銀西高鐵銀川機場黃河特大橋主橋施工方案研究

荀永納

【摘 要】新建銀川至西安高速鐵路南起西北地區中心城市西安，向西北經陜西省咸陽市、甘肅省慶陽市、寧夏回族自治區吳忠市后接入寧夏回族自治區首府銀川市。銀川機場黃河特大橋為銀西高鐵線的控制性工程，具有工程量大、橋長、技術含量高、施工難度大的特點，特別是主橋2聯（3×168 m）連續鋼桁柔性拱結構，設計新穎，技術復雜，施工難度大。由于水中10#主墩基礎必須采用鋼套箱圍堰施工，因此造成下部結構占用工期較長。為實現14個月總工期，采用下部結構和鋼梁同時施工的方案，以確保實現工期目標。

【關鍵詞】銀西高鐵；銀川機場黃河特大橋；連續鋼桁柔性拱；施工方案

【中圖分類號】U442.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）08-0062-05

0 引言

銀西鐵路銀川機場黃河特大橋橋址位于寧夏回族自治區銀川市東南，銀川河東機場西側，距銀古高速上游3.2 km。本橋起始里程為DK609+361.59，終點里程為DK623+176.41，橋梁全長13 814 m。其中，主橋長度為1 208.4 m，東岸引橋長度為293.32 m，西岸引橋長度為12 313.1 m。

（1）銀川機場黃河特大橋主橋橋跨總體布置（如圖1所示）。主橋橋跨布置為1-96 m簡支鋼桁梁+2聯（3×168 m）連續鋼桁柔性拱+1-96 m簡支鋼桁梁。雙線鐵路，采用有渣軌道，設計時速目標值為250 km/h。

主梁采用下承式鋼桁梁結構，桁高12.8 m，兩桁中心距為13.8 m，采用正交異性鋼橋面板和混凝土道渣槽板的橋面體系，上弦以上拱圈矢高28 m，下弦以下支點高14 m。

每聯（3×168 m）連續鋼桁柔性拱共分為44個節間，其中節間長度為12 m的有20個，節間長度為11 m的有24個。每孔96 m簡支鋼桁共分為8個節間，節間長度為12 m，桁高12.8 m，兩桁中心距為13.8 m。全橋共分為104個節間。主橋鋼梁總重為24 811 t，其中連續鋼桁柔性拱線荷載為21.7 t/m，簡支鋼桁梁線荷載為15.4 t/m。

主橋墩號為9#～17#墩。主橋墩基礎均采用鉆孔樁基礎。10#～16#墩采用20-φ2.0 m鉆孔樁，樁長75～80 m；9#、17#墩采用15-φ2.0 m鉆孔樁，樁長75～80 m。主橋墩承臺均為矩形，10#～16#墩承臺尺寸為25.2 m×18.95 m×6 m；9#墩承臺尺寸為25.2 m×13.7 m×5 m；17#墩承臺尺寸為25.2 m×15.2 m×5 m。墩身均采用門式墩。

（2）主要技術標準。鐵路等級：高速鐵路。正線數目：雙線；設計速度：250 km/h，預留進一步提速條件；正線間距：5.0 m；最小曲線半徑：7 000 m；最大坡度：20‰，困難地段不大于30‰；到發線有效長度：650 m；列控方式：自動控制。

（3）工程特點。本工程主要為橋梁工程施工，標段內橋梁共一座特大橋座，主要特點如下：本工程線路設計時速為250 km/h，質量標準要求較高，對工程結構的耐久性、強度和剛度要求高；銀川機場黃河特大橋具有工程量大、橋長、技術含量高、施工難度大的特點，特別是主橋2聯（3×168 m）連續鋼桁柔性拱結構，設計新穎，技術復雜，施工難度大；施工工期要求緊，全線需考慮冬季施工，主橋施工需考慮冰凌影響；橋位處于銀川市的門戶地帶，是銀川對外展示城市新形象的窗口，景觀要求高。本標段范圍內與公路交叉之處眾多，交通干擾大。線路經由地區跨越的溝渠較多，必須妥善處理好施工對環境的影響。

