京滬高鐵濟(jì)南黃河大橋鋼梁架設(shè)施工綜合研究

摘要：濟(jì)南黃河大橋主橋鋼梁是京滬高速鐵路的控制性工程，采用懸臂拼裝法進(jìn)行施工。本文根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從臨時(shí)設(shè)施、設(shè)備的設(shè)計(jì)及采用入手，系統(tǒng)的介紹了剛性梁柔性拱的施工思路及主要的架設(shè)工藝方法，在施工中取得了很好的技術(shù)效果。

關(guān)鍵詞：鋼梁 架設(shè) 設(shè)備 合龍

1 工程概況

京滬高速鐵路濟(jì)南黃河大橋是北京至上海新建高速鐵路工程北京至徐州段濟(jì)南樞紐的主要環(huán)節(jié)和國(guó)家重點(diǎn)工程。該橋全長(zhǎng)5143.4m?？琰S河主橋?yàn)?112+3×168+112)m下承式、等高度、連續(xù)、剛性梁柔性拱橋，為四線高速鐵路，剛性主梁采用帶豎桿的等高度三角形桁架，桁高16.0m，桁寬30.0m，節(jié)間14.0m，柔性拱肋按圓曲線布置，矢高30.0m，矢跨140.0m，矢跨比1/4.67。

2 各種機(jī)械設(shè)備的選擇及臨時(shí)設(shè)施的設(shè)計(jì)

在施工過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備的選擇及臨時(shí)設(shè)施的設(shè)計(jì)施工尤其關(guān)鍵。這與總體施工思路是分不開(kāi)的。這將直接影響著后期正式施工是否順利。選擇的機(jī)械設(shè)備或臨時(shí)設(shè)施考慮的不夠充分使用條件不足時(shí)最后可能影響施工造成巨大工期及經(jīng)濟(jì)損失，選擇的機(jī)械設(shè)備性能參數(shù)過(guò)高時(shí)也會(huì)造成浪費(fèi)。

2.1 龍門吊機(jī)的選擇 龍門吊機(jī)的選擇參數(shù)主要有跨度、高度以及起重能力。本橋鋼梁架設(shè)需要在鋼梁預(yù)拼場(chǎng)設(shè)置一臺(tái)預(yù)拼龍門以及在4#5#墩邊跨設(shè)置跨線龍門?？缍取⒏叨?、起重能力的大小與龍門制造費(fèi)用成正比，因此要合理確定龍門的3個(gè)主要參數(shù)，既要考慮滿足各種工況的施工要求，又要充分利用吊機(jī)的性能，避免盲目增加造價(jià)?？缇€龍門吊機(jī)的主要作用是安裝邊跨鋼梁、拼裝架梁吊機(jī)，同時(shí)將桿件起吊至運(yùn)梁臺(tái)車上給懸臂架設(shè)時(shí)的架梁吊機(jī)“喂梁”。龍門吊機(jī)荷載根據(jù)最大起吊桿件重量確定為80t?？缇€龍門高度的確定要考慮主桁上弦標(biāo)高，運(yùn)梁車頂面至上弦頂?shù)母叨?，桿件高度以及桿件提升所需的最低高度，綜合考慮確定跨線龍門高度50m。

預(yù)拼場(chǎng)的吊機(jī)選定為高度16m，跨度30m，起重能力80t。

2.2 懸臂架梁吊機(jī)的選擇 架梁吊機(jī)的最大允許吊重量根據(jù)單根桿件確定。最大桿件為中間支點(diǎn)橫梁達(dá)64t×17m，選定吊機(jī)的最大額定重量為70t×18m。吊機(jī)吊臂的最小吊機(jī)控制桿件為正交異性橋面板，需要的最小吊距為11m。吊臂的大臂長(zhǎng)度控制桿件為拱頂拱平聯(lián)。根據(jù)拱平聯(lián)桿件的架設(shè)順序選定吊機(jī)的大臂長(zhǎng)度為38m。

