銀川機場黃河橋鋼桁梁柔性拱施工關鍵技術研究

章耀林

(中國鐵建大橋工程局集團有限公司 天津 300300)

1 工程概況

銀西鐵路銀川機場黃河特大橋主橋跨越黃河，位于9＃～17＃墩間，橋跨布置為1-96 m簡支鋼桁梁＋2×3-168 m連續鋼桁柔性拱＋1-96 m簡支鋼桁梁，見圖1。

圖1 銀川機場黃河特大橋橋跨布置

主橋鋼桁梁柔性拱采用下承式鋼桁梁結構，桁高12.8 m，桁寬13.8 m。一聯鋼桁梁柔性拱共44個節間，其中兩邊跨各15個節間，節間長度分為11 m、12 m兩種規格；中跨14個節間，節間長度均為12 m。

拱圈矢高28 m，矢跨比1/4.71。拱圈共34個節間，其中兩邊拱各12個節間，長度均為11 m；中拱10個節間，長度均為12 m(見圖2)。

圖2 3×168 m連續鋼桁梁1/2柔性拱結構(單位:m)

鋼梁的平面聯接系分拱肋平縱聯和上平縱聯。柔性拱每個節間(包括加勁弦)均設置平縱聯，鋼桁梁每個節間上弦之間均設置平縱聯。鋼桁梁下弦間設置正交異性鋼橋面板[1-4]。

鋼梁下弦桿、上弦桿、拱肋均采用箱形斷面，腹桿采用箱形斷面和工字形兩種斷面，吊桿采用八角形斷面，平聯采用工字形斷面。鋼梁各主要構件最大重量見表1。

表1 3×168 m連續鋼桁梁柔性拱各主要構件及最大重量

從端斜桿開始，每兩個節間設置一道橋門架或橫聯。

主桁采用焊接整體節點，弦桿及拱肋與節點板在工廠焊接，腹桿及吊桿與節點板采用對拼式或插入式連接。桿件采用M30高強摩擦型螺栓連接。正交異性鋼橋面板橫梁與主桁下弦桿之間采用高強螺栓連接，面板與下弦桿上緣之間、橋面板之間在工地焊接[5-8]。

2 總體施工方案及柔性拱施工步驟

2.1 施工方案選擇的限制條件

銀川機場黃河特大橋規模龐大，原設計工期為43個月，是銀西鐵路控制性工程。由于業主對銀西鐵路總工期的要求，期望將銀川機場黃河特大橋工期控制在14個月內，并控制成本、保證質量。為此業主在招標前組織了銀川機場黃河特大橋施工方案競賽，要求各投標單位論證工期控制在14個月內的技術可行性和經濟合理性。因此，工期是選擇技術方案最主要的制約因素。如何盡可能地縮短工期，同時能夠保證工程質量是選擇施工方案首先要考慮的問題，此外還需保證施工方案經濟合理[9-11]。

2.2 方案確定

經過深入分析研究，中國鐵建大橋工程局集團創造性地提出了“橋梁下部結構與上部結構原位同步施工、連續鋼桁梁與柔性拱同步施工”的總體施工方案，能將銀川機場黃河特大橋總工期控制在14個月內，并能很好地保證質量、控制成本，由此成功中標銀川機場黃河特大橋項目。

2.3 鋼桁梁柔性拱施工步驟

鋼桁梁柔性拱具體的施工步驟見圖3。

圖3 鋼梁架設步驟

步驟一:在下部結構施工的同時，拼裝11＃～12＃、14＃～15＃墩間起始節間鋼梁拼裝支架及其他各臨時支架。起始節間鋼梁拼裝完成后，利用履帶吊機拼裝完成起始節間鋼梁(中跨跨中4個節間鋼梁)，之后拼裝完成架梁吊機。

步驟二:架梁吊機雙懸臂對稱架設鋼梁至11＃、12＃、14＃、15＃墩后，在鋼梁起始節間上拼裝架拱吊機。 同時，采用履帶吊機拼裝 9＃～10＃、16＃～17＃墩間96 m跨簡支鋼桁梁。

步驟三:架梁吊機繼續雙懸臂拼裝邊跨鋼桁梁，架拱吊機完成中拱安裝并合龍后繼續向邊跨架設6個節間的邊拱。

步驟四:架拱吊機穿過已經架設好的部分邊拱和中拱，架設另一邊拱(此邊跨側架梁吊機架設完成鋼桁梁及吊機站位平臺后即拆除)，剩余邊拱由架梁吊機、架拱吊機架設。

步驟五:通過主墩墩頂三向位移測量裝置在合適溫度條件下精確調整合龍口位置，架梁吊機、架拱吊機分別站位于臨時站位平臺上完成邊拱合龍。邊拱合龍后，調整鋼梁，落梁就位。

3 鋼梁施工關鍵技術

3.1 下部結構與上部結構同步施工技術

為縮短工期，下部結構與上部結構同步施工，具體措施如下:

(1)以棧橋作為施工通道，局部加寬兼作上部結構施工平臺

由于主橋跨越黃河，鋼梁運輸需借助棧橋；11＃～12＃墩間起始節間鋼梁吊裝需借助吊裝平臺。

棧橋位于主橋上游側21 m，全長712.4 m。棧橋標準寬度為10.0 m，標準跨度為15 m。棧橋頂高程為＋1 110.500 m。棧橋采用鋼管樁＋貝雷梁＋鋼橋面板結構形式。棧橋滿足150 t履帶吊、掛-120汽車通行(見圖4)。

圖4 棧橋布置(單位:m)

