連續梁拱拱肋異位拼裝頂拉就位關鍵技術

王引富

(中鐵十五局集團有限公司 上海 200070)

1 引言

大跨度連續梁拱近年來得到廣泛應用，是我國橋梁設計、材料裝備和施工技術進步的體現，同時滿足了人們對交通出行安全舒適性的現實需求。作為跨越鐵路、公路、水路和峽谷等特定條件的一種新型橋跨結構，不僅使得連續梁的跨度得到了提升，而且有效解決了連續梁中跨下撓的問題。由于連續梁拱同時滿足了大跨度和高平順的要求，因此在高速鐵路橋梁建設領域得到了廣泛應用。

連續梁拱通常采用先梁后拱法施工，分為連續梁施工和拱肋吊桿施工。連續梁施工要預處理梁拱結構的接口，拱部施工要做好拱梁的銜接工作。相關施工技術基本適用于連續剛構拱和系桿拱結構。

連續梁拱拱肋結構常采用鋼管混凝土結構、鋼筋混凝土結構、鋼箱或鋼桁架結構等形式，以第一種應用最為廣泛。施工方案依據跨越結構條件、水文地質情況、環境保護要求綜合比選確定，通常有搭設矮支架和墩頂塔架轉體裝置臥拼豎轉法[1]、搭設矮支架和主跨內提升架提升就位法[2-5]、搭設高支架大型起重設備原位拼裝法[6-10]及異位拼裝縱移就位法[11-12]等。

2 工程概況

新建鄭州至萬州鐵路河南段控制性工程趙河鎮跨南水北調干渠(74+160+74)m連續梁拱橋，設計里程為 DK244+226.9～DK244+537.16，于429#～432#墩跨越南水北調干渠。

連續梁采用單箱雙室變高度直腹板箱型截面，跨中及邊支點處梁高4.0 m，中支點處梁高8.5 m，梁高按圓曲線變化；箱梁頂寬14.2 m，中支點附近局部頂寬16.3 m；除0#梁段、邊跨直線段在支架上施工外，均采用掛籃懸臂澆筑。梁拱結合部0#梁段上相應位置設置的拱腳、連續梁對應吊桿位置的吊點橫梁，均與連續梁一體設計同步施工，確保連續梁和鋼管混凝土拱肋及吊桿的精準對接。

拱肋采用鋼管混凝土結構，計算跨度L＝160.0 m，設計矢高f＝32.0 m，拱軸線采用二次拋物線設計。拱肋截面為等高啞鈴形，截面高度3.0 m，拱肋弦管直徑φ1.0 m，由δ＝16 mm厚的鋼板卷制而成，弦管之間用δ＝16 mm厚鋼綴板連接，拱肋弦管及綴板內填充微膨脹混凝土；兩榀拱肋間橫向中心距11.8 m，設9道由4根φ450×12 mm主鋼管和32根φ250×10 mm連接鋼管組成空間桁架橫撐。順橋向按間距9 m設15組雙吊桿，吊桿采用PES(FD)7-61型低應力防腐拉索，fpk＝1 670 MPa，Ep＝2.0 ×105MPa；吊桿上端穿過拱肋錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點橫梁下緣固定底座。采用GTQZ系列球形支座，各支點沿橫向設3個支座，邊支點支座豎向承載力7 000 kN、中支點支座70 000 kN。

3 拱肋施工方案技術經濟比選及頂拉就位施工工藝流程

3.1 施工方案技術經濟比選

本工程具有工期要求緊、施工難度高、成本管理嚴的特點，同時由于跨越南水北調干渠特殊的地理環境和水源保護的要求，需要對拱肋施工方案進行綜合比選，已確定最優的可實施性施工方案。

(1)臥拼豎轉方案(設計圖紙方案)

該方案采用先梁后拱法，是原設計推薦的施工方案。施工工藝:連續梁施工完成，在橋面搭設拼拱矮支架和豎轉提升系統(索塔及提升設備)。先進行左右兩個半拱的拼裝(75 t吊車在梁面上吊裝)；其次進行兩個半拱豎向轉體至設計位置后，再利用梁面上吊車吊裝合龍段、焊接拱肋成形；最后進行拱肋混凝土灌注及安裝吊桿并張拉。