2.3 運(yùn)梁設(shè)備的選擇 懸臂架設(shè)鋼梁時(shí)，需要采取設(shè)備將鋼梁桿件運(yùn)送至架梁吊機(jī)后面給架梁吊機(jī)“喂梁”。一般情況下是采取在鋼梁上弦設(shè)置運(yùn)梁臺(tái)車運(yùn)送鋼梁。本橋采取鋼梁上弦運(yùn)梁臺(tái)車與平板車橋下便道共同運(yùn)梁的措施。運(yùn)梁臺(tái)車的優(yōu)點(diǎn)是載重大，缺點(diǎn)是運(yùn)行速度慢，裝卸及試吊時(shí)危險(xiǎn)性高，并且只能存放一根桿件必須等臺(tái)車上的桿件架設(shè)后才能返回進(jìn)行下一桿件的裝運(yùn)，距離過(guò)長(zhǎng)工序就銜接不上影響架設(shè)；采用平板車運(yùn)梁的優(yōu)點(diǎn)是速度快，均在橋下作業(yè)，安全性高，可提前將桿件運(yùn)送并放置在橋下，不足是載重?。ㄗ畲筝d重35t）。因此對(duì)于35t以下的桿件采用平板車運(yùn)送至架梁吊機(jī)便道處，35t以上的桿件采用運(yùn)梁臺(tái)車運(yùn)送。因此，在設(shè)計(jì)便道時(shí)懸臂架梁吊機(jī)在該吊距下的允許荷載以及施工棧橋的承載能力都需要全盤考慮。在采用該“喂梁”方法后，鋼梁架設(shè)工序銜接緊湊，生產(chǎn)效率大大提高。

2.4 臨時(shí)墩的設(shè)計(jì)施工 臨時(shí)墩的設(shè)計(jì)主要考慮荷載及高程的影響。特別需要注意在邊跨支架架設(shè)鋼梁時(shí)，臨時(shí)墩頂?shù)臉?biāo)高需要考慮廠設(shè)拱度的影響。

2.5 鋼梁預(yù)拼場(chǎng)的設(shè)置 鋼梁預(yù)拼場(chǎng)垂直于線路布置，主要用于鋼梁桿件的存放和預(yù)拼，設(shè)計(jì)時(shí)一般需要考慮2周的架設(shè)桿件數(shù)量。

3 鋼梁架設(shè)

3.1 鋼梁總體安裝思路 根據(jù)鋼梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及河道的水流情況，在黃河南灘地4#5#墩上游側(cè)設(shè)置預(yù)拼場(chǎng)，4#5#墩邊跨采用支架法安裝，支架上鋼梁安裝完畢后，在鋼梁上弦拼裝懸臂架梁吊機(jī)，隨后進(jìn)行懸臂安裝。懸臂拼裝鋼梁完畢后，架梁吊機(jī)后退至拱的位置進(jìn)行拱的安裝。懸臂安裝需要在跨中設(shè)置臨時(shí)起頂支墩。跨中臨時(shí)起頂支墩除了減少懸臂架設(shè)的跨度并調(diào)整主梁的橫縱豎三向位移外，還通過(guò)起頂跨中臨時(shí)支墩對(duì)鋼梁拱進(jìn)行合龍。

3.2 邊跨鋼梁的安裝 支座及支架搭設(shè)好后，即可進(jìn)行邊跨鋼梁架設(shè)。

3.2.1 首節(jié)鋼梁的安裝。①首節(jié)鋼梁下弦桿件E0節(jié)點(diǎn)中心長(zhǎng)度只有2.78m，需要與E1在預(yù)拼場(chǎng)預(yù)拼后方能進(jìn)行安裝，預(yù)拼是必須保證線形。②架設(shè)前，提前將支座橫向中心點(diǎn)及E1下墊塊、主桁中心點(diǎn)用紅線標(biāo)出。起吊安裝時(shí)，使得桿件中點(diǎn)與墊塊及支座上的標(biāo)識(shí)線完全重合后松鉤。③E0E1桿件安放完畢后，即進(jìn)行安裝E0處橫梁，按順序安裝余下桿件。E0～E1節(jié)間桿件安裝順序：E0E1組合下弦桿—E0端橫梁—E1橫梁—E0E1橋面板—E0A1端斜桿—E1A1豎桿S1—A1上弦桿—A1橫聯(lián)吊桿K撐—A1橫聯(lián)—E0A1橋門架。

3.2.2 邊跨其余節(jié)段安裝。邊跨每節(jié)間桿件安裝順序如下：下弦桿—橫梁—橋面板—斜桿—豎桿—上弦桿—吊桿K撐—橫聯(lián)—上平聯(lián)。

