跨洪奇瀝水道特大橋鋼桁柔性拱架設方案比選★

王海波 程世玉

(中鐵六局集團有限公司，北京 100036)

1 工程概況

廣州南沙港鐵路為國家重點鐵路項目，是廣州國際航運中心建設重要支撐以及珠三角西部貨運通道的重要組成部分,線路自廣珠鐵路新建的鶴山南站引出，止于南沙港區(qū),全長88.026 km。

跨洪奇瀝水道特大橋為廣州南沙港鐵路控制性工程，主橋全長998.8 m。采用下承式連續(xù)鋼桁梁柔性拱結構，跨度布置(138+360+360+138)m，主橋孔跨布置具體見圖1。

鐵路等級為Ⅰ級鐵路，無道砟軌道；雙線鐵路，線間距4.0 m；設計行車速度120 km/h；主橋平面位于直線上，橋面縱坡為平坡；橋面寬度為15 m；通航標準為Ⅰ級航道，通航凈空300×24；地震動峰值加速度系數(shù)0.1g；

本橋采用下承式鋼桁梁柔性拱，鋼桁梁兩片主桁，桁高16 m，桁間距15 m，寬跨比1/24；柔性拱矢高65.0 m，矢跨比1/4.67采用華倫式，節(jié)間長度為13.5 m和14 m，全橋共72個節(jié)間，在鋼桁的三個中支點處向邊跨側2個節(jié)間和向中跨側1個節(jié)間布置下加勁，下加勁高16 m。

鋼桁梁采用縱橫梁明橋面，在兩片鋼桁下弦節(jié)點處設置橫梁，橫梁間通過四根縱梁相連，縱梁在橫橋向間距2 m，縱梁間通過系桿相連?？v梁每隔2個節(jié)間設置縱向活動鉸。兩片主桁的下弦節(jié)點間通過X下平聯(lián)相連。

2 鋼桁梁柔性拱架設重難點分析

跨洪奇瀝水道特大橋主橋為鋼桁柔性拱結構，主跨達360 m，柔性拱高度為65 m，橋梁結構體系新穎，技術標準高、架設難度大，通過分析本橋架設施工的重難點如下：

1)鋼桁梁懸臂架設，懸拼距離長。

本橋主跨為360 m，受河道影響，在主跨設置水中臨時墩進行鋼桁梁懸拼架設，最大懸拼距離達98 m。

2)懸臂架設，跨中合龍。

239號墩鋼梁采用雙懸臂架設跨中合龍，為確保鋼梁的安裝精度和懸臂安裝整體穩(wěn)定性，其墩旁托架的結構形式的選擇尤為重要。

3)合龍點多。

鋼桁柔性拱為2片主桁空間結構，鋼桁梁、柔性拱合龍點多，且合龍點空間坐標的變化因素多，合龍精度高，施工難度大。

4)穩(wěn)定和線型控制。

主橋鋼桁梁采用大跨度懸臂拼裝，柔性拱采用整體提升，如何確保柔性拱安裝過程的穩(wěn)定性及線型是施工難點。

5)保障主航道通航。

主跨處于主航道上方，鋼梁的架設過程中對航道的安全防護，以及如何做好臨時墩的防護為本工程的重點。

6)抗臺風措施。

本橋所處位置為臺風高發(fā)區(qū)，施工工程中如何做好抗臺風干擾，確保結構及施工安全為本項目難點。

3 施工場地布置

根據(jù)現(xiàn)場場地及航道情況，現(xiàn)場搭設棧橋配合上下部結構施工，小里程棧橋從岸邊搭設至239號墩，大里程側棧橋從岸邊搭設至240號墩，在239號～240號墩之間預留航道，保證航道通行。