方案優缺點:一是連續梁施工完成后，安裝矮支架、拼裝拱肋、轉體合龍等工序，施工周期長；二是豎向轉體需要在0#塊上設置索塔，索塔高達48 m，搭設難度大、高空吊裝作業安全風險大；三是該方案利用物資及設備較多，造價較高；四是在拱肋跨度大、支架過高時具有一定的優勢。

(2)高支架拼裝方案

該方案同樣采用先梁后拱法。施工工藝:連續梁施工完成，在橋面采用鋼管(格構柱)及型鋼(鋼桁架)在成橋的梁面上搭設臨時支架。先用兩臺75 t汽車吊將鋼管拱拱肋分左右兩個半拱逐段吊裝到支架上進行焊接拼裝；其次吊裝合龍段、焊接拱肋成形；最后進行拱肋混凝土灌注及安裝吊桿并張拉。鋼管拱拱肋等鋼結構及配件由汽車吊吊放至連續梁橋面，設置一臺運輸臺車，負責鋼管拱各節段的運輸。

方案優缺點:一是由于支架搭設及拱肋節段吊裝位于南水北調干渠上空，作業環保風險較大；二是拱部吊裝的臨時支架需要一次性搭設到位，跨中合龍段處支架距離梁面高達32 m，高空吊裝作業安全風險大；三是采用的物資及設備較少，造價較低，但支架及拱肋安裝的施工周期較長；四是在跨度較小時，施工簡便，質量易于控制。

(3)異位拼裝頂拉就位方案

該方案采用異橋位拼裝鋼管拱，然后利用梁面設置的軌道，在拱肋前進方向前端設置千斤頂拉動鋼管拱整體縱移就位(見圖1)。

根據橋位現場情況，鋼管拱分節段進場到位后，在433#～438#墩簡支梁范圍內(74 m+160 m+74 m連續梁大里程側)，設置鋼管拱安裝支架，采用兩臺130 t輪胎式吊車在地面上吊裝，在支架上安裝拱肋；鋼管拱拼裝焊接完成后，采用鋼絞線將拱腳預緊，拆除支架安裝縱移設備，使鋼管到達設計位置；最后澆筑拱腳，等強后進行拱肋混凝土灌注、安裝并張拉吊桿。

方案優缺點:一是連續梁懸臂澆筑和簡支梁側拱部拼裝同時施工，有效縮短工期；二是拱肋拼裝支架需從地面搭起，支架高空搭設及拱肋吊裝作業安全風險大；三是拱肋高空吊裝和移動作業，需要大型吊裝設備和配套移動設備，施工費用大；四是對跨越的南水北調干渠影響最小，環境保護效應顯著。

圖1 拱肋異位拼裝頂拉就位前照片

綜合比較三種施工方案，由于當時考慮的最突出的問題是施工工期和南水北調干渠的環保問題，最終選定方案三即異位拼裝頂拉就位方案作為實施性施工方案。

3.2 頂拉就位施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

圖2 頂拉就位施工工藝流程

4 頂拉就位施工關鍵技術

4.1 連續梁拱腳設計及施工配合

由于異位拼裝頂拉就位施工的特殊性，必須對拱腳進行設計和施工配合才能使拱肋順利就位。在連續梁拱腳預埋段施工前，需要確定拼裝鋼管拱的方位、鋼管拱拱腳滑移裝置的設計、鋼管拱預留連接段的尺寸等。

(1)兩個拱腳預埋段和頂拉工藝對接方式要會商確定，采用針對性的設計方式和配合方案，確保拱肋順利就位和精確對接。

(2)設計配合及根據施工工藝的要求，對拱腳鋼管預埋段、結構配筋及連接、混凝土澆筑分層等，通過計算分析給出合理的設計方案。

(3)本工程430#墩(頂拉遠端)，維持原設計；431#墩(頂拉近端)，在拱肋頂推之前，按變更設計澆筑部分拱腳混凝土(見圖3)。混凝土最高處213 cm，預埋拱腳露出混凝土面40 cm，在拱肋頂推到位后，焊接嵌補段拱肋，然后二次澆筑拱腳混凝土。混凝土澆筑完畢，等強度滿足要求后，張拉拱座部分的豎向精軋螺紋鋼。拱腳一二次澆筑分界線處，存在切斷鋼筋和精軋螺紋鋼的問題，接茬鋼筋的預留長度按規范施工，精軋螺紋鋼切斷后用連接器連接。

圖3 拱腳配合頂拉工藝設計(單位：cm)