棧橋第三聯寬度增加到18 m，兼做起始節間鋼梁吊裝平臺。除滿足前述車輛通行要求外，尚且滿足150 t履帶吊吊裝起始節間鋼梁等作業要求。

(2)鋼梁從中跨跨中向兩側橋墩方向架設，與基礎施工同步進行

為實現上部結構與下部結構同步施工，在3×168 m連續鋼桁梁柔性拱下布置臨時墩。臨時墩布置見圖5。在下部結構施工的同時，搭設臨時墩支架，之后架設鋼梁[12]。

圖5 3×168 m連續鋼桁梁柔性拱臨時墩布置(單位:m)

11＃～12＃墩間起始4個節間鋼桁梁采用150 t履帶吊機站位于吊裝平臺(棧橋第三聯)拼裝；14＃～15＃墩間起始4個節間鋼桁梁采用150 t履帶吊機站位于便道上拼裝。

鋼梁拼裝順序為外側下弦桿——內側下弦桿——橋面板——外側腹桿——外側上弦桿——內側腹桿——內側上弦桿件——上平聯。

鋼梁起始節間及架梁吊機拼裝共需要38 d，正好位于低溫季節。因低溫對于鋼梁焊接和栓接均不利，故拼裝鋼梁起始4個節間時，橋面板暫不焊接，需栓接的構件暫采用沖釘替代，以避開極寒天氣的影響，待氣溫升高再對結構進行連接。在臨時墩頂布置三向位移測量裝置，以便調整鋼梁的位置。

起始節間鋼梁架設完成后，架梁吊機由汽車通過便道和棧橋運輸至已經拼裝好的起始4個節間鋼桁梁處，由150 t履帶吊機站位于吊裝平臺(11＃～12＃墩)或地面(14＃～15＃墩)上，在起始節間上各拼裝2臺架梁吊機。每臺架梁吊機占用2個節間鋼梁空間。架梁吊機拼裝完畢后雙懸臂架設鋼桁梁。架梁吊機初始站位見圖6。

圖6 架梁吊機初始站位示意

3.2 連續鋼桁梁與柔性拱同步施工技術

中跨連續鋼桁梁施工完成后，柔性拱與連續鋼桁梁開始同步架設。柔性拱中拱及1.5個邊拱共28個節間采用40 t架拱吊機拼裝。為方便柔性拱架設，采取如下技術措施:

(1)采用穿拱架拱吊機吊裝柔性拱

由于40 t架拱吊機先架設中拱，后架設邊拱，架拱吊機需要穿越柔性拱。架設邊拱的60 t或75 t架梁吊機拼裝完邊跨鋼桁梁后，后退至40 t架拱吊機拼裝好的柔性拱處，從柔性拱中部開始，往邊墩方向倒退架設剩余6個節間柔性拱(見圖7)。

圖7 40 t全回轉吊機穿拱示意

架拱吊機走行時，利用翻轉油缸使底盤支點平轉90°，使之不與吊桿沖突，走行到位后再將支點反轉90°，使之支承在鋼梁上弦桿上并錨固，開始架設柔性拱。

吊機軌道設置在上弦桿與平聯連接的節點處，吊機走行到位后由吊機自帶滑移裝置向前滑移。

(2)調整拱腳2個節間的拱平聯安裝時機

為方便40 t架拱吊機通過，安裝柔性拱時，拱腳2個節間的拱平聯不能與拱同步安裝，需待40 t架拱吊機穿拱后再采用履帶吊機站位于棧橋上拼裝。

(3)設置架梁吊機臨時站位平臺

邊拱合龍時，2臺40 t架拱吊機站位于13＃墩頂的站位平臺上，60 t或75 t架梁吊機站位于10＃或16＃墩頂站位平臺上。站位平臺由弦桿、豎桿和橫向聯接系組成，弦桿和豎桿與鋼梁節點采用螺栓連接(見圖8)。

圖8 邊拱合龍時架梁吊機站位

(4)采用柔性拱拱腳合龍技術

為消除柔性拱合龍口相對位移，方便拱腳合龍，可利用合龍口附近支墩上的千斤頂頂落梁。分析表明在溫度較高時，合龍口相對位移較小，可以直接合龍。實際施工時通過實測溫度及觀察合龍口變化情況，采取在合適溫度時直接合龍的方法合龍柔性拱。

4 結束語

銀川機場黃河特大橋采用的“橋梁下部結構與上部結構原位同步施工、連續鋼桁梁與柔性拱同步施工”的施工方法最突出的特點是通過采取合理的技術措施，在保證施工質量和經濟合理性的前提下實現了鋼桁梁柔性拱的快速施工，其優點有以下幾個方面:

(1)鋼梁與下部結構同步施工，鋼梁施工開始時間提前，縮短了總工期。

(2)相對先施工下部結構后施工上部結構，下部結構的施工時間受鋼梁影響小，可利用的施工時間更長，有助于保證下部結構的施工質量。

(3)鋼梁在原位施工，避免異位搭設支架施工然后采用滑移、頂推或轉體等施工方法移動到設計橋位，有效降低了支架結構規模并減少了工序，降低了施工難度，具有更好的經濟性，工期更省。

(4)臨時墩的設置增加了鋼桁梁的剛度，鋼桁梁與柔性拱同步施工時變形小，便于梁、拱之間的連接，降低了施工難度，縮短了鋼梁施工的工期。

(5)穿拱架拱吊機及站位平臺設置，可以根據施工進度情況，調整鋼梁安裝工序和吊機配置，提高吊機的利用率并避免設備調配問題影響工期。

(6)柔性拱合龍口設置在拱腳而非跨中，降低了合龍難度，有助于縮短工期。實際施工時，直接在合適的溫度合龍，合龍時間短。