在小里程239號墩棧橋端頭設置1臺60 t桅桿吊作為上料碼頭，大里程在棧橋端頭設置一臺80 t桅桿吊作為上料碼頭；預拼場設置在橋址附近，鋼梁桿件水運進場，碼頭桅桿吊卸船，通過棧橋汽車運輸至吊裝位置，再用橋面吊機從棧橋取梁；239號和240號處各設置一個提升站，通航孔鋼梁通過在下弦設置運梁小車，水平運輸至吊裝區(qū)進行懸臂拼裝。

4 鋼桁梁架設方案比選

4.1 鋼桁梁架設

4.1.1方案一：臨時支墩配合對稱懸拼、頂落梁合龍施工方案

分別在邊跨和主跨設置臨時墩，邊跨前4個節(jié)間鋼桁梁采用履帶吊在支架上安裝，后在鋼梁上弦設置1臺75 t橋面架梁吊機，向跨中懸臂拼裝，在239號墩處設置墩旁托架，采用浮吊在墩旁托架上安裝4個節(jié)間鋼梁及臨時桿件，在安裝的鋼梁上表面設置2臺橋面架梁吊機，進行對稱懸拼至合龍口，采用頂落梁及縱橫移措施調(diào)整鋼桁梁合龍口精度，在設計要求的合龍溫度下完成鋼桁梁的依次合龍，方案一施工示意圖見圖2。

4.1.2方案二：扣塔拉索配合臨時支墩對稱懸拼、拉索調(diào)整合龍施工方案

分別在238號～240號墩各設置一座墩旁托架，利用浮吊在墩旁托架上方架設4個節(jié)間鋼桁梁，并在各墩鋼梁上拼裝2臺75 t橋面吊機，利用棧橋和下弦進行鋼梁桿件的水平運輸，進行鋼桁梁懸臂拼裝施工，利用扣塔和鋼絞線對拉鋼桁梁，平衡鋼桁梁自重和施工荷載，對稱懸臂拼裝至合龍口進行合龍?？鬯捎盟踹M行分段安裝，塔吊附著于扣塔上，扣塔根部與鋼桁梁上弦鉸接，通過縱橫移調(diào)整里程，扣塔拉索調(diào)整標高進行鋼桁梁的合龍，在設計要求的合龍溫度下完成鋼桁梁的依次合龍，方案二施工示意圖見圖3。

4.2 鋼桁梁架設方案對比分析

通過兩個方案可操作性，在設備投入、臨時結構工程量、鋼桁梁合龍及施工工期方面進行對比，并分析優(yōu)缺點，具體如表1所示。

表1 鋼桁梁架設方案比較簡表

方案一優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：1)大型吊裝設備投入少；2)墩旁托架及扣塔等臨時結構數(shù)量少；3)鋼桁梁架設施工高度低，無扣塔和拉索，施工安全風險可控，且臺風影響較??；4)合龍口少，通過縱橫移及頂落梁進行合龍口的調(diào)整，施工較為簡便，可操作性高；5)項目整體施工成本低，經(jīng)濟效益高。

缺點：1)鋼桁梁架設工作面少，導致整體架設工期較長，但能夠滿足合同工期要求；2)架設施工中為滿足抗傾覆系數(shù)大于1.3的要求，需要在邊墩設置拉錨措施，將鋼桁梁與邊墩錨固。

方案二優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：懸拼工作面多，整體架設工期短。

缺點：1)大型設備投入較多，且設備工效低；2)臨時結構較多，扣塔及拉索施工難度較大；3)合龍口較多，扣塔及拉索調(diào)整合龍口操作復雜，操作性差。

通過以上兩個方案的比較和優(yōu)缺點分析，方案一具有安全風險低、操作性較強，投入少，經(jīng)濟效益高的特點，選用為本橋的架設施工方案。

5 柔性拱架設方案比選

5.1 柔性拱架設方案

5.1.1方案一:拱上分段臥拼+垂直提升架設方案

在鋼桁梁的上弦設置臨時支架體系，利用全回轉(zhuǎn)橋面吊機進行柔性拱桿件的臥拼施工，其中單跨拱兩側前3個節(jié)間采用原位支架法安裝，中間部分采用臥拼，對拱肋提升處進行加固，設置水平索及張拉，對弓弦式拱肋進行豎向整體提升及合龍，然后進行拱肋吊索的安裝和張拉施工，完成結構體系轉(zhuǎn)換。施工示意圖見圖4。

