城市復雜環境下鋼箱梁架梁拼裝關鍵技術*

程少東，劉 鑫，白安娜，李超剛，高明霞，邱正清，李天海，王 堯，魏 磊

(北京城建遠東建設投資集團有限公司，北京 102209)

0 引言

我國正值道路橋梁建設的發展時期，經過多年發展，我國無論是在建設理論還是施工技術方面都取得了顯著進步，越來越多的新建筑材料、新施工技術和新工法工藝也逐步應用到工程建設中。并且隨著社會的發展，對交通的要求也在不斷提高，施工技術發展水平必須滿足社會對道路橋梁的需要，只有這樣才能不斷提高我國道路橋梁施工技術水平，讓其更好地為我國的現代化建設服務。

橋梁施工技術想要滿足橋梁建設的實際需要便必須不斷更新。特別是在目前城市環境下，橋梁施工往往會受到諸多限制，河流、交通干道、高壓線、鄰近建筑物等障礙物均會對橋梁施工造成較大影響，采用以往常規技術進行施工時，技術局限性便暴露出來。所以，必須進行轉變，創新并應用新施工技術，在提高工效的同時，切實保證道路橋梁結構質量。鋼箱梁預制拼裝施工技術是橋梁施工技術的重要組成部分之一，對城市多條件限制環境下鋼梁拼接關鍵技術的研究與應用，能有效降低具有城市環境特征的施工障礙對橋梁建造的影響，保證我國道路橋梁的施工質量，為我國橋梁施工技術的發展作出貢獻。

1 工程概況

1.1 下穿110kV高壓線的黃亦路立交橋

黃亦路立交橋是京臺高速公路與黃亦路相交的一座全互通式菱形立交橋，京臺高速公路跨越黃亦路段落箱梁設計為鋼箱梁，順橋向共含7個編號段，編號A～G，每段橫橋向為6個梁片，單個梁片均重70t，最重段為81t。其中F，G段下穿110kV高壓線。因北京市瀛海鎮瀛海家園區域城市居民用電主要依靠該線路，為保證居民用電，該線路不具備遷移條件。梁體就位后F，G段梁頂距離高壓線最低處僅為8m，如進行吊裝施工，起重機與高壓線距離不符合JGJ 46—2005《施工現場臨時用電安全技術規范》規定，大興區供電部門認為存在重大安全隱患，告知汽車式起重機在線下吊裝鋼箱梁施工一律禁止。

1.2 上跨104國道路口的瀛海鎮高架橋

瀛海鎮高架橋位于京臺高速公路起點接蒲黃榆快速路預留高架橋，第1聯共5跨，第3跨跨越104國道(南大紅門路)，跨徑54m，橋梁上部結構為鋼-混凝土疊合梁，梁高2.2m，橋梁寬度為44.6m，分左、右幅分開設置，左幅寬20.3m，右幅寬24.3m。跨路橫截面橋梁鋼梁段布設7片，單片鋼梁重70～80t。在進行第3跨鋼梁橋施工時，需在道路內設置臨時支墩占用現況104國道。104國道為一級路，跨越段恰好為德賢路與104國道交叉路口，車流量復雜，路面交通量大，可供交通導行區域小。高架橋跨越104國道段處，下部道路橫截面正上方有2處鋼梁設計接縫，按常規技術措施，需設置2處臨時支撐架，極大地影響交通通行，易造成交通安全隱患(見圖1)。

圖1 新建橋梁跨越104國道路口平面示意

2 上部空間受限的頂升架梁精確就位關鍵施工技術

鑒于北京市大興區供電部門禁止黃亦路立交橋下穿110kV高壓線線下鋼箱梁吊裝施工，項目部技術人員結合現場實際條件，參考2015年11月中旬北京三元橋使用千噸級馱運架一體機實現上千噸橋梁整體換梁案例，最終確定設置感應電防護網進行由下至上頂升安裝F，G段共12片鋼梁制作段的方案，并得到大興供電部門的認可，使得項目順利實施。