桿件安裝按照鋼梁桿件安裝工藝進(jìn)行安裝。單個(gè)節(jié)間桿件安裝完畢，即可按高強(qiáng)度螺栓施擰工藝進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓施擰。

3.3 懸臂鋼梁架設(shè) 4#墩至5#鋼梁桿件安裝完畢，在第7節(jié)間拼裝架梁吊機(jī)。架梁吊機(jī)通過(guò)驗(yàn)收合格可使用后，即可進(jìn)行鋼梁懸臂拼裝。

懸臂鋼梁桿件安裝順序：下弦桿—斜桿—豎桿—上弦桿—橫梁—橋面板—吊桿K撐—橫聯(lián)—橋門架（僅墩頂斜桿處）—上平聯(lián)。

懸臂鋼梁架設(shè)的控制要點(diǎn)是盡早使結(jié)構(gòu)形成閉合三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，控制好懸臂架設(shè)沖釘?shù)闹睆?，高?qiáng)度螺栓施擰完畢后架梁吊機(jī)方能移動(dòng)架設(shè)下一節(jié)間桿件。

3.4 鋼梁拱的安裝 主梁安裝完畢后，架梁吊機(jī)退后至1#墩，從北往南依次架設(shè)3個(gè)拱。拱桿件的安裝順序?yàn)椋簝蓚?cè)吊桿→兩側(cè)拱弦→拱上平聯(lián)。

對(duì)于拱上平聯(lián)的安裝，主要有2種方法：第一種是先將十字撐兩端的橫撐安裝完成后再安裝十字斜撐，特點(diǎn)是施工方便，安全性高，在安裝拱頂處的拱平聯(lián)時(shí)吊機(jī)大臂長(zhǎng)度增加很多，吊機(jī)制造技術(shù)、費(fèi)用均高出很多；另外一種是在拱頂附近高處時(shí)先將十字斜撐安裝完畢后再安裝下一個(gè)橫撐，特點(diǎn)是在橫撐未安裝時(shí)十字斜撐成懸臂狀態(tài)，穩(wěn)定性不高，吊機(jī)大臂長(zhǎng)度較第一種要短，費(fèi)用低。

經(jīng)過(guò)2種吊機(jī)的性能、費(fèi)用對(duì)比后，本橋采用了在拱低節(jié)點(diǎn)段先橫撐后十字斜撐，拱高節(jié)點(diǎn)段先十字斜撐后橫撐的安裝方法，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果和技術(shù)效果。

4 鋼梁架設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 懸臂架設(shè)的精度控制 鋼梁懸臂架設(shè)的精度對(duì)后期拱的架設(shè)以及成橋后的線形至關(guān)重要。尤其是鋼梁拱度的控制。拱度達(dá)不到要求必然使后期的道砟用量增加，提高橋梁的自重，影響結(jié)構(gòu)受力。在施工過(guò)程中，要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，每架設(shè)完一節(jié)間后，要在夜間氣溫比較穩(wěn)定的時(shí)候?qū)︿摿壕€形進(jìn)行精確測(cè)量。將測(cè)量后的結(jié)果與理論成果進(jìn)行對(duì)比，如有誤差，尋找原因。

4.1.1 嚴(yán)格控制懸臂架設(shè)時(shí)沖釘?shù)闹睆?，做到定期檢查。懸臂架設(shè)時(shí)，要經(jīng)常對(duì)同批次鋼梁實(shí)際眼孔尺寸進(jìn)行測(cè)量。并且由于沖釘在使用過(guò)程中直徑會(huì)變小也要在使用3-4次后進(jìn)行量測(cè)，嚴(yán)格將沖釘?shù)闹睆娇刂圃诒妊劭字睆叫?.15～0.2mm之間。

4.1.2 避免主桁的扭轉(zhuǎn)。橋面的偏載將會(huì)引起主桁的扭轉(zhuǎn)。尤其是隨著懸臂段的加長(zhǎng)扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)更加明顯。因此懸臂段鋼梁盡量少放重量大的設(shè)備，不可避免時(shí)要盡量對(duì)稱放置或者放在兩主桁中間。在懸臂端經(jīng)過(guò)跨中或正式墩時(shí)要對(duì)兩主桁的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，使得兩主桁高差不大于2mm。

