合江長(zhǎng)江一橋200 t級(jí)鋼管拱肋節(jié)段拼裝工藝

王建軍，韓 玉，馮 智，秦大燕

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530011)

合江長(zhǎng)江一橋200t級(jí)鋼管拱肋節(jié)段拼裝工藝

王建軍，韓 玉，馮 智，秦大燕

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530011)

文章結(jié)合世界最大跨徑鋼管混凝土拱橋——主跨530m合江長(zhǎng)江一橋的200t級(jí)鋼管拱肋節(jié)段拼裝工程實(shí)例，介紹了臥拼和立拼兩種鋼管拱肋節(jié)段拼裝工藝方法，指出兩種工藝都是可行的，立拼工藝更接近拱肋安裝施工的正式狀態(tài)，而臥拼工藝可以大大提高施工的效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性。通過立拼檢驗(yàn)證明，當(dāng)控制軸線偏位在±3mm以內(nèi)時(shí)，臥拼工藝可以達(dá)到規(guī)范規(guī)定的精度，200t級(jí)鋼管拱肋節(jié)段拼裝推薦采用臥拼方法。

鋼管混凝土拱橋；200t級(jí)；鋼管拱肋節(jié)段；立拼；臥拼；工藝

0 引言

橋梁鋼結(jié)構(gòu)的拼裝方法包括實(shí)物預(yù)拼和數(shù)字預(yù)拼，數(shù)字預(yù)拼雖然省時(shí)省力，且相關(guān)技術(shù)隨著科技的發(fā)展已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但大部分情況下仍需通過實(shí)物預(yù)拼進(jìn)行最終檢驗(yàn)[1]。實(shí)物預(yù)拼最好能反映鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際安裝施工時(shí)的狀態(tài)，以橋梁鋼塔結(jié)構(gòu)為例，早期基本采用立置拼裝的方式。但是隨著橋梁跨度逐漸增大，鋼塔結(jié)構(gòu)規(guī)模不斷向巨型化發(fā)展，若全部采用立置拼裝，將大大降低施工效率，因此近期的大型橋梁鋼塔基本采用水平拼裝方式。鋼管混凝土拱橋最大跨度已經(jīng)超過500 m，節(jié)段單件重量達(dá)到200 t級(jí)別，體量巨大，拱肋節(jié)段的拼裝方式，是決定制作效率和精度的關(guān)鍵，必須結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行對(duì)比研究，明確關(guān)鍵控制參數(shù)，確定合理的拼裝工藝。

1 背景工程介紹

合江長(zhǎng)江一橋拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，主孔跨度為530 m，凈跨徑500 m，凈矢跨比為l/4.5，拱軸系數(shù)為1.45。拱頂截面徑向高為8.0m；拱腳截面徑向高為16.0m，肋寬為4.0m；每肋為上、下各兩根φ1 320×22(26、30、34)mm、內(nèi)灌C60混凝土的鋼管混凝土弦管，通過橫聯(lián)鋼管φ762×16mm和豎向兩根腹桿φ660×12mm鋼管連接而構(gòu)成。吊桿和拱上立柱間距為14.3m，吊桿處豎向兩根腹桿(拱腳段為立柱處徑向兩根腹桿)間設(shè)橫隔，加強(qiáng)拱肋橫向連接，見圖1。

圖1 吊桿處拱肋截面示意圖

2 拼裝工藝分析

合江長(zhǎng)江一橋主拱肋最大截面高度為16m，最大節(jié)段長(zhǎng)度>40m，最大分段重量達(dá)192t。組裝如此龐大的構(gòu)件，還要必須保證安裝后各拱肋分段四根弦管對(duì)接順利，根據(jù)前期的研究和分析，要求接縫錯(cuò)位≤2mm、各拱肋分段在標(biāo)高正確情況下法蘭盤密貼度必需控制在0.02mm以內(nèi)，難度非常大。要保證拱肋精度，必須進(jìn)行全過程變形控制，控制的指標(biāo)主要是弦管軸線偏移及分段支撐面標(biāo)高，控制的內(nèi)容主要包括拼裝精度控制和焊接變形控制。

拱肋實(shí)際安裝施工時(shí)是立置狀態(tài)的，因此采用實(shí)物立式制作與拼裝方式是最符合實(shí)際狀態(tài)的[2]，但由于拱肋節(jié)段體量巨大，若都采用立式制作與拼裝(立制、立拼)方式，將會(huì)導(dǎo)致施工效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性大大降低，若從一開始就僅采用臥制、臥拼式制作與拼裝(臥制、臥拼)方式，又存在安裝精度不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過綜合考慮，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，大橋最終決定采用以臥式制作和拼裝為主、立式拼裝檢驗(yàn)控制的方式進(jìn)行拱肋結(jié)構(gòu)的制作與拼裝施工。

