交叉作業(yè)環(huán)境下系桿拱橋鋼管拱肋整體吊裝技術(shù)

廖星星 （中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

阜陽(yáng)市城南新區(qū)潤(rùn)河路與京九鐵路立交橋工程第五聯(lián)為1-104m簡(jiǎn)支下承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋面全寬29.6m，梁端拱腳范圍加寬至30.2m，雙向六車道布置。拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土拱肋，拱肋理論計(jì)算跨徑101m，計(jì)算矢高25.25m，矢跨比1/4，拱軸線采用二次拋物線。拱肋高2.6m，拱肋鋼管外徑1100mm，壁厚分16mm、20mm兩種；橫向兩片拱肋之間共設(shè)置3道桁架式橫撐，橫撐鋼管采用直徑80cm、60cm、45cm三種，壁厚12mm。

圖1 系桿拱橋效果

2 工程特點(diǎn)

潤(rùn)河路系桿拱橋與潁州南路U型槽處于同一區(qū)域施工，交叉作業(yè)多，占用時(shí)間長(zhǎng)，極易發(fā)生墜物傷人、機(jī)械傷害等安全事故。

拱橋總體采用“先梁后拱”的施工方案，主系梁、端橫梁采用支架現(xiàn)澆法施工，中橫梁及橋面行車道板采用預(yù)制吊裝法施工，單側(cè)鋼管拱肋分9個(gè)節(jié)段采用支架法拼裝施工。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，系桿拱橋下部結(jié)構(gòu)可與U型槽同步施工；主系梁、端橫梁及拱腳需在U型槽底板完工后施工，然后再進(jìn)行鋼管拱肋、中橫梁及橋面板吊裝施工。鋼管拱肋分為9個(gè)節(jié)段吊裝，除節(jié)段1、節(jié)段9預(yù)埋后與拱腳混凝土一起澆筑外，其余7個(gè)節(jié)段分批次吊裝，同時(shí)U型槽墻身、排水、路面等結(jié)構(gòu)也在同步施工，兩者長(zhǎng)時(shí)間在同一區(qū)域交叉施工，給如期完工造成極大困難。因此，選擇一種將工序從交叉作業(yè)場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)移至場(chǎng)外完成，同時(shí)壓縮在交叉作業(yè)場(chǎng)內(nèi)工序施工時(shí)間的方法就尤為重要。鋼管拱肋整體吊裝就是近年來(lái)為適應(yīng)特殊環(huán)境、滿足特殊要求而逐步發(fā)展起來(lái)的系桿拱橋施工方法，具有施工工期短，對(duì)橋下作業(yè)區(qū)域影響時(shí)間短，安全可靠、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 系桿拱橋與U型槽平面關(guān)系

圖3 系桿拱橋與U型槽立面關(guān)系

3 施工技術(shù)方案

3.1 總體工序流程

施工系桿拱橋下部結(jié)構(gòu)、同步分節(jié)段制作鋼管拱肋和橫撐→施工主系梁、端橫梁及拱腳（拱肋節(jié)段1、節(jié)段9預(yù)埋）→場(chǎng)外預(yù)制中橫梁、橋面板→安裝1/2跨徑處和緊鄰端橫梁處的中橫梁（共4道）→將運(yùn)至橋址附近的拱肋節(jié)段2～節(jié)段8和橫撐在交叉作業(yè)區(qū)域場(chǎng)外焊接成整體→鋼管拱肋整體吊裝、調(diào)整拱軸線并支固→整體吊裝鋼管橫撐→分級(jí)頂升灌注鋼管混凝土→安裝并張拉吊桿→安裝剩余18道中橫梁→安裝橋面板→施工橋面系、鋼結(jié)構(gòu)涂裝等附屬工程[1-4]。

3.2 鋼管拱肋及橫撐制作

①制作工藝流程：資源配置→鋼材校平→下料加工→單元件制作→鋼管拱分段制作→構(gòu)件涂裝、存放。

②鋼結(jié)構(gòu)制作以若干個(gè)單元件為基礎(chǔ)，分別為鋼管筒節(jié)、拱肋節(jié)段、腹腔綴板、拱腳預(yù)埋段、橫撐直桿、橫撐斜桿、橫撐豎桿、加勁鋼環(huán)及下錨箱等單元。為避讓吊桿位置，單元件主要以2m和1.8m為主，輔以小部分1m及其他尺寸。單元件對(duì)接環(huán)向焊縫與吊桿中心線、腹腔綴板焊縫錯(cuò)開(kāi)距離不小于20cm，焊接采用坡口熔透焊縫，焊縫質(zhì)量達(dá)到Ⅰ級(jí)。

③鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)以各單元件為半成品，在廠內(nèi)劃分區(qū)域平行作業(yè)、流水生產(chǎn)、妥善存放、加強(qiáng)保護(hù)；按照工序流程合理配置勞動(dòng)力、機(jī)具設(shè)備、工程材料等資源，制定進(jìn)度目標(biāo)和質(zhì)量目標(biāo)，嚴(yán)格按照工藝方案組織生產(chǎn)及驗(yàn)收，形成優(yōu)質(zhì)高效的單元件生產(chǎn)網(wǎng)。

④鋼結(jié)構(gòu)制作前需進(jìn)行試作試驗(yàn)，對(duì)其結(jié)構(gòu)尺寸、軸線偏差及焊縫質(zhì)量等關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行收集整理并分析形成工藝總結(jié)報(bào)告進(jìn)行評(píng)審，根據(jù)評(píng)審結(jié)論來(lái)確定最優(yōu)的制作工藝和生產(chǎn)組織。在首三件單元件制作工藝評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后，才能進(jìn)行單元件大批量生產(chǎn)，并定期或不定期對(duì)單元件制作過(guò)程的工藝質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

⑤鋼管拱肋采用平面制作成型，因鋼拱曲線為二次拋物線線型，為了保證鋼管拱組裝成型線條流暢光滑，工地架設(shè)尺寸到位，所有單元件的構(gòu)配件均采用計(jì)算機(jī)放樣和數(shù)控編程精確下料，以確保構(gòu)配件制作精度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。設(shè)置專用胎架以防止拱肋變形，為現(xiàn)場(chǎng)拼裝及安裝創(chuàng)造條件，胎架必須正確、牢固。管節(jié)卷制和拱圈組拼均在專用胎架上完成，采用氣保焊打底，埋弧焊焊接，焊縫兩端設(shè)引弧板，每個(gè)構(gòu)件完成后進(jìn)行焊縫探傷檢測(cè)和結(jié)構(gòu)尺寸校核。

⑥根據(jù)本工程鋼管拱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼管拱的制造分為拱腳、拱肋、腹板加工。整橋拱肋分為18個(gè)加工節(jié)段，每個(gè)加工節(jié)段由拱管及腹板組成，各節(jié)段均考慮運(yùn)輸及吊裝所允許的尺寸和重量[5-7]。

如圖4所示，單側(cè)拱肋分為9個(gè)節(jié)段，A1、A9節(jié)段長(zhǎng) 433cm，A2、A8 節(jié)段長(zhǎng) 1634cm，A3、A7 節(jié)段長(zhǎng)1498cm，A4、A6節(jié)段長(zhǎng) 1573cm，A5 節(jié)段長(zhǎng) 1081cm。另外，由于橫撐直桿（φ80cm）橫向較長(zhǎng)，考慮運(yùn)輸方便，將橫撐直桿分為1450cm和1150cm兩種節(jié)段，橫撐斜桿（直徑60cm）和豎桿（φ45cm）不分段。

圖4 系桿拱橋拱肋分段示意（單位：cm）

3.3 鋼管拱肋及橫撐吊裝

①吊裝工藝流程：搭設(shè)拱肋及橫撐拼裝支架→單元節(jié)段出廠檢驗(yàn)→構(gòu)件運(yùn)輸→單元節(jié)段焊接成整體→拱肋整體吊裝、調(diào)整拱軸線并支固→橫撐吊裝。

②拱肋及橫撐支架采用墩梁式結(jié)構(gòu)，即鋼管立柱+型鋼的組合結(jié)構(gòu)形式；鋼管立柱采用φ630×10mm螺旋鋼管，連接系梁采用槽鋼及角鋼組焊件，分配梁采用H500×200H型鋼；鋼管立柱基礎(chǔ)采用C30混凝土基礎(chǔ)或直接落在U型槽C40混凝土底板上，厚度50cm。拼裝支架與橋面系結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆支架存在沖突時(shí)，可適當(dāng)移動(dòng)拼裝支架位置。為保證拼裝支架的穩(wěn)定，鋼管立柱豎向每間隔8m在其縱橫向均設(shè)置連接系。

