高鐵連續梁轉體不銹鋼殼合龍施工技術

丁進福 DING Jin-fu

（中鐵建二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概況

1.1 工程簡介

新建南玉鐵路是設計時速350km/h 高鐵，連接南寧至玉林，遠期可延伸至深圳，是“南深高鐵”的一段，福慶特大橋位于廣西南寧市五合社區境內，橋梁全長945.16m，設計為雙線高速鐵路橋梁，其中11#墩～12#墩采用（60+100+60）m 連續梁跨越湘桂線2 股道，先采用掛籃對稱懸臂灌注連續梁，然后再轉體就位，轉體到位后在兩股道間施做2m 合龍段。

轉體連續梁位于曲線半徑R=11000m、橋面縱坡為17.9‰，梁體為單線單室，橋面寬12.6m，底板寬6.7m，截面中心線處梁高為7.835m，梁底部分設計為二次拋物線變化，0#塊中心和邊跨梁端梁高4.85m。11#墩梁翼緣板邊離湘桂鐵路上行線20.46m，12#墩梁翼緣板邊離湘桂鐵路下行線20.04m，單側“T 構”轉體長度為98m，轉體角度43°，轉體重量6000t。（圖1-圖2）

圖1 轉體主橋立面示意圖

圖2 轉體主橋平面示意圖

圖3 不銹鋼殼結構大樣圖（cm）

1.2 中跨合龍施工難度

中跨合龍段轉體后斜交兩線間，梁體底比湘桂鐵路上行線接觸網頂高1.04m，比下行線接觸網頂高0.91m，距離上行線承力索水平距1.7m，距離下行線承力索水平1.2m，施工難度大，安全風險高。原設計中跨合龍段采用懸吊支架現澆施工，不僅耗時長、構件復雜、人員設備多，安裝及拆除吊架均在線路上方，極易造成事故。原設計方案需要較多的天窗點封鎖施工，湘桂鐵路為I 級鐵路干線，封鎖手續和封鎖時間辦理困難，工期無法滿足施組要求，需要對方案進行優化改進。

2 合龍方案設計與優化

2.1 普通鋼箱方案設計

通過查找資料采用普通鋼殼（鋼箱）轉體后合龍的成功案例日漸增多，普通鋼殼主要由三部分組成：預埋段鋼殼、嵌補段鋼殼、吊掛系統。預埋段鋼殼、嵌補段鋼殼一般采用1.2cm 厚Q235 鋼板卷制再焊接而成，外形與梁體的外輪廓一致，加工完成后進行涂防護漆保護。

不銹鋼殼安裝到位時模板采用精軋螺紋鋼吊掛系統加固，最后進行合龍段混凝土常規澆筑。

普通鋼殼通過分析有以下幾個缺點：一是鋼板剛性弱、強度差，且為整體一塊，吊裝過程極易變形，加固調整模板難度大；二是采用涂防護漆在焊接過程中或者碰撞時，漆層極易脫落，后期難以進行防腐處理，防腐效果不佳導致鋼板耐久性差；三是嵌補段鋼殼與預埋段鋼殼焊接易產生面板變形，影響合龍段外觀質量。

綜上所述，為解決普通鋼殼的工藝缺點，需對該設計方案進行改造優化，一是要提升鋼殼強度確保安全穩定，二是要節約人工、機械、設備的安裝成本，加快施工進度，三是要后續維修保養簡化，達到不銹鋼的防腐時間。

2.2 不銹鋼鋼殼方案優化設計

解決了普通鋼殼施工過程的難點，改進了鋼殼材質，鋼殼塊數，優化了懸吊系統，使安裝更簡單，鋼殼整體剛度更強。

①鋼殼材質改進。鋼殼面板及肋板由原來Q235 鋼板改進為304 不銹鋼材質，鋼板厚度為1.2cm，鋼板的化學成分和機械性能滿足美國標準American standard ASTMA240/A240M 相關產品技術標準，不銹鋼相比于Q235 鋼材耐久性和耐腐蝕性要好，無需進行涂防護漆施工，方便操作及安裝。強度比Q235 鋼板高出2 倍左右，因此安裝后強度更高，穩定性更好。