1 該橋施工方案研究

為實現14個月的總工期，該橋主橋施工采用的總思路是基礎與鋼梁同步施工。

在主橋范圍內修筑棧橋和便道，棧橋和便道均采用雙幅，用于下部結構施工及鋼梁架設，每幅寬度取10 m。

10#、11#墩基礎位于水上，采用先平臺后圍堰法施工；9#及12#～17#墩基礎采用筑島施工，每個墩考慮布置2臺旋挖鉆機施工鉆孔樁。圍堰形式根據受力大小分為雙壁鋼套箱、鋼管樁圍堰和鋼板樁圍堰。墩身高度小于10 m時，一次澆筑，大于10 m時分2次澆筑。

下部結構施工的同時，在平行于橋軸線附近設置臨時支墩，利用架梁吊機拼裝鋼梁。鋼梁從連續鋼桁梁的中跨跨中向兩側架設，完成一聯的鋼桁梁安裝后，繼續架設拱肋桿件，完成鋼梁所有桿件的安裝。

當墩身及墊石施工完成后，將已架設完成的鋼梁橫移至設計位置，最后起頂整聯的鋼梁，安裝正式支座。

1.1 基礎施工

1.1.1 總體施工方案

該橋主墩墩號為9#～17#墩，其中10#、11#墩為深水基礎，9#墩位于陸地上，12#～17#墩在10年一遇水位時水深約1.8 m，枯水期則為岸灘。主墩基礎參數及施工方法見表1。

距銀川60余km遠的黃河石嘴山水文站近2年來的水文數據表明，黃河上游水位一年里的變化幅度不大，如2015年，最高水位為+1 088.25 m，最低水位為+1 086.20 m，變化僅2.05 m。

因此，結合水文資料，確定10#、11#墩采用先平臺后圍堰法施工，其余墩均筑島后采用陸地法施工。因工期的需要，每個墩均配置2臺SR460旋挖鉆機鉆孔。

鉆孔頂平面高程為+1 111.90 m，平面尺寸為42 m×39.05 m，考慮2臺SR460旋挖鉆機同時作業要求。基礎采用φ1 000 mm鋼管樁，上部為貝雷梁結構。

承臺施工完成后，繼續施工墩身。墩身高度小于10 m時，一次澆筑完成，大于10 m時分2次澆筑。

1.1.2 10#墩雙壁鋼套箱圍堰施工

10#墩采用雙壁鋼套箱圍堰施工承臺。在鉆孔完成后，在平臺上拼裝雙壁鋼套箱圍堰，接高護筒，在護筒頂設吊掛，之后拆除圍堰范圍內的鉆孔平臺并以護筒為導向下放圍堰，著床后邊吸泥邊下沉，到設計深度后澆筑封底混凝土。混凝土達到設計強度后，圍堰內抽水，分2次施工承臺。

圍堰總高18.5 m，壁厚2.0 m，封底混凝土厚度為4.5 m，設置2層內支撐。

1.1.3 11#墩鎖口鋼管樁圍堰施工

11#墩采用鎖口鋼管樁圍堰施工承臺。在鉆孔完成后，拆除圍堰范圍內的鉆孔平臺并吸泥，安裝2層內支撐，以內支撐為導向插打鎖口鋼管樁，圍堰內吸泥至設計深度，澆筑封底混凝土，待達到設計強度后，圍堰內抽水，分2次施工承臺。

圍堰所采用的鎖口鋼管樁直徑為φ820 mm×16，總長為28 m，其中入土深度為10 m。圍堰封底混凝土厚度取4.0 m。

1.1.4 其余墩鋼板樁圍堰施工

其余墩均采用鋼板樁圍堰施工承臺。鋼板樁圍堰設置2層內支撐。鉆孔完成后，插打鋼板樁，之后圍堰內開挖至一定深度，安裝頂層內支撐；之后繼續開挖至具備安裝底層內支撐條件的深度，安裝底層內支撐，繼續開挖至設計深度，澆筑封底混凝土，施工第一層承臺；之后，在第一層承臺周邊填砂，并澆筑80 cm高的混凝土，達到強度后，拆除底層內支撐，施工第二層承臺。

