晉豫魯鐵路通道跨京廣線鋼桁梁拖拉法施工技術

劉文武，張志才，范 君

(1.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;2.晉豫魯鐵路通道股份有限公司，山西 太原 030030)

鐵路鋼桁梁架設采用拖拉法施工一般是由于施工場地受限，不能搭設支墩原位拼裝架設。拖拉法施工的常規做法是在支架上拼裝鋼桁梁，在拼裝支架和安裝滑道，同時搭設拖拉下滑道，拼裝完成后頂起鋼桁梁，在主桁架下弦桿下部安裝上滑道，然后落梁至下滑道上，拖拉鋼桁梁沿下滑道前進至設計位置落梁就位完成施工。晉豫魯鐵路通道采用108 m鋼桁梁跨越京廣線及107國道，受鐵路運營及公路通行影響無法原位拼裝，因此設計采用拖拉法施工。

1 工程概況

晉豫魯鐵路通道西起山西省興縣瓦塘鎮，經山西、河南至山東省日照港，全長1 267 km，總投資超過1 000億元。鐵路于河南省湯陰縣依次跨越南水北調主干渠、京廣線及107國道，在56#墩及57#墩間設108 m鋼桁梁跨越京廣線及107國道，是目前國內采用拖拉法跨越京廣線施工跨度最大、結構最重的鋼桁梁。

2 施工方案及實施情況

2.1 108 m鋼桁梁結構

鋼桁梁設計采用無豎桿整體節點平行弦三角桁架體系，計算跨度108 m，全長109.5 m，桁高14.5 m，主桁中心距12.8 m，節間長度12 m，見圖1。

圖1 鋼桁梁立面示意(單位:mm)

主桁上下弦截面均采用焊接箱型斷面，上下弦主桁采用全截面拼接。斜腹桿截面形式主要為箱型，部分采用H型斷面。斜腹桿除端斜桿采用對接式拼裝外，其余均采用插入式與主桁整體節點連接。對接腹桿內寬與弦桿內寬相同。橋面板為密布橫梁正交異性整體鋼橋面板，道砟橋面。上平縱聯的斜桿及支桿截面均采用交叉式工型斷面。鋼梁端斜桿上設有斜向橋門架，同時在上弦每個節點處斜腹桿上設置中間橫聯。鋼桁梁使用 M24及 M30高強度螺栓組拼，重約1 978 t，每米質量約18.1 t。

圖2 支架簡圖

2.2 支撐結構及滑道結構

如圖2所示，支架從結構形式上分3部分:57#～60#墩間的拼裝兼滑移支架、57#墩頂的過渡滑移支架和56#～57#墩間的滑移支架。下部結構的樁基、擴大基礎、鋼管柱、分配梁、貝雷梁以及滑道結構的鋼箱梁、分配梁及扣軌梁等結構受力均經過設計單位檢算，監理、建設單位及鐵路局相關部門審核，各工況結構受力及穩定性滿足要求。施工方案經兩次專家論證會評審通過。貝雷梁組拼前經過加載試驗，可以滿足設計承載力。

2.2.1 拼裝區支架與下滑道

下部支架結構:57#～60#墩間設9排臨時支墩，臨時支墩采用擴大基礎及雙鋼管柱;柱頂設2根橫向I45b工字鋼分配梁;分配梁上每桁設9片加強型貝雷梁;在鋼管柱支墩處橫向設2根通長I22a工字鋼與兩主桁下的貝雷梁相連接。下滑道結構:在貝雷梁頂設間距0.75 m、長1.5 m I22a工字鋼分配梁，設在貝雷梁節點處，分配梁上鋪設43 kg/m鋼軌扣軌梁，正反扣并排鋪設，每桁10根;上面鋪δ20 mm鋼板，寬1.0 m，通長鋪設;鋼板上面焊接2～3 mm厚的不銹鋼板做滑動面。

2.2.2 過渡滑移支架

該段位于墩頂，長1.7 m，用于貝雷梁與鋼箱滑道梁剛度突變段過渡，下部支撐結構初期采用預制鋼管混凝土支墩，拖拉時發現鋼管混凝土支墩底部難以抄墊密實，頂部滑道結構間隙處壓縮變形大，故改為鋼筋混凝土基礎。支墩上鋪設縱橫向鋼軌垛，其上鋪設鋼板及不銹鋼滑面板。