4.2 異位拼裝支架安裝和拱肋吊裝設計

鋼管拱肋拼裝支架利用引橋433#～438#墩間5孔簡支梁范圍場地搭設。采用4組共8根φ1 000×10 mm的鋼管樁作為支架，鋼管柱采用C30混凝土擴大基礎，預埋鋼板連接；鋼管樁之間采用縱橫向桁架式聯接系連接，以增強支架的整體穩定性；由于支架從地面起到拱頂高達40 m，支架搭設采用處于簡支梁梁面上的100 t汽車吊吊裝(見圖4)。

圖4 拱肋異位拼裝支架及吊裝現場

全橋鋼管拱結構重480 t，設計分為32節拱肋、11節橫撐及其它配件。拱肋加工組拼為5段吊裝，長度分別為兩邊跨41.589 m、兩次邊跨35.852 m、中跨21.958 m。選定2臺QY130T汽車吊提升拱肋就位。

4.3 拱肋頂拉滑移系統設計及主要驗算科目

鋼管拱頂拉滑移系統包括拱座、貝雷梁橫梁、底部支撐結構、走行輪箱、液壓行走系統及軌道部分(見圖5)。

圖5 拱肋頂拉滑移系統

(1)走行軌道設計:兩組軌道每組2根P43鋼軌，間距50 cm，組中心距7.9 m。軌下為1.0 m寬、15 cm厚C30混凝土基礎，混凝土基礎表面預埋5 mm厚薄鋼板便于固定鋼軌。

(2)液壓行走系統:采用移動前端兩拱腳同步頂拉方案，千斤頂設置在夾軌器和輪箱之間，利用千斤頂頂推拉動拱肋向前移動。

每臺千斤頂配置雙油路ZLDB自動頂推油泵一臺，由一個總控臺控制兩個工作千斤頂動作。

(3)走行輪箱及走行輪:按設計計算結果，每輪箱和軌道間設置4對共16對32個直徑為60 cm的行走輪。

(4)主要檢算科目:鋼管拱安裝橫向抗傾覆驗算、安裝施工過程支架計算、鋼管拱縱移過程貝雷梁結構計算、貝雷梁下底部支撐結構計算、拱座結構受力計算、走行輪輪壓計算等。

4.4 拱肋縱移就位過程梁及支座部位檢算及風險防控措施

該部分內容由于容易被忽視且特別重要，應引起特別關注。

(1)拱肋縱移過程簡支梁翼緣板和連續梁頂板力學計算，技術參數包含走行輪數量、輪壓及布置，簡支梁和連續梁的設計及軌道基礎等。本項目首先按原有的每輪箱兩對行走輪進行檢算，發現梁結構承載力不足，經修正按每輪箱設置4對行走輪，才能滿足簡支梁和連續梁的承載力要求。

(2)根據相關施工經驗，大跨鋼管拱縱移就位過程中，可能引起經過的交接墩支座脫空，造成縱移過程重大安全隱患。因此，必須對此工況進行計算，確定縱移過程交接墩支座處的受力狀況。根據受力計算結果，采用反拉或壓重的防范措施，使縱移過程支座不脫空，移動過程平穩可控。

5 結論及建議

2018年7月3日，經廣大管理和技術人員的共同努力，160 m跨度鋼管拱肋按照計劃工期成功實現了異位拼裝頂拉就位(見圖6)。

圖6 拱肋異位拼裝頂拉就位后照片

作者通過多座大跨連續梁拱施工實踐，對連續梁拱施工方案的選擇和拱肋縱移施工技術提出幾點建議，供類似工程參考。

(1)連續梁拱拱肋施工方案多種多樣，所謂優缺點都是相對的。只有結合現場實際，進行經濟、技術、安全、環保等綜合比選后，確定的方案才是最合理的。

(2)牽引動力系統的選擇非常重要。由于常規的縱移方案均為長距離行走，采用本工程步履式頂拉方式雖然平穩可控但時間較長。施工實踐中，可以嘗試在縱移線路前方提供反力架、穿心式連續作業千斤頂一次牽引到位工藝，以提高工效。

(3)為配合支架拆除和拱肋縱移，對拱腳進行鎖定的貝雷縱梁及鋼絞線組合結構安裝和拆除工作較為繁雜，可研究采用安拆相對簡單的其它單一結構形式，如鋼絞線束或高強鋼絲束從而取消貝雷縱梁。