銀西高鐵銀川機(jī)場黃河特大橋主橋施工方案研究

荀永納

【摘 要】新建銀川至西安高速鐵路南起西北地區(qū)中心城市西安，向西北經(jīng)陜西省咸陽市、甘肅省慶陽市、寧夏回族自治區(qū)吳忠市后接入寧夏回族自治區(qū)首府銀川市。銀川機(jī)場黃河特大橋?yàn)殂y西高鐵線的控制性工程，具有工程量大、橋長、技術(shù)含量高、施工難度大的特點(diǎn)，特別是主橋2聯(lián)（3×168 m）連續(xù)鋼桁柔性拱結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)新穎，技術(shù)復(fù)雜，施工難度大。由于水中10#主墩基礎(chǔ)必須采用鋼套箱圍堰施工，因此造成下部結(jié)構(gòu)占用工期較長。為實(shí)現(xiàn)14個(gè)月總工期，采用下部結(jié)構(gòu)和鋼梁同時(shí)施工的方案，以確保實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】銀西高鐵；銀川機(jī)場黃河特大橋；連續(xù)鋼桁柔性拱；施工方案

【中圖分類號(hào)】U442.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）08-0062-05

0 引言

銀西鐵路銀川機(jī)場黃河特大橋橋址位于寧夏回族自治區(qū)銀川市東南，銀川河?xùn)|機(jī)場西側(cè)，距銀古高速上游3.2 km。本橋起始里程為DK609+361.59，終點(diǎn)里程為DK623+176.41，橋梁全長13 814 m。其中，主橋長度為1 208.4 m，東岸引橋長度為293.32 m，西岸引橋長度為12 313.1 m。

（1）銀川機(jī)場黃河特大橋主橋橋跨總體布置（如圖1所示）。主橋橋跨布置為1-96 m簡支鋼桁梁+2聯(lián)（3×168 m）連續(xù)鋼桁柔性拱+1-96 m簡支鋼桁梁。雙線鐵路，采用有渣軌道，設(shè)計(jì)時(shí)速目標(biāo)值為250 km/h。

主梁采用下承式鋼桁梁結(jié)構(gòu)，桁高12.8 m，兩桁中心距為13.8 m，采用正交異性鋼橋面板和混凝土道渣槽板的橋面體系，上弦以上拱圈矢高28 m，下弦以下支點(diǎn)高14 m。

每聯(lián)（3×168 m）連續(xù)鋼桁柔性拱共分為44個(gè)節(jié)間，其中節(jié)間長度為12 m的有20個(gè)，節(jié)間長度為11 m的有24個(gè)。每孔96 m簡支鋼桁共分為8個(gè)節(jié)間，節(jié)間長度為12 m，桁高12.8 m，兩桁中心距為13.8 m。全橋共分為104個(gè)節(jié)間。主橋鋼梁總重為24 811 t，其中連續(xù)鋼桁柔性拱線荷載為21.7 t/m，簡支鋼桁梁線荷載為15.4 t/m。

主橋墩號(hào)為9#～17#墩。主橋墩基礎(chǔ)均采用鉆孔樁基礎(chǔ)。10#～16#墩采用20-φ2.0 m鉆孔樁，樁長75～80 m；9#、17#墩采用15-φ2.0 m鉆孔樁，樁長75～80 m。主橋墩承臺(tái)均為矩形，10#～16#墩承臺(tái)尺寸為25.2 m×18.95 m×6 m；9#墩承臺(tái)尺寸為25.2 m×13.7 m×5 m；17#墩承臺(tái)尺寸為25.2 m×15.2 m×5 m。墩身均采用門式墩。

（2）主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鐵路等級(jí)：高速鐵路。正線數(shù)目：雙線；設(shè)計(jì)速度：250 km/h，預(yù)留進(jìn)一步提速條件；正線間距：5.0 m；最小曲線半徑：7 000 m；最大坡度：20‰，困難地段不大于30‰；到發(fā)線有效長度：650 m；列控方式：自動(dòng)控制。

