下承式鋼桁梁無導梁拖拉施工技術

曾智榮 江 湧

（中鐵大橋局武漢橋梁特種技術有限公司 武漢 430074）

京滬線韓莊至利國間梁橋線路改造工程韓莊運河大橋為：1－32m簡支梁＋1－80m鋼桁梁＋1－32簡支梁，全橋長160.52m。跨老運河大橋設計為一孔80m雙線道砟橋面鐵路下承式鋼桁梁橋。鋼桁梁采用三角型腹桿體系，跨度80.0m，全長81.1m，主桁中心距11.5m，節間長4.0m，桁高12m，橋面寬9.1m。鋼桁梁上下弦桿及兩端橋門斜腹桿為焊接箱型結構，節間節點腹桿及上下水平縱聯、下部橫梁及縱梁為工型焊接結構，橋門架及中間橫聯為焊接工型結構。鋼桁梁總重為1 015.2t。

結合本橋特點及總工期安排，本橋安裝方法采用無導梁拖拉施工方案，即利用老運河橋3號橋臺后路基進行鋼梁拼裝作業，人工配合吊機拼裝鋼梁，拼裝完成后通過特殊設計的起頂點起頂鋼梁，安裝上下滑道設施，上下滑道設置在下弦桿下方。利用2臺800kN的水平連續千斤頂，按照平坡拖拉的方式，縱向拖拉鋼梁至鋼梁設計位置，利用墩頂的調整設施，調整鋼梁至設計位置，利用墩頂的臨時落梁設施，起頂鋼梁，拆除上下滑道，落梁就位，然后施工橋面系和拆除臨時支墩。

1 施工特點和難點

（1）無導梁拖拉施工，鋼桁梁懸臂較大，對鋼桁梁主體結構受力要求高，但主桁剛度較大，拖拉過程中桿件應力、變形容易控制，不需對主體結構進行加固，施工的安全性、可靠性好。

（2）上跨越老運河航道，船只交通流量大，且平行近鄰既有京滬鐵路線，施工期間不允許中斷航道通航和既有線通行，施工干擾大，施工安全要求高。

（3）鋼桁梁拼裝在路基上進行，工作條件好，拼裝質量容易保證，而且施工速度快，對航道影響小。

（4）鋼桁梁拖拉受鋼桁梁結構受力特點影響，上下滑道位置的設置要求準確。

（5）千斤頂同步性工藝復雜，牽引裝置采用計算機精確控制，提供位移和壓力雙控措施，確保鋼桁梁牽引同步和主體結構受力安全。

2 大臨結構設計

2.1 主要結構組成

拖拉系統主要由臨時支墩、下滑道及上滑道、水平牽引裝置和豎向頂升裝置等部分組成。

2.1.1 臨時支墩設計

依據施工方案，在本橋3號臺處、老運河兩側設置臨時支墩，以便于鋼桁梁的拖拉架設施工。3號臺的臨時支墩1采用鋼筋網混凝土擴大基礎、C形塔架結合既有橋臺結構進行搭設而成；老運河兩側的臨時支墩2和臨時支墩3采用直徑×壁厚＝530mm×8mm的打入鋼管樁進行搭設，鋼管樁縱向兩排，橫向間距2.0m，縱向間距1.5～4 m，其上設置縱橫分配梁。分配梁的縱梁采用2I40工字鋼，橫梁采用3I56工字鋼，下滑道梁采用D16m便梁。

鋼桁梁在拖拉過程中產生的水平推力會使臨時支墩產生較大的水平位移，影響其穩定性。為避免臨時支墩產生過大的水平位移和保證支墩的穩定性，對臨時支墩采取以下3個保證措施：

（1）將2號臨時支墩與第一排鋼管樁靠近上端2排橫撐處，采用［20a槽鋼焊接一個長方形將其套在一起以克服在拖拉過程中產生的水平拉力。

（2）將3號臨時支墩靠近上端的2排橫撐延伸至1號墩將其頂撐在1號墩墩身上以克服在拖拉過程中產生的水平推力，橫撐端頭焊接1塊500mm×500mm×20mm鋼板以增大受力面積。

（3）將2，3號支墩的橫撐設置在鋼管樁的外側并在鋼管樁交接處與鋼管樁焊接牢固，將鋼管樁包圍在內。

2.1.2 拖拉滑道設計

（1）路基部分下滑道設計。路基部分鋼桁梁拖拉滑道采用在既有路基頂面橫向按2 000mm間距設置一個鋼筋混凝土條形基礎，其上縱向鋪設鋼箱型梁構成路基地段下滑道。其中條形基礎尺寸為：長2 000mm、寬500mm、高500mm，鋼箱型梁由2根H600×300型鋼拼焊而成，鋼箱形梁上面貼3mm厚不銹鋼板，累計高度500mm＋600mm＋3mm＝1 103mm，故臺后路基填筑頂面高程為43 154mm－1 103mm＝42 051mm。