鋼板樁采用拉森Ⅵ型，長度取21 m，設置2層內支撐，封底厚度取2.0 m。

1.2 鋼桁梁制造及運輸

該工程鋼梁主桁、橋面系構件采用Q370qE材質的鋼材，主桁下弦內側節點板及內側腹板鋼材應滿足Z35性能要求。上平聯、拱肋平聯、橫聯、橋門架采用Q345qE。該橋采用整體節點和鋼橋面板有焊接工作量大、焊接類型多、焊接變形大的特點，鋼梁制造過程中焊接的質量與桿件組裝精度是控制工程質量的關鍵。

根據該橋結構特點，充分考慮制作、運輸等因素，總體制造思路如下：工廠鋼桁梁桿件制造，橋面系在工廠制造板單元，通過鐵路及公路運輸至預拼存放場，預拼、存放。桿件在安裝前，須在預拼廠內預拼后完成工地拼裝、焊接、補涂裝和修補等全部工作。

1.3 鋼桁梁預拼

在橋位附近設置鋼梁預拼場，占地2.27 hm2（34畝），滿足鋼梁預拼及存放的需要。

鋼梁預拼的主要目的是在預拼場內將鋼梁組件拼裝成單元體，便于架設時在高空對接，減少高空吊裝次數。鋼梁預拼設置有專門的預拼臺座，預拼臺座根據具體的要求進行布置。

預拼臺座要保證被拼裝桿件支座受力狀態良好，避免桿件因預拼而發生變形或受損傷的現象。預拼時，要按照單元組拼圖、釘栓圖、清查桿件編號和數量。在基本桿件上標出釘栓長度區域線，起吊重心位置和單元重量。