（3）工程特點(diǎn)。本工程主要為橋梁工程施工，標(biāo)段內(nèi)橋梁共一座特大橋座，主要特點(diǎn)如下：本工程線路設(shè)計(jì)時(shí)速為250 km/h，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求較高，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的耐久性、強(qiáng)度和剛度要求高；銀川機(jī)場黃河特大橋具有工程量大、橋長、技術(shù)含量高、施工難度大的特點(diǎn)，特別是主橋2聯(lián)（3×168 m）連續(xù)鋼桁柔性拱結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)新穎，技術(shù)復(fù)雜，施工難度大；施工工期要求緊，全線需考慮冬季施工，主橋施工需考慮冰凌影響；橋位處于銀川市的門戶地帶，是銀川對(duì)外展示城市新形象的窗口，景觀要求高。本標(biāo)段范圍內(nèi)與公路交叉之處眾多，交通干擾大。線路經(jīng)由地區(qū)跨越的溝渠較多，必須妥善處理好施工對(duì)環(huán)境的影響。

1 該橋施工方案研究

為實(shí)現(xiàn)14個(gè)月的總工期，該橋主橋施工采用的總思路是基礎(chǔ)與鋼梁同步施工。

在主橋范圍內(nèi)修筑棧橋和便道，棧橋和便道均采用雙幅，用于下部結(jié)構(gòu)施工及鋼梁架設(shè)，每幅寬度取10 m。

10#、11#墩基礎(chǔ)位于水上，采用先平臺(tái)后圍堰法施工；9#及12#～17#墩基礎(chǔ)采用筑島施工，每個(gè)墩考慮布置2臺(tái)旋挖鉆機(jī)施工鉆孔樁。圍堰形式根據(jù)受力大小分為雙壁鋼套箱、鋼管樁圍堰和鋼板樁圍堰。墩身高度小于10 m時(shí)，一次澆筑，大于10 m時(shí)分2次澆筑。

下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)，在平行于橋軸線附近設(shè)置臨時(shí)支墩，利用架梁吊機(jī)拼裝鋼梁。鋼梁從連續(xù)鋼桁梁的中跨跨中向兩側(cè)架設(shè)，完成一聯(lián)的鋼桁梁安裝后，繼續(xù)架設(shè)拱肋桿件，完成鋼梁所有桿件的安裝。

當(dāng)墩身及墊石施工完成后，將已架設(shè)完成的鋼梁橫移至設(shè)計(jì)位置，最后起頂整聯(lián)的鋼梁，安裝正式支座。

1.1 基礎(chǔ)施工

1.1.1 總體施工方案

該橋主墩墩號(hào)為9#～17#墩，其中10#、11#墩為深水基礎(chǔ)，9#墩位于陸地上，12#～17#墩在10年一遇水位時(shí)水深約1.8 m，枯水期則為岸灘。主墩基礎(chǔ)參數(shù)及施工方法見表1。

距銀川60余km遠(yuǎn)的黃河石嘴山水文站近2年來的水文數(shù)據(jù)表明，黃河上游水位一年里的變化幅度不大，如2015年，最高水位為+1 088.25 m，最低水位為+1 086.20 m，變化僅2.05 m。

因此，結(jié)合水文資料，確定10#、11#墩采用先平臺(tái)后圍堰法施工，其余墩均筑島后采用陸地法施工。因工期的需要，每個(gè)墩均配置2臺(tái)SR460旋挖鉆機(jī)鉆孔。

鉆孔頂平面高程為+1 111.90 m，平面尺寸為42 m×39.05 m，考慮2臺(tái)SR460旋挖鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)要求。基礎(chǔ)采用φ1 000 mm鋼管樁，上部為貝雷梁結(jié)構(gòu)。

承臺(tái)施工完成后，繼續(xù)施工墩身。墩身高度小于10 m時(shí)，一次澆筑完成，大于10 m時(shí)分2次澆筑。

1.1.2 10#墩雙壁鋼套箱圍堰施工

10#墩采用雙壁鋼套箱圍堰施工承臺(tái)。在鉆孔完成后，在平臺(tái)上拼裝雙壁鋼套箱圍堰，接高護(hù)筒，在護(hù)筒頂設(shè)吊掛，之后拆除圍堰范圍內(nèi)的鉆孔平臺(tái)并以護(hù)筒為導(dǎo)向下放圍堰，著床后邊吸泥邊下沉，到設(shè)計(jì)深度后澆筑封底混凝土?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，圍堰內(nèi)抽水，分2次施工承臺(tái)。

