大跨度单线铁路连续梁拱桥拱肋拼装提升施工技术秦浩胜

大跨度单线铁路连续梁拱桥拱肋拼装提升施工技术秦浩胜
发布时间：2021-09-22T02:40:20.557Z 来源：《防护工程》2021年14期作者：秦浩胜
[导读] 结合新建铁路马鞍山郑蒲港铁路专用线牛屯河特大桥先梁后拱柔性拱桥设计与施工技术，阐述了退行低拼+整体提升的原理，解决了小间距大跨度并与既有高速公路小角度斜交情况下的诸多施工困难，同时介绍了关键工艺和施工技术，对于类似工程具有很强的推广应用价值。

秦浩胜
中铁二十局集团有限公司陕西西安 710016
摘要：结合新建铁路马鞍山郑蒲港铁路专用线牛屯河特大桥先梁后拱柔性拱桥设计与施工技术，阐述了退行低拼+整体提升的原理，解决了小间距大跨度并与既有高速公路小角度斜交情况下的诸多施工困难，同时介绍了关键工艺和施工技术，对于类似工程具有很强的推广应用价值。

关键词：大跨度单线铁路连续梁拱桥；拱肋拼装提升设计与施工技术；推广应用价值
Abstract：Combined with the design and construction technology of the Flexible Arch Bridge of the Niutunhe Super Large Bridge of the industrial railway in Ma'anshan，a new railway，this paper expounds the principle of retrogression，low cost and integral lifting，this paper solves many construction difficulties under the condition of small spacing and large span and Small Angle Oblique intersection with existing expressway，and introduces the key technology and construction technology，which has a strong popularization and application value for similar projects.
Key words：Long-span single-track railway continuous Girder Arch Bridge；Design and construction technology of arch rib assembling and lifting；Value of popularization and application
1.工程概况
1.1设计概况
新建马鞍山郑蒲港铁路专用线牛屯河特大桥主桥跨越合芜高速公路，其结构为（95+170+95）m预应力混凝土单线连续梁-柔性拱组合，为国内单线铁路连续梁-柔性拱组合桥最大跨度。

连续梁全长共361.7m，为预应力混凝土连续箱梁；上部结构为平行柔性拱，跨度为170m，拱矢高为34m，矢跨比f/L=1/5，拱轴线为抛物线。

拱肋采用等截面哑铃型，拱肋高3m，弦管外径为1m；拱肋弦管及缀板采用Q345qD钢，弦管壁厚20～24mm，缀板壁厚16mm，弦管及缀板内填充C55微膨胀混凝土【1】；两榀拱肋间共设置9道横撑，横撑采用φ1000×16mm和φ800×14mm的钢管，材料为Q345qD钢；全桥共设置17组双吊杆，顺桥向间距为10m，靠近拱脚局部9m【2】。

总体施工方法：先梁后拱，主梁采用悬臂浇筑施工，柔性拱采用支架拼装法施工【3】。

1.2 工程特点和难点
拱肋杆件多、要求精度高，拱度基本不相同，腹杆长度也各不相同，造成加工和拼装困难，精度控制困难。

另外主桥与高速公路斜交（42度），造成大型吊车在桥下站位困难，限制了桥下吊车吊装拱肋和支架的可能性。

另外由于是单线铁路，钢管拱净间距只有8米，使吊车大臂旋转受限，也影响了桥上吊车吊装拼组拱肋。

该单线铁路为国内最大跨度。

图1 连续梁-柔性拱组合桥示意图图2 拱肋结构示意图
2.总体施工方案
2.1 总体施工思路
根据现场的调查，存在以下难题：主桥连续梁施工完成后，由于主桥跨越合芜高速公路，且与高速公路小角度斜交（42度），拱矢高又过大，造成大型吊装设备在高速公路两侧站位无法完成作业；连续梁梁面宽度窄，拱间距小（8米），造成吊车在桥面上站位吊装时无法
顺利完成。

从这些困难因素考虑，拟设计采用“支架分段退行低拼+大节段整体提升法”进行施工。

采用2台50吨汽车吊，分别从跨中向两侧的退行顺序，先后拼装支架和拱肋。

跨中提升段安装完毕后，利用汽车吊拼装液压提升塔架和同步液压提升系统，安装原位段拱肋；调整线形后利用提升塔架垂直液压提升17.8m到设计位置进行合龙，合龙完成后拆除提升塔架和拱肋卧拼装支架，同时采用泵车按照设计要求顺序依次从拱脚顶升拱内C50自密实混凝土，最后安装、张拉、调试吊杆，涂装完成全部施工。