在鋼桁梁的預拼裝成型的端橫梁頂梁位置下部，對于基礎進行特殊設計，用于在鋼桁梁拼裝完成后起頂鋼梁，以安裝上下滑道便于拖拉施工。基礎部分采用鋼筋混凝土，以便安裝5 000kN的液壓千斤頂。

（2）臨時支墩部分下滑道設計。用于鋼桁梁拖拉的臨時支墩部分的下滑道，采用D16m焊接箱型便梁，箱梁高1 260mm、寬450mm，頂底板厚40mm、腹板厚10mm。為保證下滑道的剛度和穩定性，下滑道與臨時支墩橫向分配梁連接處采用I20a工字鋼進行加固處理。為了使得鋼梁順利上墩，在下滑道兩端設計成斜坡形式，并在交接處進行圓滑過渡處理，見圖1。

圖1 臨時支墩地段下滑道設計示意圖

（3）鋼桁梁上滑道設計。根據鋼桁梁結構受力特點，上滑道設置于主桁下弦桿節點下方，上滑道與鋼桁梁采用螺栓連接裝置連接，不破壞鋼梁主體結構。上滑道根據預拱度要求，通過墊板調節上滑道高度，達到上滑道底面處于同一標高上。上滑道由抄墊鋼板、連接裝置、鋼滑座、MGB滑板組成。MGE滑板具有摩擦系數小、抗壓能力強、耐磨性能好等優點［1］。

2.1.3 水平拖拉牽引裝置

鋼桁梁自重1 015.2t，采用平坡拖拉施工。采用MGB滑板＋不銹鋼板滑道方式，滑動摩擦系數取0.1，所需拖拉力為1 015.2×10×0.1×1.1≈120kN，因而在2片主桁各設置1臺800 kN的水平連續千斤頂作為拖拉牽引動力。

拉錨器設置在后橫梁上，共設2處。每處采用擠壓套錨固8根直徑15.2mm的鋼絞線束，一端同水平連續千斤頂連接，另一端固定在后橫梁上，鋼絞線采用一正一反捻布置，穿好鋼絞線后必須逐根進行預緊，以保證拖拉過程中鋼絞線受力均勻。

水平連續千斤頂設置在2號墩旁支架的反力座上，在3號墩支架設置后錨體系作為反力點以平衡拖拉力。水平連續千斤頂采用計算機精確控制，以保證頂推過程中兩側同步。

2.1.4 豎向頂升裝置

鋼梁拖拉至墩頂后，利用墩頂搭設簡易大剛度鋼構件，安裝臨時支座，再在臨時支座上安裝千斤頂。解除下滑道、分配梁等與支墩之間的聯系。

每個支墩上布置2臺5 000kN千斤頂，單端2臺千斤頂同步落梁，落梁同步率5mm。

2.2 結構計算

2.2.1 設計荷載

（1）豎向荷載。豎向荷載包括鋼桁梁自重荷載及施工臨時荷載。鋼梁荷載總計10 152kN，施工臨時荷載250kN。大懸臂工況同時考慮懸臂孔在設計風速作用下的鋼梁豎向負托舉力的不利作用。

（2）水平荷載。水平荷載考慮風力影響及縱向摩擦力，設計風壓取濟寧基本風壓800Pa，按最不利計算鋼桁梁橫向穩定性及平聯受力。水平風力及豎向托舉力均根據鐵路橋涵設計基本規范進行計算［2］。

2.2.2 計算假定

鋼桁梁及臨時結構計算按空間梁系單元結構假定。本計算采用Midas／Civil 2006結構程序軟件建模進行分析計算，按鋼桁梁拖拉過程分工況檢算。鋼桁梁和臨時結構容許應力分別按210，170MPa控制［3］。

2.2.3 計算結果

各工況主體鋼桁梁結構應力不超過88MPa，臨時結構應力不超過150MPa，強度和穩定性滿足要求。鋼桁梁32m大懸臂工況下前端最大計算撓度為－27mm，最大支反力為3 766kN。