圍堰總高18.5 m，壁厚2.0 m，封底混凝土厚度為4.5 m，設(shè)置2層內(nèi)支撐。

1.1.3 11#墩鎖口鋼管樁圍堰施工

11#墩采用鎖口鋼管樁圍堰施工承臺(tái)。在鉆孔完成后，拆除圍堰范圍內(nèi)的鉆孔平臺(tái)并吸泥，安裝2層內(nèi)支撐，以內(nèi)支撐為導(dǎo)向插打鎖口鋼管樁，圍堰內(nèi)吸泥至設(shè)計(jì)深度，澆筑封底混凝土，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，圍堰內(nèi)抽水，分2次施工承臺(tái)。

圍堰所采用的鎖口鋼管樁直徑為φ820 mm×16，總長為28 m，其中入土深度為10 m。圍堰封底混凝土厚度取4.0 m。

1.1.4 其余墩鋼板樁圍堰施工

其余墩均采用鋼板樁圍堰施工承臺(tái)。鋼板樁圍堰設(shè)置2層內(nèi)支撐。鉆孔完成后，插打鋼板樁，之后圍堰內(nèi)開挖至一定深度，安裝頂層內(nèi)支撐；之后繼續(xù)開挖至具備安裝底層內(nèi)支撐條件的深度，安裝底層內(nèi)支撐，繼續(xù)開挖至設(shè)計(jì)深度，澆筑封底混凝土，施工第一層承臺(tái)；之后，在第一層承臺(tái)周邊填砂，并澆筑80 cm高的混凝土，達(dá)到強(qiáng)度后，拆除底層內(nèi)支撐，施工第二層承臺(tái)。

鋼板樁采用拉森Ⅵ型，長度取21 m，設(shè)置2層內(nèi)支撐，封底厚度取2.0 m。

1.2 鋼桁梁制造及運(yùn)輸

該工程鋼梁主桁、橋面系構(gòu)件采用Q370qE材質(zhì)的鋼材，主桁下弦內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)板及內(nèi)側(cè)腹板鋼材應(yīng)滿足Z35性能要求。上平聯(lián)、拱肋平聯(lián)、橫聯(lián)、橋門架采用Q345qE。該橋采用整體節(jié)點(diǎn)和鋼橋面板有焊接工作量大、焊接類型多、焊接變形大的特點(diǎn)，鋼梁制造過程中焊接的質(zhì)量與桿件組裝精度是控制工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分考慮制作、運(yùn)輸?shù)纫蛩?，總體制造思路如下：工廠鋼桁梁桿件制造，橋面系在工廠制造板單元，通過鐵路及公路運(yùn)輸至預(yù)拼存放場，預(yù)拼、存放。桿件在安裝前，須在預(yù)拼廠內(nèi)預(yù)拼后完成工地拼裝、焊接、補(bǔ)涂裝和修補(bǔ)等全部工作。

1.3 鋼桁梁預(yù)拼

在橋位附近設(shè)置鋼梁預(yù)拼場，占地2.27 hm2（34畝），滿足鋼梁預(yù)拼及存放的需要。

鋼梁預(yù)拼的主要目的是在預(yù)拼場內(nèi)將鋼梁組件拼裝成單元體，便于架設(shè)時(shí)在高空對(duì)接，減少高空吊裝次數(shù)。鋼梁預(yù)拼設(shè)置有專門的預(yù)拼臺(tái)座，預(yù)拼臺(tái)座根據(jù)具體的要求進(jìn)行布置。

預(yù)拼臺(tái)座要保證被拼裝桿件支座受力狀態(tài)良好，避免桿件因預(yù)拼而發(fā)生變形或受損傷的現(xiàn)象。預(yù)拼時(shí)，要按照單元組拼圖、釘栓圖、清查桿件編號(hào)和數(shù)量。在基本桿件上標(biāo)出釘栓長度區(qū)域線，起吊重心位置和單元重量。