2.2.3 拖拉區支架與下滑道

拖拉區支架下部結構自56#墩向57#墩間設1#，2#，3#支墩群，分別位于京廣線以西、京廣線和107國道之間以及107國道以東。1#臨時支墩基礎采用鉆孔樁基礎和擴大基礎，湯臺鐵路廢棄線的基床上設擴大基礎，在邊坡和坡腳處設3排鉆孔樁，共6根。每桁縱向設7排 φ500 mm，δ16 mm的無縫鋼管，橫向每排5根，縱向間距3.2 m。2#臨時支墩群位于京廣鐵路和107國道之間，支架基礎全部采用鉆孔樁基礎，每桁縱向設 6排，橫向每排 2根，共 12根。立柱采用φ500 mm，δ16 mm的無縫鋼管，縱向10根，橫向5根，縱向間距3.0 m。3#臨時支墩群位于107國道與57#墩之間，支架基礎全部采用鉆孔樁，每桁縱向設2排，橫向每排2根，共4根。立柱采用φ500 mm，δ16 mm的無縫鋼管，縱向4根，橫向5根，縱向間距2.5 m。在鋼管支架頂部每根鋼管立柱用2根I45b一組作為縱向分配梁。橫向分配梁采用3根I45a，間距1.5 m。滑道結構采用分配梁上設廠制鋼箱滑道梁，其上鋪設不銹鋼板作為滑動面，滑動面滿涂黃油潤滑。

2.2.4 上滑道

鋼桁梁上滑道安裝在鋼桁梁下弦主桁的節點下面，設置18處上滑道。上滑道采用厚20 mm鋼板拼焊，設肋板加強，各主桁節點下上滑道高度根據鋼桁梁拼裝預拱度設置，使上滑道底面保持水平。上滑道從上向下依次為石棉布墊層、鋼上滑道、四氟滑板，上滑道用細鋼絲繩與下弦主桁連接固定。

2.3 拖拉體系設計

1)在3#臨時支墩群的滑道前端安裝反力支架，利用下滑道在內側對稱安裝2臺計算機控制的200 t連續張拉千斤頂，每行程拖拉20 cm，理論拖拉速度超過8 m/h。

2)每個千斤頂使用10根鋼絞線作為拉索，在鋼桁梁大里程端下弦桿(E0桿件)第二橫梁上面設置拉錨器。拉錨器為組焊件，采用高強螺栓安裝在梁端主桁端頭上。

3)在拼裝區每個臨時支墩的上方和拖拉區57#墩每隔20 m設置橫向限位裝置。拼裝區限位裝置安裝在上分配梁I22工字鋼上面。拖拉區的限位裝置每隔20 m設置一處，安裝在橫向分配梁上。拖拉前進時，根據鋼桁梁橫向偏移情況，在拖拉過程中采用滾輪配合鋼楔糾正橫向偏位。

3 施工問題分析

鋼桁梁拖拉施工期間由設計人員對各上滑道受力狀態進行實時檢算。考慮到上滑道和鋼桁梁剛度均較大，當上滑道與下滑道不密貼時，各上滑道受力重新分配，這時使用液壓千斤頂加力調整各上滑道荷載，使各上滑道工作荷載接近計算荷載。試拖啟動拖拉力960 kN，換算摩擦系數約0.05，符合最初設計預期，說明滑移面構造合理。滑移區支墩群及滑道結構在拖拉施工中未出現異常情況，拼裝區貝雷梁段工作也基本正常。拖拉施工正式開始后，設計及施工方面存在的問題逐漸暴露出來，給施工過程造成了較大的安全風險。

3.1 上滑道脫空

鋼桁梁拼裝起拱度偏差、上滑道加工尺寸偏差、滑道平順度、滑道承載部位豎向位移等因素耦合作用，使得上下滑道接觸面不在同一水平面上，落梁后南側2#～4#上滑道及北側2#，3#上滑道脫空未承載，原設計各上滑道受力情況改變，個別上滑道受力集中，使對應部位的下滑道受力遠大于原設計，出現下滑道部分I22a工字鋼分配梁腹板壓潰(圖3(a))。為調整下滑道受力狀態，拖拉過程中根據上滑道脫空情況，按計算值以千斤頂配合施加相應壓力。