預拼好的鋼梁桿件發送時，應與架設相對應，按架設提供的順號發送鋼梁預拼組件。

1.4 鋼桁柔性拱架設方案

1.4.1 總體施工方案

因工期的需要，鋼梁架設需與基礎施工同步進行，總體施工方案如下。

9#～13#墩鋼梁：在基礎施工的同時，在平行于橋軸線附近搭設臨時支墩，利用架梁吊機完成鋼梁桿件安裝后，橫移鋼梁至設計位置，起頂鋼梁，安裝正式支座。

13#～17#墩鋼梁：在基礎施工的同時，鋼梁利用履帶吊在臨時支墩上拼裝，待墩身施工完成后，繼續安裝墩頂節間鋼梁，之后起頂鋼梁，安裝正式支座。

1.4.2 鋼梁架設主要施工步驟

1.4.2.1 步驟一

鋼梁架設步驟一如圖2所示。

（1）施工墩位處兩側棧橋及運輸便道；之后進行主體下部結構施工。

（2）利用履帶吊機平行于橋軸線附近拼裝9#～13#墩鋼梁臨時主墩；利用履帶吊機于橋軸線處拼裝13#～17#墩鋼梁臨時主墩。

（3）利用2臺履帶吊機在11#～12#墩孔的跨中安裝鋼梁初始2節間，之后在初始節間鋼梁上拼裝2臺架梁吊機。

（4）利用4臺履帶吊機在14#～15#墩孔跨中向兩側拼裝鋼梁。

1.4.2.2 步驟二

鋼梁架設步驟二如圖3所示。

（1）2臺架梁吊機拼裝完成并試吊后，后續的10#～13#墩鋼梁由架梁吊機架設，1臺履帶吊機留在11#～12#墩孔跨中作為鋼梁桿件提升站。

（2）13#～16#墩鋼梁繼續采用履帶吊向兩側懸臂架設，墩頂節間鋼梁預留。

（3）96 m簡支鋼桁梁采用履帶吊機從邊墩向連續鋼桁梁方向架設。

1.4.2.3 步驟三

鋼梁架設步驟三如圖4所示。

10#～13#墩拱肋桿件利用架梁吊機后退架設；13#～16#墩拱肋桿件利用履帶吊機架設。

1.4.2.4 步驟四

鋼梁架設步驟四如圖5所示。

10#～13#墩拱肋架設完成后，利用履帶吊機拆除架梁吊機。

1.4.2.5 步驟五

鋼梁架設步驟五如圖6所示。

（1）在墩身完成施工后，9#～13#墩利用橫移滑道橫移鋼梁至設計位置；13#～17#墩鋼梁墩頂節間采用履帶吊機繼續架設。

（2）起頂鋼梁，安裝正式支座。

（3）進行橋面槽渣槽板等輔助結構施工。

（4）拆除臨時支墩。

1.4.3 架梁設備

1.4.3.1 桿件重量

鋼梁桿件重量見表2。

1.4.3.2 架梁吊機

在懸臂端各采用一臺70 t全回轉架梁吊機起吊和安裝各類桿件，吊機站位在鋼梁上弦。鋼梁桿件由履帶吊機提升上橋，鋼橋面板上設置運梁的軌道，運輸至鋼梁前端，由架梁吊機起頂安裝。

1.4.3.3 履帶吊機

全橋鋼梁布置4臺200 t履帶吊用于。初始節間鋼梁安裝、鋼梁提升站及96 m簡支桁梁桿件安裝，主臂長度取64.5 m，履帶吊站位于地面或棧橋上。

1.4.4 臨時支墩

根據施工要求，9#～13#墩在平行于橋軸線附近設置鋼梁架設臨時支墩，鋼梁架設完成后，橫移至墩位處。 13#～17#墩在原位設置鋼梁架設臨時支墩。

臨時支墩采用鋼管樁結構，樁頂布置分配梁，分配梁頂設置三向千斤頂，滿足鋼梁桿件安裝過程中位移調整的需要。

9#～13#墩鋼梁每跨均設2條橫移滑道，從拼裝位置至設計位置。

2 主要階段工期

計劃工期：443日歷天（14個月），計劃開工日期：2016年8月15日；達到鋪軌條件日期：2017年10月31日。關鍵工程施工效率如下。棧橋及便道施工：60 d；

鉆孔平臺施工：60 d；鉆孔樁施工：60 d；圍堰施工：10#墩105 d，其余墩90 d；承臺施工：60 d；墩身施工：45 d；臨時支墩施工：60d；架梁吊機拼裝及試吊：60 d；鋼梁架設：105 d；鋼梁橫移及支座安裝：20 d；墩頂節間鋼梁及支座安裝：45 d。

3 關鍵線路分析與確定

本段施工組織的關鍵線路如下：施工準備→主橋基礎及下部施工→主橋上部鋼梁架設→現澆道渣槽板→橋面及附屬工程。

4 施工建議

（1）目前，主墩基礎采用20φ2 m鉆孔樁，樁徑較小，樁的數量大，為節省鉆孔樁施工工期，建議適當增大樁徑以減少樁的數量，建議樁徑取φ2.5 m。

（2）目前，各個承臺頂高程埋置深度均不小于3 m，考慮到此處受航運影響較小，適當抬高承臺，可縮短基礎施工時間。建議各墩承臺高程均抬高2 m。

（3）建議鋼梁桿件設計時，根據架設的方向設置大節點的方向，并且控制桿件重量在50 t以內。同時，根據鋼梁架設方案調整合龍口位置，方便現場快速合龍。

5 結語

本文通過對銀川機場黃河特大橋主橋的施工方案研究，使我們對黃河上的橋梁施工有了更深入的認識，尤其是在14個月內完成規模如此大的工程，不論在技術方案上還是在組織管理上，難度都是非常大的。文中提出的橋梁基礎和上部鋼梁同時施工的設想對于今后類似工程的施工具有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻

[1]中鐵大橋局集團第一工程有限公司.新建銀西鐵路銀川至吳忠客專工程銀川機場黃河特大橋初步設計圖[Z].2014.

[2]鐵建設〔2015〕29號，鐵路工程施工組織設計規范[S].

[3]鐵建設〔2009〕226號，鐵路工程施工組織設計指南[S].

[責任編輯：陳澤琦]