預(yù)拼好的鋼梁桿件發(fā)送時(shí)，應(yīng)與架設(shè)相對(duì)應(yīng)，按架設(shè)提供的順號(hào)發(fā)送鋼梁預(yù)拼組件。

1.4 鋼桁柔性拱架設(shè)方案

1.4.1 總體施工方案

因工期的需要，鋼梁架設(shè)需與基礎(chǔ)施工同步進(jìn)行，總體施工方案如下。

9#～13#墩鋼梁：在基礎(chǔ)施工的同時(shí)，在平行于橋軸線附近搭設(shè)臨時(shí)支墩，利用架梁吊機(jī)完成鋼梁桿件安裝后，橫移鋼梁至設(shè)計(jì)位置，起頂鋼梁，安裝正式支座。

13#～17#墩鋼梁：在基礎(chǔ)施工的同時(shí)，鋼梁利用履帶吊在臨時(shí)支墩上拼裝，待墩身施工完成后，繼續(xù)安裝墩頂節(jié)間鋼梁，之后起頂鋼梁，安裝正式支座。

1.4.2 鋼梁架設(shè)主要施工步驟

1.4.2.1 步驟一

鋼梁架設(shè)步驟一如圖2所示。

（1）施工墩位處兩側(cè)棧橋及運(yùn)輸便道；之后進(jìn)行主體下部結(jié)構(gòu)施工。

（2）利用履帶吊機(jī)平行于橋軸線附近拼裝9#～13#墩鋼梁臨時(shí)主墩；利用履帶吊機(jī)于橋軸線處拼裝13#～17#墩鋼梁臨時(shí)主墩。

（3）利用2臺(tái)履帶吊機(jī)在11#～12#墩孔的跨中安裝鋼梁初始2節(jié)間，之后在初始節(jié)間鋼梁上拼裝2臺(tái)架梁吊機(jī)。

（4）利用4臺(tái)履帶吊機(jī)在14#～15#墩孔跨中向兩側(cè)拼裝鋼梁。

1.4.2.2 步驟二

鋼梁架設(shè)步驟二如圖3所示。

（1）2臺(tái)架梁吊機(jī)拼裝完成并試吊后，后續(xù)的10#～13#墩鋼梁由架梁吊機(jī)架設(shè)，1臺(tái)履帶吊機(jī)留在11#～12#墩孔跨中作為鋼梁桿件提升站。

（2）13#～16#墩鋼梁繼續(xù)采用履帶吊向兩側(cè)懸臂架設(shè)，墩頂節(jié)間鋼梁預(yù)留。

（3）96 m簡支鋼桁梁采用履帶吊機(jī)從邊墩向連續(xù)鋼桁梁方向架設(shè)。

1.4.2.3 步驟三

鋼梁架設(shè)步驟三如圖4所示。

10#～13#墩拱肋桿件利用架梁吊機(jī)后退架設(shè)；13#～16#墩拱肋桿件利用履帶吊機(jī)架設(shè)。

1.4.2.4 步驟四

鋼梁架設(shè)步驟四如圖5所示。

10#～13#墩拱肋架設(shè)完成后，利用履帶吊機(jī)拆除架梁吊機(jī)。

1.4.2.5 步驟五

鋼梁架設(shè)步驟五如圖6所示。

（1）在墩身完成施工后，9#～13#墩利用橫移滑道橫移鋼梁至設(shè)計(jì)位置；13#～17#墩鋼梁墩頂節(jié)間采用履帶吊機(jī)繼續(xù)架設(shè)。

（2）起頂鋼梁，安裝正式支座。

（3）進(jìn)行橋面槽渣槽板等輔助結(jié)構(gòu)施工。

（4）拆除臨時(shí)支墩。

1.4.3 架梁設(shè)備

1.4.3.1 桿件重量

鋼梁桿件重量見表2。

1.4.3.2 架梁吊機(jī)