3.2 過渡滑移區工作效果不理想

拖拉區滑道及支架體系剛度較大，拼裝區貝雷梁段剛度相對較小，剛度過渡段位于57#墩頂，鋼管混凝土支墩及下滑道承載后產生較大下沉，使過渡段滑道與鋼箱梁滑道產生較大錯臺。采取千斤頂配合滑移通過第二個上滑道后，取消過渡段下部支撐鋼管混凝土支墩，改現澆混凝土基礎。此措施使剛度差的影響由過渡段滑道至鋼箱梁滑道轉移到貝雷梁段滑道至混凝土過渡段滑道。貝雷梁端部1.5 m懸臂段豎向變形計算值與實測值差異過大，拖拉過程中產生超過5 cm的豎向變形，與57#墩頂滑道表面形成錯臺(圖3(b))，拖拉千斤頂最大拖拉力提高至2 720 kN即接近啟動拖拉力的3倍時仍無法拖動。為解決錯臺問題采用千斤頂頂升貝雷梁，導致貝雷梁豎桿變形。錯臺產生的剪力使固定四氟滑板的螺絲剪斷、四氟滑板脫落，上滑道變形，下滑道不銹鋼滑面開焊起鼓(圖3(c))。

圖3 施工現場

3.3 過渡滑移區設計不合理

為便于安裝滑道，作業時將扣軌梁在過渡滑移區起始位置斷開，使鋼軌梁下部抄墊不實，鋼軌梁邊緣存在約10 cm左右的懸臂段。在上滑塊走行至該部位時，過大的受力使鋼軌梁及其上的鋼板、不銹鋼板翹起，每個上滑道經過此段時必須使用千斤頂壓住鋼板配合滑移。

3.4 處理措施

出現的問題集中在貝雷梁末端1.5 m及57#墩頂1.7 m過渡段豎向支撐剛度突變段。在拖拉期間一經發現問題就需停止施工進行處理。主要處理措施包括對腹板壓潰的工字鋼分配梁進行加固，對過渡段滑道支撐結構由鋼管混凝土柱改為現澆鋼筋混凝土，對貝雷梁變形部位增加槽鋼支撐，貝雷架支撐結構與鋼筋混凝土支撐結構間的錯臺處使用千斤頂代替上滑道工作，割除起鼓的不銹鋼板重新鋪設焊接等。原計劃10 d左右拖拉就位，實際拖拉用時約20 d。

4 結論與建議

1)貝雷梁支架上拼裝鋼桁梁、拼裝區以外拖拉區采用鋼箱梁滑道的施工有較多成功案例，但在本工程應用卻不順利，主要原因是其他案例中鋼桁梁跨度及自重相對較小，而本工程108 m跨度鋼桁梁自重大，加大了滑道縱向剛度不連續產生的影響。采用貝雷梁拼裝支架使下部縱向支撐結構剛度差異過大，滑道難以形成剛度連續均勻的水平支撐面。鋼桁梁自重大、滑道剛度突變使施工過程中出現了大量不可預見的問題。更需要注意的是鋼桁梁自重較大，一旦滑移過程被迫暫停，主桁節點下起頂部位已被上滑道占據不能放置千斤頂，下弦桿非設計起頂位置不能頂升受力，且鋼梁與滑道之間空間狹小，大噸位千斤頂沒有作業空間，出現問題難以處理。建議拖拉法施工的鋼桁梁拼裝區和拖拉區采用結構形式一致的下部支撐結構，使支撐體系形成沿拖拉方向剛度連續均勻的滑道。

2)滑道扣軌梁在過渡段斷開使下部支撐剛度突變處滑道剛度也發生突變，沒有緩沖過渡，引起了較多問題。建議滑道方案應考慮剛度是否連續均勻變化對施工的影響。

3)鋼桁梁拼裝預拱度控制主要涉及桿件加工精度和拼裝施工精度控制，應給予高度重視。拼裝完成后，應對鋼桁梁實際拱度進行測量，根據測量結果確定上滑道加工高度，保證滑移面水平，消除預拱度對上滑道工作狀態的影響。

4)滑道水平標高測量控制。在基礎、立柱及滑道梁施工安裝過程中，應加強各環節標高復核，盡量消除支撐結構標高偏差。滑道完成后，應對滑面標高進行實測、調整，確保平順。

5)上滑道加工尺寸應在鋼桁梁組拼拱度測量完成后確定，加工偏差應嚴格控制。

［1］徐文平，張宇峰.鋼橋拖拉法施工技術的研討［J］.公路，2007(5):48-52.

［2］鐵道部經濟規劃研究院.經規標準［2008］176號 客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.