2.2 施工步骤
（1）步骤一：跨中2组支架和2段拱肋的安装，测量精确定位及焊接。

（4）步骤四：提升塔架和提升液压系统的安装。

（8）步骤八：支架拆除、混凝土顶升施工、吊杆安装张拉、桥面附属施工、成桥验收。

3.柔性拱架设施工
3.1 拱脚安装施工
3.1.1 拱脚安装内容
拱脚施工主要包含四个部分：
a预埋定位支架预埋件；
b安装拱脚定位支架，对拱脚进行定位；
c施工拱脚一期混凝土；
d施工拱脚二期混凝土。

3.1.2 拱脚定位骨架安装
在拱脚定位骨架施工之前，首先要复测拱脚定位支架预埋件的位置和标高，然后在进行骨架安装时要注意其垂直度和平面位置，确保与设计一致。

3.1.3 拱脚混凝土浇筑
首先浇筑拱脚一期混凝土，之后采用天泵配合串筒浇筑拱脚弦管微膨胀混凝土（C50），浇筑前要对拱脚弦管内部清洗干净。

拱脚内弦管混凝土浇筑时要掌握好浇筑速度，控制好混凝土面的上升高度，每上升30cm要振捣一次，保证混凝土密实。

拱脚二期的混凝土在边跨拱肋拼装完成后浇筑。

3.2 支架及拱肋安装
拱肋卧拼装支架共有13组支架，包括边跨节段吊装的4组和中间大节段拼装的9组支架。

低拼装所用支架钢管为Φ400×10mm螺旋钢管，连接系钢管纵向采用Φ219×6mm钢管、横向采用Φ180×6mm钢管，横梁采用2HN500×200型钢，钢管柱之间采用法兰盘形式接高。

（1）支架安装时所有材料利用拱脚塔吊进行吊装，靠近拱脚处支架采用塔吊直接安装，其余支架用运梁台车运送到桥面上采用50t吊车拼装。

安装支架是必须保证支架的垂直度，安装横梁前必须再次复测柱顶的标高，防止标高出现高出设计标高情况。

横梁安装完成后安装拱肋鞍座，安装前要再次复测拱肋投影在支架上的线形，准确安装鞍座位置。

支架安装完成后，复测拱肋鞍座的线形，验证是否与拱肋线形相匹配。

（2）拱肋节段采用2台汽车吊从跨中退步开始吊装，共计两个作业面，吊装过程中必须保证设备的规范使用。

（3）拱肋拼装过程中，误差会逐步累计加大，所以每拼装一个节段，就要对照既定坐标进行核对检查，修正误差，减少累计误差值；按照上述工序完成后续拱肋拼装。

4.柔性拱提升施工
4.1 提升施工总体布置
大节段拱肋和提升支架安装完成后按照要求对支架和拱肋焊缝强度情况进行检测，检测合格后安装水平张拉索和提升索，按照计算张拉力分级同步张拉水平索和提升索，待拱肋升高脱离支架后，检查提升系统是否存在安全隐患，经确认后继续提升拱肋，直到设计位置。

然后对线形进行调整，吊装合龙段拱肋，完成合拢段施工。

4.2 提升塔架设计及安装
提升塔架共设置四个，每个由四根立柱组成，立柱采用Φ800×12mm钢管，连接系采用Φ400×8mm钢管，立柱顶部承重横梁采用HN600×400mm型钢。

低拼拱肋大节段利用四个塔架上的四个吊点进行提升，大节段拱肋提升总重量为450t，每个提升点理论均布荷载为112.5t；每个提升吊点配备一台200t的同步千斤顶，提升索采用17根公称直径为17.8mm的钢绞线。

拱肋提升点处设置专用吊耳，与拱肋进行焊接连接，每个吊耳进行探伤检测，确保焊接质量。

塔架采用在工厂制造完成后，按照约10m的分段供应至现场；提升塔架采用汽车吊在混凝土梁面上进行分段吊装，吊装过程中，控制塔架的垂直度偏差。

4.3 水平索设计
为了保证提升过程中拱肋线形保持自身稳定状态，设计在拱肋每侧配备一根水平索，经计算单侧对拉索力为1882.9kN。

水平索采用21根公称直径为17.8mm的钢绞线。

每根水平索配备一台200t的同步千斤顶，保持持续的张拉状态，控制拱肋线形。

水平索与拱肋连接处设置水平索连接牛腿，确保张拉过程中索力合理传递到拱肋上。

图3 对拉索力（kN）示意图 4.4 整体提升施工
4.4.1 拱肋提升工艺原理
同步液压提升工艺是设置一台主控计算机，用于控制各提升油缸的同步动作，并保证位置同步【4】。

也就是说，在计算机程序中，设定一个主控点，其它吊点以主控点的位置信息为参考进行同步提升。

每个吊点安装一台距离传感器，测量该吊点的位置标高，通过网络实时传递到主控计算机系统，系统根据高差设置自动调节相应液压阀的流量，从而控制提升高度，实现各吊点的位置同步。