2.1 馱梁頂升機馱梁行走頂升施工技術

2.1.1頂升馱梁設備組裝

根據現場實際工況，由于預架設箱梁上部有高壓線，致使汽車式起重機安裝無法正常進行，結合實際情況考慮采用場外馱運、場內由下至上頂升的工藝進行安裝。針對本工程實際情況，項目部技術人員利用可馱重行走的行走模塊組裝了2組馱梁頂升設備，單組馱梁頂升機由2個行走模塊、均載梁、頂升支架及頂升千斤頂(100t×2，行程100cm)組成，行走模塊下部中央設有駐車轉向千斤頂(見圖2)。

圖2 項目部自組馱梁頂升設備

自組馱梁頂升設備主要優點：①組裝靈活，載重量大，按行走模塊的載重量計算，本機組最大荷載可達4 200kN；②組裝機組保留了行走模塊的轉向優點，可駐車實現90°轉向，走位方便；③設備安裝箱梁時位于箱梁下方，不受高度條件限制。

2.1.2安裝整體順序

利用橋位兩側的道路(高壓線投影10m外)，完成馱梁頂升機組裝、調試工作，在道路上將鋼梁梁段就位到馱梁頂升機上。梁段安裝縱向從南向北進行，橫向先進行右幅梁段安裝，再進行左幅梁段安裝(見圖3)。

圖3 梁段安裝序號順序平面示意

以1片鋼梁的安裝流程為例(見圖4)：

1)第1步 在旁邊空閑場地(高壓線下投影10m外)上組裝馱梁頂升機，控制好2組設備的縱向間距及角度。利用QAY300型汽車式起重機將預裝鋼梁吊至設備上，在機組頂升千斤頂行程能到達設計標高以上10cm的情況下控制梁底標高最低為宜，并臨時固定。

2)第2步 馱梁頂升機沿既定路線縱向行進至安裝位平行處。1～3號鋼梁從西側道路運輸至安裝位，4～12號鋼梁由于現場場地限制，從東側道路運輸至安裝位。

3)第3步 馱梁頂升機縱移到位后，行走模塊駐車，模塊下部千斤頂伸長支撐承重，四周輪胎就地轉向90°，接著頂升千斤頂將鋼梁整體頂升控制梁底標高比設計標高高出10cm。

圖4 鋼梁安裝步驟

表1 馱梁頂升架梁施工監測

4)第4步 馱梁頂升機橫向行走至鋼梁安裝位置，到位后頂升千斤頂落梁，將鋼梁落至臨時支架上。

5)第5步 馱梁頂升機按原路返回至初始位置，按此流程安裝下一片鋼梁。

2.2 同步控制指標及監測控制技術(見表1)

1)升降同步指標 單組馱梁頂升機2臺頂升千斤頂升降同步指標按位移量控制，即2臺千斤頂升降的位移量之差≤1cm。

監測手段：每臺千斤頂位置安排1名監測人員，采用鋼卷尺實時測量千斤頂油缸位移量，并實時進行對比，若位移量之差>1cm，停止同步升降動作，關閉其中1臺千斤頂，另一臺千斤頂進行糾偏，糾偏完成后繼續同步頂升。

2)行走同步指標 2組馱梁頂升機行走同步偏差≤20cm。

監測手段：在行走道路上劃出2組馱梁頂升機的行走路線，并在行走路線上每隔50cm標出刻度，行走時每走5m進行一次測量，發現2組馱梁頂升偏差>20cm及時進行糾偏。

3)行走地面承載力及平整度控制 控制措施：經計算設備頂升車荷載要求地基承載力為600kPa，地基釬探實測現況地基承載力為200kPa。特對設備頂升行走路線進行級配砂礫換填，換填寬度為5m(模塊寬度+1m)，厚50cm,使用重型碾壓設備碾壓密實，保證壓實系數≥0.97。查GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》，取壓力擴散角30°，擴散到現況地面壓強為183kPa<200kPa。為防止兩組馱梁頂升機出現較大高差，路面處理后，平整度δ<15mm，路面縱橫坡i<3%。