3 施工關鍵控制技術

3.1 施工控制關鍵點

3.1.1 縱梁軸線控制

拖拉時，設置觀察點，架設全站儀對鋼桁梁中軸線進行觀測和精確的糾偏，使鋼桁梁首尾中線偏差控制在允許值范圍內，最后就位時鋼桁梁首尾中線偏差控制在允許值以內。

3.1.2 拖拉系統及設備要求

拖拉系統及設備在使用前應進行效驗，確保精度。所有的水平連續頂、豎向頂升千斤頂、油泵、油表等機具均須按施工規范要求定期標定、保養，以保證始終處于良好狀態。水平牽引裝置的錨固底座應有足夠的抗剪切和抗拉拔性能。

3.1.3 滑道施工要求

應始終保持滑道頂面清潔，使用前做超載試驗。嚴格控制滑道高程，誤差應在規定的范圍內。在逐漸向前拖拉的過程中利用鋼桁梁的自重對滑道進行預壓，按鋼管樁設計承載能力的1.2倍進行預壓。不銹鋼板橫向對接焊縫應打磨平整，拖拉施工前應在下滑道不銹鋼板上涂抹鋰基脂進行潤滑處理，以減小摩阻力。

3.1.4 鋼梁上墩

當鋼梁最大懸臂32m時，鋼梁前端最大撓度為26.8mm，撓度較小，故前端不設置特殊裝置，但為了鋼桁梁前端能順利上墩，將下滑道梁兩端做成斜坡并在交接處進行圓滑過渡處理，對上滑道MGB滑板前端進行倒角處理。

3.1.5 牽引同步控制系統

它由2臺連續頂、2個泵站、2個現場控制箱、1個主控臺構成。每個現場控制箱控制1臺連續頂。各現場控制器之間采用通信單元通信，所有檢測的壓力、位移數據及控制信號經過通信單元傳送到計算機，通過計算機處理以后將指令再反饋至各控制箱，從而達到2臺千斤頂同步作業。

3.1.6 落梁控制

落梁時，必須通過計算橋墩反力和豎向千斤頂在墩頂所占的位置和最小高度，來確定落梁豎直千斤頂的位置和最小高度。

頂梁時，墩頂用于頂升的各千斤頂應按設計要求統一指揮，均勻施力。確認鋼梁已脫離各個滑道時，可拆除所有滑道和附屬物，并安裝永久支座。由于落梁時鋼梁變形有滯后現象，故應控制千斤頂速度，保證其勻速下降，不可操之過急。

3.2 拖拉過程中線形控制和糾偏

3.2.1 拖拉過程中的線形觀測

在前方橋臺上置放全站儀，在鋼桁梁端頭兩側、梁頭和梁尾設置橫向標尺。拖拉過程中設置專人不間斷觀測主梁下撓度，同時觀測鋼桁梁的橫向偏移。

3.2.2 橫向限位及糾偏

拖拉過程中通過滑道上橫向滾輪限位糾偏裝置進行控制，見圖2。

圖2 橫向限位及糾偏裝置示意圖

為使鋼梁按直線行走，每個限位擋塊處設置專人觀察鋼梁橫向偏移趨勢，當鋼梁拖拉過程中發生橫向偏移超過20mm時進行糾偏。在設置橫向限位裝置時，需特別注意限位裝置的分布，并保證該裝置有足夠的強度和剛度，以免在使用過程中失效［4］。

3.3 拖拉過程中防止溜滑

拖拉鋼梁時，為了防止因沖擊振動、強風突襲等原因使得鋼梁向前溜滑，在鋼梁后方安裝1臺100kN卷揚機配合1個5組的滑輪組制動設施控制鋼梁速度，拖拉時隨鋼梁前進不斷放松，但必須保持一定的牽引力。

4 結語

拖拉法施工能有效地縮短工期，并且能在不中斷航道和既有線行車的情況下確保工程安全及安裝質量。通過將下滑道梁兩端做成斜坡并在交接處進行圓滑過渡處理，對上滑道上MGB滑板前端進行倒角處理的方法，有效地解決了鋼桁梁縱移過程的節點上滑道過墩問題，確保了工序的連續性。本橋施工采用計算機全過程自動化同步控制，并在拖拉過程中進行橫向動態糾偏，在類似橋梁建設工程項目中有很好的應用前景。

［1］涂滿明，姚發海.超大跨連續鋼桁梁多點頂推架設施工技術［J］.交通科技，2009（1）：19－21.

［2］TB10002.1－2005鐵路橋涵設計基本規范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［3］TB10002.2－2005鐵路橋涵鋼結構設計規范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［4］王志雷.大跨度變截面連續鋼箱梁頂推施工技術探討［J］.鐵道建筑技術，2005（S）：37－40.