一旦某吊点提升高度差超出限定范围，则计算机会发出警示并停机，确保整体结构的稳定。

同时，每个吊点还设置油压传感器，实时监控各吊点的载荷变化情况，发生载荷异常突变时，计算机也会发生警示并停机。

4.4.2 拱肋提升施工
（1）首先进行试提升。

将提升钢绞线进行张拉提升，使鞍座与下部钢支架脱离，观察各部位状况，判断一切正常后进行正式提升。

（2）在整个正式提升过程中，专人记录各吊点的高程和压力，根据拱肋线型指标和油压理论数据调整提升细节，主要按以下程序循环进行调整。

操作：按要求进行加载和提升；
测量：各个吊点和位置测量点做好测量工作，及时汇总测量数据；
观察：及时观察各吊点和测量点的测量数据；
校核：把测量数据与理论数据进行比对，及时发现偏差；
分析：若有数据偏差，进行认真分析；
决策：数据符合理论数据，提升状态正常，决策继续提升；数据出现偏差，进行调整操作。

（3）提升注意事项及应急措施
整体结构提升要稳步进行，接近提升标高时要暂停整体提升，进行各吊点和测量点的观测和校核，根据线性指标和理论数据进行局部精确调整，避免出现提升超过预定标高而进行下降调整的风险。

拱肋提升关系到稳定性和结构本身的安全，必须精心组织各循环的密切配合，每道程序应签字确认，做到万无一失。

考虑拱肋在提升到位和在空中停滞时，拱肋仅有4个吊点受力，在有风荷载的作用下容易发生晃动，所以在拱肋停滞和提升到位后，每个吊点处拱肋利用钢丝绳和5t手拉葫芦与提升支架进行临时连接，防止晃动过大。

5.柔性拱合龙
施工流程：花篮螺母回缩吊装、一头固定→微调花篮螺母，使法兰盘间无缝隙→线形调整、焊接法兰盘合龙→焊接合龙段外包弦管→焊接固定拱脚。

在所有节段拼装完毕之前，根据当地气象部门提供的3～5天气象预报，选择其中1～2天进行24小时气温观测，确定其中一天气温较低且比较平稳的时间段为合拢段的锁定时间【5】。

拱肋弦管提升到位后利用汽车吊吊装合龙段一端固定到边跨节段上，然后进行全桥拱肋线形调整，继而进行转动花篮螺栓螺母，逐步使花篮螺栓与大节段拱肋密贴，然后焊接法兰盘，完成拱肋合龙。

拱肋合龙完成后，实际测量合龙段的实际长度，在梁面进行切割，把弦管对半分作两块，并保证弦管坡口的角度，然后利用汽车吊，吊装弦管和平联板焊接，完成全桥拱肋合龙施工。

6.拱肋卸载方案
拱肋合龙后进行卸载操作，实现拱肋受力状态转换。

卸载方案分为提升索、水平张拉索卸载和拼装支架卸载，卸载时，先卸载提升索和水平张拉索部分卸载，然后拼装支架卸载，最后提升索和水平张拉索完全卸载。

提升索和水平张拉索部分卸载时，每组竖直提升索和水平提升索同步卸载20%的张拉力，然后停止竖直提升索和水平提升索卸载，进行边跨小节段拼装支架卸载。

边跨小节段拼装支架卸载时先对称卸载割除靠近拱脚的支架上方的鞍座，然后再对称割除支架上方的每一个鞍座，完成拱肋受力方式的转换。

拱肋在合龙后，提升索部分卸载后拱肋自身的重量大部分由成型后的拱肋自身承受。

最后卸载提升索和水平张拉索张拉力直至完全卸载，拱肋自身重力完全由拱肋自身承受。

7.结束语
该桥为国内最大跨度单线铁路，采用退行低拼+整体提升技术，为国内首例。

该工艺可减少桥下大型机械的使用及对既有高速公路的影响，同时减少了高空作业难度，降低了安全风险和施工成本。

采用实时监测系统运用信息化手段，保证提升过程中的监测和调整，具有“高效拼装、线形可控、架设高效”的技术优势，大大改进了拱肋拼装施工工艺，为今后类似工程的建设提供宝贵的借鉴经验。

参考文献：
[1]包仪军：大跨度非对称梁拱组合桥施工控制研究-《兰州交通大学硕士论文》-2016。

[2]柯朝辉：连徐铁路东海特大桥主桥桥式方案研究-《建材与装饰期刊》-2019。

[3]苗建伟：多跨预应力砼梁拱桥合理吊杆索力和张拉优化-《东北林业大学硕士论文》-2016。

[4]杨婧文：穿心千斤顶整体提升技术在钢管桁架整体吊装中的应用-《节能期刊》-2017。

[5]谢广恕：沪宁城际铁路仙林特大桥系杆拱桥拱肋拼装施工技术-《安徽建筑期刊》-2013。