高速鐵路大跨度連續梁拱橋梁施工控制技術

龔軍平 陳 強

(1.中鐵三局集團華東建設公司，江蘇南京 211135;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

國外20世紀30年代已建成有跨度100 m以上的鋼管混凝土拱橋，但此類橋式在我國的發展歷史并不長［1，2］。近年來鋼管混凝土拱橋發展非常快［3］。高速鐵路中應用在近幾年才剛剛出現，眾多學者對系桿拱橋施工監控曾進行了較多的研究［4-8］，但對大跨度連續梁拱橋的施工控制研究還很少。

1 工程概況及施工方案簡介

京滬高速鐵路鎮江京杭運河特大橋主跨為(90+180+90)m的連續梁拱，是目前世界上300 km/h及以上高速鐵路中最大跨度橋梁，也是國內鐵路同類橋梁中的最大跨度。主梁為單箱雙室變高度箱形截面，中支點梁高10 m，矢跨比為1∶5，拱肋橫截面為等高度啞鈴形截面，鋼管直徑1.1 m，鋼管及綴板內澆筑微膨脹混凝土，兩榀拱肋底部橫向中心距11.9 m，兩榀拱肋間共設9道橫撐。全橋共設18組雙吊桿。本橋采用先梁后拱法施工，即先用懸灌法澆筑連續梁，然后拼裝拱肋、對稱泵送拱肋內充混凝土，最后安裝吊桿并張拉。橋梁總體布置見圖1。

2 施工過程仿真分析模型

橋梁施工過程仿真分析采用MIDAS/CIVIL2006，為了更準確的模擬施工過程，計算采用多個模型完成。主梁懸臂灌注施工模擬主要采用梁單元模型。連續梁成橋后，為了準確獲得后續施工階段主梁的局部應力狀態，采用實體單元來模擬主梁，拱肋鋼管采用梁單元模擬，進行鋼管內混凝土灌注加載分析。吊桿張拉控制力優化計算采用實體元——鋼管混凝土組合梁單元—拉壓桁架單元組合模型模擬。多個計算模型的結果進行疊加，獲取準確的結構應力及變形狀態。

3 主梁施工過程分析與控制

3.1 主梁線形實測結果分析

根據各階段線形實測結果及與理論標高對比分析，319，320墩側的主梁標高變化基本相同，合龍條件較好。梁體各階段的理論標高與實測標高基本吻合，最大偏差均小于15 mm。連續梁成型時，邊跨理論標高與實測標高差值均小于10 mm，中跨最大差值－12 mm。連續梁成型質量良好，圖2，圖3為2個主要施工階段的理論與實測線形對比曲線。

圖1 （90+180+90）m連續梁拱橋梁布置圖

圖2 主梁合龍后理論標高與實測標高對比曲線

圖3 橋面系荷載施加后的理論標高與實測標高對比曲線

3.2 主梁應力測試結果分析

經對主梁各階段應力變化及累計應力理論值、實測值對比分析，各截面應力變化與理論應力變化接近，合龍前319，320墩側實測上緣應力均略小于理論計算值，絕對差值約1.3 MPa，下緣應力略高于理論值，差值約0.8 MPa。連續梁成橋時，各測試截面的理論應力與實測應力較為吻合，除5號截面底板應力相差約2.33 MPa，8號截面底板應力相差2.11 MPa，其余各截面應力均較為吻合，連續梁成型質量良好(見表1)。

4 鋼管混凝土拱肋、吊桿張拉及二期恒載施工過程控制

4.1 拱肋骨架標高控制測試及分析

拱肋拼裝完成后的各工況加載過程中，拱肋受荷載作用逐漸下撓，二次荷載施加后，拱肋頂下撓量最大約137 mm，考慮到拱肋加工預拱度為130 mm，成橋后的拱軸線與設計拱軸線相差不足10 mm，拱肋成型質量良好。

4.2 拱肋鋼管應力測試及分析

表2為一肢拱肋理論及實測平均應力。可以看出，截至吊桿力二次調整完成時，南、北肢拱肋平均實測應力接近，并與理論應力較為吻合，拱肋的應力狀態良好。

表1 連續梁成橋時累計應力實測值與理論計算值 MPa

表2 成橋時拱肋各截面平均應力理論與實測對比 MPa

4.3 鋼管拱施工過程中混凝土梁應力測試及分析

分析從拱肋拼裝至成橋各階段測點應力及頂底板平均應力變化。拱肋支架施工過程中，主梁頂、底板的應力變化最大約2 MPa，梁上拱肋拼裝用鋼管支架拆除后，主梁應力基本上恢復至連續梁成型時的應力狀態。鋼管混凝土灌注對梁體的應力狀態影響較小，實測應力變化均比較小。吊桿張拉及調整階段，主梁跨中底板壓應力平均變化為3.71 MPa，－1.65 MPa，其余截面應力變化比跨中稍小，其他各階段主梁的應力變化均比較小。從表3可看出，主梁各截面的實測應力與理論應力基本接近，最大相差約2.5 MPa。除了邊跨跨中和主跨跨中頂底板應力差值約4 MPa外，其余截面頂底板應力相差均比較小，基本上呈軸壓狀態。

4.4 吊桿力的控制

吊桿張拉力采用了優化計算模型，一次張拉，成橋后，對吊桿力進行最后一次調整，全橋的吊桿內力較為均勻，平均約300 kN， 吊桿力的差值控制在50 kN之內。

表3 主梁各截面測點應力及平均應力變化 MPa

5 結語

全橋施工過程仿真分析給出了準確的線形和應力控制數據，提高了大跨度連續梁拱組合結構的變形控制精度，保證了連續梁的線形和應力狀態滿足施工過程及成橋運營階段的要求。可為今后同類橋梁施工控制提供借鑒。

［1］ 丁大均.我國拱橋建設屢創輝煌［J］.橋梁建設，2000(1)：63-68.

［2］ 邰扣霞，張佐安，丁大均.我國鋼管混凝土拱橋建設［J］.橋梁建設，2007(4)：65-69.

［3］ 江旭東.確定系桿拱橋吊桿初始張拉力方案及施工控制［J］.上海公路，2008(1)：37-39.

［4］ 王治均，李年維，沈超明，等.鋼管混凝土剛性系桿拱橋施工監控技術［J］.施工技術，2010(10)：63-66.

［5］ 陳 強，李家奇，栗 勇，等.尼爾森吊桿體系系桿拱橋施工過程控制［J］.鐵道建筑，2010(11)：1-4.

［6］ 張益多，鮑麗麗，張國云，等.京滬高鐵跨錫北運河系桿拱橋施工監控［J］.江蘇科技大學學報(自然科學版)，2011，25 (3)：214-218.

［7］ 王 君，楊振偉，王高彥.高速鐵路大跨鋼管混凝土提籃式拱橋施工監控［J］.橋梁建設，2011(6)：82-88.

［8］ 張益多，鮑麗麗，李年維，等.京滬高鐵96 m系桿拱橋施工過程有限元分析［J］.江蘇科技大學學報(自然科學版)，2012，26(1)：18-22.