拱肋節(jié)段臥式拼裝時(shí)采用“1+3”預(yù)拼工藝方案，在臥拼胎架上完成主拱肋預(yù)拼、腹桿相貫線焊接及接頭連接件的安裝工作；立式拼裝時(shí)采用單側(cè)“2+1”個(gè)分段拼裝的工藝方案。

3 臥拼工藝

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及分析，臥拼時(shí)分段的軸線偏位控制在±3mm內(nèi)(通過測(cè)量支撐面標(biāo)控制)。

臥裝組焊工序見表1。

4 立拼工藝

立式拼裝按照拱肋安裝時(shí)的立面狀態(tài)進(jìn)行拼裝，能直觀反映拱肋安裝過程中的實(shí)際狀態(tài)，易于發(fā)現(xiàn)和解決加工中存在的問題[3]。

表1 臥裝組焊工序表

4.1 立拼胎架設(shè)計(jì)

合江長(zhǎng)江一橋最大拱肋尺寸為40 683×16 053×7 000mm，分段立制后，最大高度達(dá)17.5m。為保證拼裝精度，胎架選用4根φ508mm×8鋼管為立柱的支撐架，上部安裝Ⅰ22a工鋼做為分配梁，立柱間通過角鋼連接，下部用地腳螺栓錨于地面；4根立柱的其中2根用于支撐分段，另2根用于安放千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)。胎架共設(shè)計(jì)2組，每組胎架中間設(shè)置4座6根φ508mm×8立柱靠架，為立制的分段提供橫向支持，保證結(jié)構(gòu)安裝。

4.2 分段翻身立置

臨時(shí)租用2臺(tái)160t龍門吊對(duì)分段進(jìn)行翻身立置及縱向的運(yùn)輸。分段尺寸大，自重大，對(duì)其進(jìn)行翻身是個(gè)危險(xiǎn)的過程。一般構(gòu)件都在龍門吊下翻身，當(dāng)重心變化的瞬間，往往產(chǎn)生較大的晃動(dòng)。對(duì)于上百噸的分段，這種晃動(dòng)對(duì)龍門吊可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。為減小重心變化帶來(lái)的晃動(dòng)，設(shè)計(jì)了臺(tái)階型的翻身胎架。翻身作業(yè)時(shí)，兩個(gè)主鉤分別掛在分段上弦的兩端，緩緩提升，分段將以下弦管為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。主鉤提升的同時(shí)，移動(dòng)起重小車，保持主鉤的豎直狀態(tài)，減小龍門吊的橫向力。分段翻轉(zhuǎn)至兩根下弦管均落在胎架上時(shí)，逐次降低臺(tái)階高度，使分段緩慢立置，有效減少分段的晃動(dòng)。完成翻身后，將分段縱向運(yùn)至立拼胎架上定位。

4.3 立拼定位

龍門吊將立拼分段縱向運(yùn)輸至胎架上方后，調(diào)整分段姿態(tài)與胎架一致，下方粗略定位，安裝GD端的止推裝置，防止分段縱向滑移。使用全站儀進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量，龍門吊配合胎架上的千斤頂進(jìn)行微調(diào)，到位后用鋼絲繩系在靠架上，節(jié)約5t的力，防止分段傾覆。掛垂線復(fù)核分段立置的垂直度，若有偏差，可通過靠架上的鋼絲繩調(diào)整。第一個(gè)立拼分段定位完成后，起吊第二個(gè)節(jié)段。第二節(jié)段輸運(yùn)至胎架上時(shí)，緩慢下放，避免法蘭盤碰撞，當(dāng)分段落在胎架上后，利用龍門吊緩慢使法蘭貼合，千斤頂微調(diào)配合。將2～3根沖釘打入法蘭盤，使螺栓孔對(duì)位，上螺栓栓緊。后續(xù)分段重復(fù)上述步驟直至完成整個(gè)節(jié)段拼裝。

5 拼裝檢驗(yàn)分析

對(duì)于合江長(zhǎng)江一橋這種大跨徑桁架式拱肋，進(jìn)行全面立式制作和拼裝的措施費(fèi)、安全風(fēng)險(xiǎn)均將成倍增加，因此僅進(jìn)行立式拼裝，作為對(duì)臥式制作和拼裝的一種完善、檢測(cè)和驗(yàn)證。本橋立式拼裝的主要檢測(cè)指標(biāo)為：拱肋軸線的偏位、法蘭盤的密貼情況。