4)行走速度控制 馱梁頂升機安裝鋼梁時行走速度≤3m/min。

2.3 安裝定位精確控制技術

鋼梁定位采用馱梁頂升機初定位，三向千斤頂精定位的定位方法。馱梁頂升機安裝精度控制在10cm內，安裝完成后利用三向千斤頂對鋼梁進行精定位(精確到3mm以內),控制精度遠遠大于吊裝定位施工技術。

三向千斤頂液壓系統(包含3組獨立的手動液壓泵站系統、120t單向千斤頂行程160mm，2組50t單向千斤行程100mm、液壓膠管總成)，是一種起重位移的專用工具。應用該設備可實現對船體焊接、鐵路、公路的橋梁或類似梁式重物的位移作業，進行低高度、短距離的垂直方向(y)、橫向(x)和縱向(z)位移。該設備的滑動摩擦副由千斤頂座、立式千斤頂座上的特制滑板與立千斤頂座底部的聚四氟乙烯板組成，摩擦系數小且移動平穩。將三向千斤頂液壓系統置于鋼梁梁底與臨時支撐鋼架工字鋼之間間隙，即可輕松實現鋼梁精確就位。

3 鋼梁跨越交通要道口的懸挑架梁拼裝技術

3.1 現有常規工藝

瀛海鎮高架橋第1聯共5跨，第3跨跨越南大紅門路(104國道)，跨徑54m，按常規技術方案，需設置2處臨時支撐架，恰逢該處道路交通量大、場地狹小，不具備導行道路拓寬條件，極大地影響交通通行，易造成交通安全隱患(見圖5～7)。

圖5 鋼梁下部臨時支架三維圖

圖6 常規技術方案支架上部鋼梁接縫拼裝

圖7 鋼梁跨越104國道支架布置立面

3.2 創新懸挑架梁工藝

后經項目技術人員進行技術攻關，借鑒橋梁懸澆掛籃施工方法中橋梁合龍懸接方式進行鋼梁接縫懸拼，決定采用兩側懸挑、中支點懸拼的施工方法。采用此方法后，只需在104國道中部設置1處臨時支撐架即可，大幅度減輕施工時的交通壓力，使得工程得以順利開展(見圖8)。

圖8 單支架鋼梁懸挑接縫拼裝施工工藝示意

為保證懸拼方案施工安全和施工質量，鋼梁懸拼工況進行變形及受力分析，以本工程最不利條件建立數據模型導入MIDAS/Civil進行有限元分析后得出此方案施工時鋼梁產生形變量最大值為0.359mm<5mm，最大彎曲應力值為6.218MPa<140MPa,滿足鋼梁安裝施工規范要求(見圖9)。

圖9 鋼梁懸拼裝工況變形量與彎曲應力分析

利用BIM技術對鋼橋節段進行三維建模，模擬施工工藝，分析施工工序，優化技術方案，在鋼梁吊裝組織、施工環境分析、鋼梁組合拼裝、效果模擬等多個方面輔助現場鋼梁施工，確保了鋼梁懸拼施工順利完成(見圖10，11)。

圖10 Civil 3D軟件建立模型

圖11 模擬鋼梁吊裝進行施工部署

4 結語

案例1創新得出鋼梁橋頂升安裝架橋施工方法，利用行走機組模塊與千斤頂組合形成馱梁機，將鋼梁拼接段協調平行運輸，墩下垂直頂升，三向千斤頂精確調控就位，完成了鋼梁非吊裝拼接，保證城市居民供電的情況下解決了高壓線下鋼梁禁吊安裝的難題，豐富了架橋施工工藝的內涵。

案例2借鑒橋梁掛籃懸澆合龍工藝技術，研究出鋼架中支點支撐鋼梁合龍施工技術，使常規工藝雙支架占路才能完成的鋼梁拼裝施工僅需單支架占路便能完成，節約50%的下部道路占用面積，緩解了鋼梁跨路施工對城市社會交通通行的影響。

本文研究總結案例均為鋼箱梁安裝施工中與城市環境限制相關的具有代表性的施工問題，能提高城市環境下橋梁施工效率，降低施工難度，保證施工安全性。