無需對鋼板表面進行打磨處理，清潔簡單，光潔度好，焊接結果好。鋼殼面板采用大型卷板機根據箱梁外輪廓尺寸整體卷制，再進行焊接，邊框與面板焊縫均為角焊縫質量等級要求II 級，面板對接焊縫質量等級要求I 級熔透焊。

②不銹鋼殼結構組成形式改進。預埋段鋼殼、嵌補段鋼殼原設計為一塊整體吊裝，為方便運輸及安裝作業，改進為三節，底板B2，腹板加翼緣板A2、C2。節段連接處采用加勁肋，并預留φ22 螺栓連接，先安裝底板再拼接腹板加翼緣板，此改進采用分批分段吊裝方式，避免采用大噸位吊車進行吊裝造成既有線施工安全隱患，大大提高了現場施工場地的適用性。（圖4）

圖4 不銹鋼殼分塊示意圖（cm）

③不銹鋼殼懸吊系統加強優化。為避免在砼澆筑過程中鋼殼外部變形，影響箱梁整體外觀質量，結合掛籃懸臂施工工藝，優化了鋼殼懸吊系統，腹板位置雙拼36I 勁性骨架上設置2 根32 精軋螺紋鋼吊桿，整個箱梁共計設置8 根，底板及翼緣板等鋼殼加勁板位置采用1.5cm 厚不銹鋼板“Г”形焊接牢固，“Г”頂部鉆孔后用2cm 厚墊片加精軋螺母加固。

同樣連接方式腹板豎向采用2 根32 精軋螺紋鋼對拉，縱向設置3 道，預埋段鋼殼和嵌補段鋼殼各1 道，施工時測量好尺寸，一端固定另一端擰緊，擰緊長度控制在2cm 以內。

翼緣板采用雙25I 吊架，吊架伸入已澆筑梁端1m，距離翼緣板端頭60cm，加固方式同底板形式。（圖5）

圖5 不銹鋼殼懸吊系統加強示意圖（cm）

懸吊系統加強優化受力分析，因鋼殼整體結構未變化，原設計已考慮鋼殼強度、剛度、穩定性要求，優化增加了8 根32 精軋螺紋鋼吊桿后，按合龍段2m 混凝土自重為68t，鋼殼自重為13.54t，支架內模為5.5t，合計87t 重量計算，根據一根32 精軋螺紋鋼屈服強度為830MPa（83t）可得，按精軋螺紋鋼屈服強度70%計算，83t×0.7÷87t≈5 倍，采用8 根32 精軋螺紋鋼做吊桿安全系數提高5 倍。

3 施工工藝流程及操作要點

不銹鋼殼在大型鋼模制造廠加工生產，在工廠已進行試拼及出廠驗收，焊縫已經過探傷檢測，各項指標均滿足圖紙要求后再運至現場，嵌補段鋼殼橫向尺寸縮小1cm，確保能搭接至預埋段鋼殼內。

3.1 主要施工工藝流程

不銹鋼殼法施工合龍段主要流程有兩個：一是懸臂施工連續梁末節段模板調整后不銹鋼殼的預埋，鋼殼外輪廓面要與掛籃模板緊密相貼，接口位置需用泡沫膠封堵；二是連續梁完成轉體后，球鉸位置上下承臺混凝土封固達到強度后進行合龍段嵌補節段鋼殼吊裝。其余工序類似于其他方法的合龍段施工。不銹鋼殼法施工合龍段工藝流程如圖6、圖7 所示。

圖6 不銹鋼殼施工合龍段工藝流程

圖7 不銹鋼殼法安裝平面圖（單位mm）

3.2 預埋段鋼殼安裝

先用全站儀、鋼尺、吊陀等測量工具在末節掛籃模板上定位預埋段鋼殼位置，確保預埋不銹鋼殼位置的中線與掛籃模板中線重合，預埋至混凝土錨固長度為55cm，板面與梁體外露面平齊，安裝中不斷測量跟蹤校正，保證鋼殼外輪廓面與掛籃模板緊密相貼。梁體鋼筋與鋼殼肋板間需焊接牢固，波紋管通過肋板間預留孔洞時需平順，不能損傷波紋管。末節混凝土澆筑過程中需放慢速度，時刻監控測量不銹鋼殼中線和標高，防止混凝土澆筑過快或者振搗過大鋼殼位移，澆筑完成后及時復測鋼殼位置，確保在規范允許范圍內。

