橋主體結構為下承式等高度、連續鋼桁梁柔性拱橋（114.75 m+229.50 m+114.75 m），雙線鐵路，ZK活載。

1 結構特點和連接方式

1.1 結構特點

鋼桁梁主要由主桁及拱肋、鋼橋面系、縱向連接系、橋門架及橫聯、支座等組成（見圖1）。

圖1 鋼桁梁橋橫截面示意圖（單位：m）

(1)鋼桁梁采用N型三角桁架，每個節間長度 12.75 m，兩邊邊跨分別為9個節間，中間主跨18個節間；桁高15.0 m，斜腹桿傾角 40.36°；主桁由上、下弦、腹桿組成；兩片主桁中心距 15 m，雙線鐵路間距 4.6 m，道砟槽內寬 9.0 m，兩側人行道寬各1.35 m。

(2)橫聯或橋門架在每兩個節間間設置。其中邊支座及拱肋橋面以上的第一個節間處為斜向橋門架，其他位置為橫聯，邊跨上弦及中跨均為半框橫聯，橫向為兩格，吊桿中間不設置橫撐。

(3)橋面采用與主桁共同受力正交異性板整體面板，正交異性橋面板設計為復合板，在客運專線上首次采用，屬新材料，新工藝，新技術。橋面由橋面板、橫梁、次橫梁、縱向 U肋、I肋等組成，橋面板全橋縱、橫向連續，縱向與下弦頂板伸出肢焊接，橫向分段焊接。

(4)支座采用 LQZ球型鋼支座，中主墩和邊墩支座設計噸位分別為 70 000 kN和15 000 kN。

1.2 連接方式

(1)主桁間采用焊接整體節點連接，吊桿與主桁間節點采用四面對接，腹桿與主桁間節點采用插入方式連接，部分受拉較大的腹桿與主桁節點采用三面拼接，少量桿件較長、壓力較大的腹桿采用箱型截面，與主桁節點采用四面對接方式連接。上弦及拱肋縱向平聯采用 H形截面桿件的交叉式結構，弦桿及拱肋在節點外四面拼接。

(2)主桁與節點間主要采用 M30（35 VB）高強度螺栓擰固，部分用M24和M22（20 MnTiB）高強螺栓擰固。

2 鋼桁梁架設綜合技術

2.1 架設方案確定

連續鋼桁梁架設科技含量多、安全風險高，施工難度大。根據現場地質及周邊施工環境等勘查情況，為滿足安全、技術及工期的要求，經方案對比分析，確定主跨為（114.75 m+229.50 m+114.75 m）連續鋼桁梁架設施工方案為：在高速公路高架橋邊緣兩側設兩個臨時墩（圖2中L7#和L8#），鋼桁梁采用多點同步頂推施工工藝進行拼裝架設。

2.2 頂進施工法及步驟

(1)在 170#～171#主橋墩間設置6個節間連續臨時拼裝支架，拼裝導梁和鋼桁梁成整體節間。按照由主橋170#墩向主橋173#墩方向，利用連續水平千斤頂對鋼桁梁節間頂推前移，每頂推前進一個輪次，在后部臨時拼裝支架上繼續下一輪次的拼裝作業，如此循環直至鋼桁梁全部頂推就位。

(2)在鋼梁主、邊跨墩上利用豎向千斤頂和糾偏千斤頂，通過控制臺控制豎橫移動，調整鋼桁梁至設計要求狀態，安裝支座。

其主要步驟流程詳見表1、圖2和圖3。

表1 多點頂推法架設鋼桁梁主要步驟

圖2導梁通過L7＃墩引導鋼桁梁跨171＃主橋墩頂推過程示意圖

圖3鋼桁梁通過L7＃～L9＃墩跨171＃～173＃主橋墩頂推完成示意圖

2.3 頂推施工輔助設施

2.3.1 主跨臨時墩（見圖4）

(1)主跨墩間設置臨時墩目的是由于主跨 230 m南淝河特大橋27°小角度跨越高速公路，頂推架設跨度較大，需減小鋼桁梁頂推過程中的懸臂長度，保證最大懸拼長度不超過12個節間153 m的長度。