5.1 偏位測(cè)量

為避免溫度變化導(dǎo)致測(cè)量誤差，測(cè)量時(shí)間均安排在清晨6：00，氣溫穩(wěn)定[4]。沿拱段布置12個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在觀測(cè)點(diǎn)處安裝棱鏡，連續(xù)觀測(cè)2d。以拱段1～4為例，最終拱段偏位結(jié)果見圖2(由于部分觀測(cè)點(diǎn)某個(gè)方向偏差測(cè)量視線被擋，部分結(jié)果缺失)。

(a)縱向偏位

(b)橫向偏位(軸線偏位)

(c)豎向偏位

拱肋軸線偏差(對(duì)應(yīng)圖2中的橫向偏位)為控制的關(guān)鍵指標(biāo)，將立拼總長(zhǎng)做為跨徑長(zhǎng)度，計(jì)算軸線偏位的精度應(yīng)達(dá)到：L/6 000=10 205/6 000=17mm。圖中每一分段的12個(gè)控制點(diǎn)中，90%的控制點(diǎn)偏移值<10mm，最大值為17mm，均滿足要求?？v向偏位和豎向偏位也都控制在合理范圍內(nèi)。

5.2 法蘭盤密貼檢查

根據(jù)《鐵路鋼橋制造規(guī)范》[5]要求，使用塞尺檢查法蘭盤密貼情況，塞尺厚度選用0.2mm。拱段1～3的法蘭盤檢查結(jié)果見圖3。

圖3 法蘭盤密貼度檢查情況圖

由圖3可知，法蘭盤的密貼度均達(dá)到95%以上，符合規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

大型鋼管拱肋節(jié)段的拼裝工藝選擇對(duì)施工的精度、效率、經(jīng)濟(jì)和安全有著重要影響，通過對(duì)合江長(zhǎng)江一橋200t級(jí)的鋼管拱肋節(jié)段進(jìn)行臥拼和立拼工藝實(shí)踐和檢驗(yàn)，可以得到以下結(jié)論：

(1)大型鋼管拱肋節(jié)段采用立拼和臥拼工藝都是可行的。

(2)采用臥拼工藝可以大大提高施工的效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

(3)200t級(jí)鋼管拱肋節(jié)段臥拼時(shí)只要分段的軸線偏位控制在±3mm內(nèi)，雖然立置后會(huì)產(chǎn)生一定的變形差異，但仍可控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

(4)綜合考慮各因素，200t級(jí)鋼管拱肋節(jié)段拼裝推薦采用臥拼工藝。

本文研究可為200t級(jí)的鋼管拱肋節(jié)段制作提供指導(dǎo)，也為更大體量的鋼管拱施工提供了參考。

[1]袁長(zhǎng)春.430m跨上承式鋼管混凝土拱橋拱肋節(jié)段雙肋整體拼裝施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(5)：43-47.

[2]劉崇亮.宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋鋼管拱拼裝和豎轉(zhuǎn)施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(8)：158-163.

[3]謝大鵬，胡國(guó)偉.高速鐵路大跨度梁拱組合橋鋼管拱原位拼裝方案設(shè)計(jì)研究[J].高速鐵路技術(shù)，2014(3)：100-104.

[5]TB10212-2009，鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

Assembling Technology of 200 t Steel-tube Arch Rib Segments in Hejiang Yangtze I Bridge

WANG Jian-jun，HAN Yu，F(xiàn)ENG Zhi，QIN Da-yan

(Guangxi Road and Bridge Engineering Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530011)

Combined with the 200 t steel-tube arch rib segment assembling engineering example of the world’s largest span steel-tube concrete arch bridge-Hejiang Yangtze I Bridge with main span of 530m，this article introduced the assembling technology method of horizontal assembling and vertical assemb-ling of steel-tube arch rib segments，pointed out that these two processes are both feasible，the vertical assembling process is much closer to the official state of arch rib installation and construction，while the horizontal assembling process can greatly improve construction efficiency，economy and safety.Through the inspection verification of vertical assembling，when the control axis deviation is within ±3 mm，the horizontal assembling process can achieve the accuracy required by the specification，and the horizon-tal assembling method is recommended for the assembling of 200 t steel-tube arch rib segments.

Steel-tube concrete arch bridge；200 t level；Steel-tube arch rib segments；Vertical assembling；Horizontal assembling；Process

王建軍(1982—)，高級(jí)工程師，主要從事公路與橋梁的施工與管理工作；韓 玉(1972—)，教授級(jí)高工，主要研究方向：道路與橋梁工程；馮 智(1963—)，教授級(jí)高工，主要研究方向：道路與橋梁工程；秦大燕(1980—)，高級(jí)工程師，主要研究方向：道路與橋梁工程。

U448.22+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.010

1673-4874(2015)07-0039-04

2015-06-08