5.1.2方案二：拱上分段臥拼+豎向轉(zhuǎn)體架設方案

在鋼梁的上部設置臨時支架體系，利用4臺75 t全回轉(zhuǎn)橋面吊機進行柔性拱桿件的臥拼施工，設置拱肋豎轉(zhuǎn)塔架和扣索，臥拼后進行拱肋的豎向轉(zhuǎn)體施工及合龍，先豎轉(zhuǎn)小里程、后豎轉(zhuǎn)大里程側柔性拱，豎轉(zhuǎn)過程中設備背索與鋼桁梁進行拉結，豎轉(zhuǎn)到位后高空進行合龍段的安裝及焊接，完成柔性拱合龍，后進行拱肋吊索的安裝和張拉施工，完成結構體系轉(zhuǎn)換。施工示意圖見圖5。

5.2 柔性拱架設方案對比分析

通過兩個方案在可操作性，在設備投入、安全性、施工效率、經(jīng)濟效益、施工工期等方面進行對比，并分析優(yōu)缺點，具體見表2。

表2 柔性拱架設方案比較簡表

方案一優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：1)提升塔架和附著塔吊的高度低，合龍口施工高度低，抗風性能好，施工安全風險可控；2)大節(jié)段垂直提升施工，提升同步控制簡單，應急處理方便，可緊急鎖定；3)塔吊利用率高，兩跨同時提升，施工效率高；4)架設周期短。

缺點：1)全橋合龍口共計4處，合龍口數(shù)量多；2)需要設置專用提升塔架，配置4臺塔吊并附著于提升塔架上，設備投入較多。

方案二優(yōu)缺點分析：

優(yōu)點：1)塔吊投入少；2)全橋合龍口數(shù)量少。

缺點：1)提升塔架和附著塔吊的高度高，合龍口施工高度高，結構整體抗風性能較差，施工安全風險大；2)豎向轉(zhuǎn)動施工中拱肋屈曲穩(wěn)定性差，必須設置背索，且豎轉(zhuǎn)安裝及控制較難，應急處理不便；3)臨時結構的投入和施工工期不占優(yōu)勢。

垂直提升方案在經(jīng)濟上相比豎轉(zhuǎn)方案要經(jīng)濟，在施工安全性、施工效率、工期保證方面有較大的優(yōu)勢；塔吊多投入一臺，但塔吊施工覆蓋范圍廣，施工效率高，從長遠及整體上看，其經(jīng)濟性也相比方案一具有較大優(yōu)勢。

通過兩個方案的綜合比較，結合項目特點及各因素對柔性拱施工影響的敏感性，確定選用方案一為本橋的柔性拱架設施工方案。

6 結語

廣州南沙港鐵路跨洪奇瀝水道特大橋橋梁結構新穎、施工難度大，結構為同類型結構國內(nèi)最大跨度橋梁，綜合橋址場地、地質(zhì)、河道、通航等情況，通過對各種方案的優(yōu)缺點分析，確定了鋼桁梁采用臨時支墩配合對稱懸拼、頂落梁合龍施工方案，柔性拱采用拱上分段臥拼、大節(jié)段垂直提升法架設的施工方案。

目前，現(xiàn)場按照確定的施工方案進行推進，各項工作進展順利，鋼桁梁于2017年11月23日開始進行鋼桁梁架設，計劃在2018年12月份完成鋼桁梁的合龍施工，2019年6月份完成柔性拱的合龍施工和全橋結構體系轉(zhuǎn)換。