(2)臨時墩主要由樁基礎，承重立柱，縱橫聯，斜撐桿，柱腹桿，柱頂橫聯及滑道梁組成。主跨臨時墩上部結構應滿足頂推施工設備安裝和操作，下部墩身制作成"V"型結構，以避免與高速公路發生干涉而影響交通暢通。

(3)滑道梁采用箱型截面形式，滑道梁與臨時墩連接成整體，其頂面設頂推設施。

圖4臨時墩側面、立面結構和滑道梁連接示意圖（單位：㎜）

2.3.2 邊跨拼裝支架

在邊墩 1～6節間之間設拼裝支架拼裝鋼桁梁，鋼桁梁形成封閉的三角穩定結構體系高栓終擰后，焊接橋面正交異形板，按照頂進步驟逐節頂推。

2.3.3 導梁

導梁是為頂推需要而設計的，全長 102 m，前端梁高 8.5 m，后端梁高15 m，節間間距 12.75 m，橫向垂直布置兩片桁，間距為15 m，與主橋鋼梁一致。

2.3.4 滑道與滑塊

(1)鋼桁梁主桁節點支承在滑道上，為保證頂推過程中始終有一個節點支承在滑道上，滑道梁縱向長度設置為大于1.25倍節間即16 m長度；滑道裝置布置于臨時墩和邊跨拼裝支架的柱頂部，與柱頂板焊接。一個臨時墩旁設兩片滑道梁，與下弦桿中心對應。

(2)頂推過程中鋼桁架每個節點均要設滑塊抄墊。滑道從上至下的構造為：滑塊＋不銹鋼板＋20 mm底部鋼板＋滑道梁。滑道梁頂端焊接整塊不銹鋼板以減少滑動時摩擦力，鋼桁梁與滑道梁之間設MGB滑塊。MGB（上層）+不銹鋼板摩擦副，介質為黃油摻機油。

(3)滑塊采用 MGB板，MGB高分子摩擦材料是通過特殊的合成工藝制造而成的均質聚合物。既有較高的承載力，又有較好的塑性，抗壓承載力可達 25～30 MPa，抗剪能力＞30 MPa。

2.3.5 頂推設備系統

(1)ZLD250-200型頂推設備系統由三部分組成，即 ZLDK-2控制系統、ZLDB23-28液壓泵站和ZLD250-200型自動連續千斤頂，其相互間關系見圖5。

(2)其控制過程是：用行程開關作為 ZLD自動連續頂推系統的動作傳感元件，它將自動連續頂推千斤頂活塞的位置信號傳遞給主控制臺；主控制臺將獲取的信號進行邏輯組合后，再將控制信號傳遞給自動連續泵站，泵站通過電磁換向閥去控制相應自動連續千斤頂的各種動作；該系統的主控制臺以PLC可編程控制器為核心，通過增加或修改程序即可達到連續性和同步性控制功能。

圖5控制系統、液壓泵站與自動連續千斤頂關系圖

2.4 頂推過程糾偏

鋼桁梁多點同步連續水平頂推系統由ZLD250-200型頂推設備系統三部分組成，具有兩側同步、單側單動、單點單動及點動限位功能；通過調整液壓油缸兩組千斤頂不同的行程，一組千斤頂多走一段行程，另一組暫停來達到糾偏目的。調整同步后再同時多點頂推，使被頂推的鋼桁梁在允許誤差范圍內架設就位。

3 結束語

南淝河鋼桁梁特大橋中間跨度達230 m，且橫跨合寧高速公路；同時受高速公路邊界條件限制，連續鋼桁梁架設所需的輔助臨時墩緊鄰高速公路高架橋邊緣施工，架設鋼桁梁要穿越高速公路上方施工，施工作業難度大，安全防護要求高。安全控制重點要確保高速公路既有的高架橋墩穩固和高速公路安全暢通。采用多點頂進法進行連續鋼桁梁拼裝架設是本工程的關鍵控制性作業。南淝河連續鋼桁梁特大橋頂推法架設的成功實踐應用，為類似橋梁施工起到指導和借鑒作用。