在懸臂端各采用一臺(tái)70 t全回轉(zhuǎn)架梁吊機(jī)起吊和安裝各類桿件，吊機(jī)站位在鋼梁上弦。鋼梁桿件由履帶吊機(jī)提升上橋，鋼橋面板上設(shè)置運(yùn)梁的軌道，運(yùn)輸至鋼梁前端，由架梁吊機(jī)起頂安裝。

1.4.3.3 履帶吊機(jī)

全橋鋼梁布置4臺(tái)200 t履帶吊用于。初始節(jié)間鋼梁安裝、鋼梁提升站及96 m簡支桁梁桿件安裝，主臂長度取64.5 m，履帶吊站位于地面或棧橋上。

1.4.4 臨時(shí)支墩

根據(jù)施工要求，9#～13#墩在平行于橋軸線附近設(shè)置鋼梁架設(shè)臨時(shí)支墩，鋼梁架設(shè)完成后，橫移至墩位處。 13#～17#墩在原位設(shè)置鋼梁架設(shè)臨時(shí)支墩。

臨時(shí)支墩采用鋼管樁結(jié)構(gòu)，樁頂布置分配梁，分配梁頂設(shè)置三向千斤頂，滿足鋼梁桿件安裝過程中位移調(diào)整的需要。

9#～13#墩鋼梁每跨均設(shè)2條橫移滑道，從拼裝位置至設(shè)計(jì)位置。

2 主要階段工期

計(jì)劃工期：443日歷天（14個(gè)月），計(jì)劃開工日期：2016年8月15日；達(dá)到鋪軌條件日期：2017年10月31日。關(guān)鍵工程施工效率如下。棧橋及便道施工：60 d；

鉆孔平臺(tái)施工：60 d；鉆孔樁施工：60 d；圍堰施工：10#墩105 d，其余墩90 d；承臺(tái)施工：60 d；墩身施工：45 d；臨時(shí)支墩施工：60d；架梁吊機(jī)拼裝及試吊：60 d；鋼梁架設(shè)：105 d；鋼梁橫移及支座安裝：20 d；墩頂節(jié)間鋼梁及支座安裝：45 d。

3 關(guān)鍵線路分析與確定

本段施工組織的關(guān)鍵線路如下：施工準(zhǔn)備→主橋基礎(chǔ)及下部施工→主橋上部鋼梁架設(shè)→現(xiàn)澆道渣槽板→橋面及附屬工程。

4 施工建議

（1）目前，主墩基礎(chǔ)采用20φ2 m鉆孔樁，樁徑較小，樁的數(shù)量大，為節(jié)省鉆孔樁施工工期，建議適當(dāng)增大樁徑以減少樁的數(shù)量，建議樁徑取φ2.5 m。

（2）目前，各個(gè)承臺(tái)頂高程埋置深度均不小于3 m，考慮到此處受航運(yùn)影響較小，適當(dāng)抬高承臺(tái)，可縮短基礎(chǔ)施工時(shí)間。建議各墩承臺(tái)高程均抬高2 m。

（3）建議鋼梁桿件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)架設(shè)的方向設(shè)置大節(jié)點(diǎn)的方向，并且控制桿件重量在50 t以內(nèi)。同時(shí)，根據(jù)鋼梁架設(shè)方案調(diào)整合龍口位置，方便現(xiàn)場快速合龍。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)銀川機(jī)場黃河特大橋主橋的施工方案研究，使我們對(duì)黃河上的橋梁施工有了更深入的認(rèn)識(shí)，尤其是在14個(gè)月內(nèi)完成規(guī)模如此大的工程，不論在技術(shù)方案上還是在組織管理上，難度都是非常大的。文中提出的橋梁基礎(chǔ)和上部鋼梁同時(shí)施工的設(shè)想對(duì)于今后類似工程的施工具有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司.新建銀西鐵路銀川至吳忠客專工程銀川機(jī)場黃河特大橋初步設(shè)計(jì)圖[Z].2014.

[2]鐵建設(shè)〔2015〕29號(hào)，鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]鐵建設(shè)〔2009〕226號(hào)，鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)指南[S].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]