4.1.3 加強(qiáng)工序的控制。架梁吊機(jī)移位前，確保主桁高強(qiáng)度螺栓全部終擰。橋面板的焊接最多滯后架設(shè)2個(gè)節(jié)間。

4.2 鋼梁調(diào)整

4.2.1 鋼梁調(diào)整的原理。鋼梁調(diào)整采用可實(shí)現(xiàn)三維調(diào)整的起頂裝置進(jìn)行。鋼梁調(diào)整前確保各節(jié)段的高強(qiáng)度螺栓必須終擰完畢，焊接完成，以防鋼梁受橫向水平力的影響造成鋼梁軸線發(fā)生曲折。鋼梁調(diào)整設(shè)備由下往上依次為：臨時(shí)墊石（墩頂與鋼梁起頂距離過(guò)高而增加的墊石）、滑道梁、不銹鋼板、MGE板、上墊梁、油頂、鋼梁起頂支撐處?；瑒?dòng)面為不銹鋼板與MGE板接觸面。不銹鋼板與MGE板之間抹高壓硅脂降低其摩擦系數(shù)，其余結(jié)構(gòu)接觸面墊石棉布增加其摩擦系數(shù)。豎向頂梁采用豎向千斤頂，橫縱向頂梁采用布置在滑道梁上的水平千斤頂，通過(guò)水平向油頂推頂上墊梁而帶動(dòng)鋼梁在滑動(dòng)面處水平移動(dòng)實(shí)現(xiàn)移梁目標(biāo)。

4.2.2 鋼梁調(diào)整設(shè)備的改進(jìn)創(chuàng)新。①將油頂不直接放在上墊梁上而是將油頂放在頂座內(nèi)。頂座四周為[18，底板采用4mm鋼板滿焊（保證不漏油）在四周[18上。②根據(jù)鋼梁桿件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外側(cè)懸出一根扁擔(dān)梁，內(nèi)側(cè)通過(guò)橋面板的T肋使用剪刀式自鎖夾，使用時(shí)，只需2個(gè)手拉葫蘆，將油頂提起，即可直接在油頂座下面墊軌排，解決了現(xiàn)油頂在起頂過(guò)程中墊軌排時(shí)需反復(fù)將油頂移除的難題，降低了起頂難度，加快了起頂速度，節(jié)省了起頂時(shí)間，同時(shí)可將泄漏的液壓油全部回收在頂座內(nèi)，節(jié)省液壓油成本，同時(shí)又避免了污染墩身和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境?？傮w結(jié)構(gòu)示意圖如下：

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4.3 拱的合龍控制 拱在拱腳合攏的基本方法是在下弦進(jìn)行起頂，通過(guò)跨中與拱腳處（桁梁支座處）的起頂高度差控制拱的合攏。這和拱的作用是為了減少跨中撓度是一致的。為了能順利合龍，在拱弦安裝時(shí)，保留最后3根拱弦之間連接的高強(qiáng)度螺栓不終擰，但為了增加拱結(jié)構(gòu)的臨時(shí)安全穩(wěn)定性，拱平聯(lián)、吊桿等的螺栓全部終擰。

濟(jì)南黃河大橋鋼梁采用跨中起頂，拱腳合龍的技術(shù)措施，在無(wú)擴(kuò)孔的情況下，方便快速的完成了合龍桿件的無(wú)應(yīng)力合龍，操作簡(jiǎn)單，可靠性高，單個(gè)拱的合龍時(shí)間不到4小時(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)南黃河大橋鋼梁2009年3月17日開(kāi)始架設(shè)， 2009年12月15日實(shí)現(xiàn)了主梁的貫通，比預(yù)期工期提前2個(gè)月完成。并且在主梁的架設(shè)過(guò)程中，創(chuàng)造了單月最高架設(shè)10節(jié)鋼梁的施工記錄。2010年4月14日全橋鋼梁拱架設(shè)完畢。鋼梁成橋線形完全符合設(shè)計(jì)要求，主桁結(jié)構(gòu)全部無(wú)擴(kuò)孔閉合，三個(gè)拱全部在無(wú)擴(kuò)孔的情況下順利合龍。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為以后類似工程施工提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳一釗.濟(jì)南黃河特大橋主橋剛性梁架設(shè)工藝——鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2011年03期.