3.3 轉體過程精度控制

①中線精度控制，轉體前在T 構懸臂端底板頂和頂板頂放出中心點，做好牢固的標記，在上承臺轉盤位置安裝轉體刻度盤，標記梁端弧度、轉體角度、轉盤弧度等數據，用于指揮主控臺，最后1°采用點動控制轉體，以梁面全站儀測量數據為主，用全站儀對梁體軸線上的觀測點進行連續觀測，指揮轉體操作人員調整轉體速度點動到位，確保兩“T”構合龍口誤差在±15mm 以內。

②標高精度控制，在懸臂段梁面設3 個標高觀測點，轉體中每隔5°測量一次，用于確定梁體是否處于平衡狀態，當梁端標高出現大于8cm 的偏差時，應馬上啟動應急預案，增加配重或者卸載配重，保證梁體始終保持相對平衡狀態。轉體到位后，以測量結果為依據，采用千斤頂在下承臺位置頂上轉盤調整標高，使梁端標高滿足設計要求±10mm 以內。

3.4 嵌補段不銹鋼殼安裝

嵌補段不銹鋼殼均在封鎖點內實施，湘桂鐵路上、下行線路均要停電接地方可施工。嵌補段長度為1.14m，搭接至預埋鋼殼底板上，搭接長度為12cm，搭接處采用不銹鋼滿焊。

①在橋梁轉體施工前，將嵌補段不銹鋼殼準備好，將鋼殼吊裝至預先確定位置，位置要與轉體稱重配置所確定重量吻合，不能給懸臂梁造成不平衡力矩。

②轉體完成后轉體承臺完成封固鎖定，封鎖點內用75t 吊車將10t 吊車吊至梁面，用10t 吊車采用鋼絲繩捆綁方式將不銹鋼殼進行安裝，安裝時先吊底板，底板與預埋鋼殼點焊加固好后再吊裝腹板塊，吊裝過程及時調整銜接位置，滿足設計要求后對跨中梁面作業區進行封閉。

③最后進行嵌補段不銹鋼殼與預埋段整體焊接，形成整體封閉體系。橫向焊接時先施焊底板再焊接腹板和翼緣板，采用不銹鋼焊條焊接，每隔50cm 位置用1.5cm 厚“15×15cm”不銹鋼板進行加強焊接，確保鋼殼整體焊接牢固。（圖8）

3.5 合龍段施工

①鋼筋、波紋管安裝，鋼筋在大型鋼筋加工廠集中加工后吊運至梁面，再用人工搬至鋼殼內安裝，安裝過程無需封鎖線路，按常規合龍段鋼筋進行施工。

②混凝土澆筑，合龍段箱殼混凝土采用地泵一次澆筑成型，需要在凌晨封鎖線路3 小時，對接觸網進行斷電接地，澆筑速度控制在12m3/h，歷經2.5h 澆筑完成。（圖9）

圖9 合龍段混凝土澆筑施工現場

4 不銹鋼殼合龍施工效果

一是節省施工工期，采用不銹鋼殼合龍施工，鐵路天窗點時間大大縮短，節省施工工期約12 天，確保工期目標按期完成。二是不銹鋼殼采用工廠化生產，運至現場拼裝簡單，施工速度快，安全可靠，減少既有線施工安全風險，鋼殼合龍既是替代了模板作業，又作為混凝土鋼混結構一部分，不用拆除，大大減少施工工程量。三是節約人員及機械投入成本，鐵路天窗點使用減少，降低了設備管理單位的人員配合投入及施工機械設備的投入。四是較好解決了上跨既有鐵路轉體橋中合龍施工、鋼殼生銹、安裝困難等難題，減小后期工務部門對鋼箱的防腐施作難題。

5 結束語

目前連續梁轉體采用鋼殼技術在逐步形成成熟的工藝，如何更高效、快捷、安全地施工還是有很多技術可以創新總結，改進的技術不銹鋼殼在改項目福慶特大橋的成功應用，既加快施工進度，節約較大成本，又確保安全和后續養護，取得了很好的社會和經濟效益，在類似高鐵、公路轉體橋梁施工中具有廣泛應用前景。