圖5 拼裝支架立面布置（單位：cm）

圖6 拼裝支架平面布置（單位：cm）

③鋼管拱肋及橫撐構(gòu)件出廠應(yīng)出具產(chǎn)品合格證，并具有完整的質(zhì)量證明資料及質(zhì)量驗(yàn)收記錄。構(gòu)件在廠內(nèi)和在工地均應(yīng)存放在專用胎架上并下墊上蓋，防止構(gòu)件變形和生銹，妥善存放保護(hù)。構(gòu)件發(fā)運(yùn)號(hào)應(yīng)采用鋼印標(biāo)識(shí)清晰，裝車采用定位支架確保構(gòu)件穩(wěn)固不側(cè)滑，不損傷。

④在橋址附近的交叉作業(yè)區(qū)域外將單側(cè)拱肋A2～A8節(jié)段焊接成整體，場(chǎng)地選擇必須滿足能將單側(cè)拱肋順利轉(zhuǎn)移至吊裝位置的要求。在拼裝支架頂面安裝圓弧型托盤(pán)及拱肋調(diào)整設(shè)施，立柱頂端設(shè)置作業(yè)平臺(tái)供工人調(diào)整及支固拱肋使用。拱肋安裝準(zhǔn)備工作完成后，用汽車吊將其安放在拼裝支架上預(yù)先測(cè)定的位置，再用千斤頂精確調(diào)節(jié)拱肋位置，精調(diào)過(guò)程中吊車吊鉤不受力但不得松除吊鉤，精調(diào)完成后方可松除吊鉤并穩(wěn)固拱肋。拱肋位置復(fù)核準(zhǔn)確后焊接A1、A2節(jié)段接口和A8、A9節(jié)段接口直至整個(gè)拱肋成為一體，待橫向另一側(cè)拱肋也焊接成為一體后，先對(duì)稱吊裝兩端橫撐再吊裝拱頂橫撐，并與拱肋栓接成整體。

⑤為防止單片拱肋吊裝發(fā)生傾覆，吊點(diǎn)位置必須在拱肋重心之上。吊點(diǎn)位置既要確保吊點(diǎn)間距合適，拱肋變形小，又要使拱肋兩端恰能落在既定位置上，起吊時(shí)受力合理。由于鋼管拱為勻質(zhì)材料且呈二次拋物線狀，拋物線頂點(diǎn)與最低點(diǎn)形成一個(gè)三角形，三角形三邊中線的交點(diǎn)即為鋼管拱肋重心。如圖7所示，4個(gè)吊點(diǎn)對(duì)稱布置在拱頂兩側(cè)，分別高出拱肋重心916cm和1268cm，吊耳間距960cm和3176cm。正式吊裝前，按等比例縮放采用勻質(zhì)物體制作拱肋試吊裝模型以檢驗(yàn)吊點(diǎn)布置是否合理，確保拱肋吊裝安全。

圖7 鋼管拱肋整體吊裝吊耳布置（單位：cm）

⑥單片拱肋總重137.3t，采用兩臺(tái)500t汽車吊進(jìn)行單片拱肋整體吊裝施工，單臺(tái)起重量需達(dá)到68.65t，伸臂長(zhǎng)43.3m，作業(yè)半徑16m，查詢 500t汽車吊配重149t工況表得伸臂長(zhǎng)48m作業(yè)半徑16m時(shí)額定起重量為153t，荷載率45%，滿足吊裝要求。吊裝過(guò)程：場(chǎng)地清理→安全防護(hù)→吊車就位→主臂伸長(zhǎng)到指定位置→鋼絲繩檢查、栓接→拱肋勻速提升→拱肋就位后臨時(shí)固定→拱肋精調(diào)后支固→拱肋接口焊接→解除吊點(diǎn)受力、松除吊鉤。

系桿拱橫撐為規(guī)則幾何體，幾何體中心即為橫撐重心，兩端橫撐重14.6t，采用單臺(tái)500t汽車吊取橫撐上桿中心為吊點(diǎn)對(duì)稱吊裝，拱頂雙道橫撐采用兩臺(tái)500t汽車吊取橫撐左右端部?jī)?nèi)2m處為吊點(diǎn)同步吊裝。

3.4 交叉施工作業(yè)注意事項(xiàng)

①制定交叉作業(yè)安全防護(hù)方案并對(duì)各方作業(yè)班組進(jìn)行崗前安全教育培訓(xùn)和詳細(xì)的安全交底；指派專職安全員檢查現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)安全措施的執(zhí)行情況，并加強(qiáng)施工過(guò)程中的安全控制，防患于未然[8]。

②組織交叉作業(yè)各方召開(kāi)施工前準(zhǔn)備會(huì)，界定各方的場(chǎng)地范圍及應(yīng)布置的防護(hù)設(shè)施，明確各方工作量及工作時(shí)間，詳細(xì)交代施工中應(yīng)注意的安全事項(xiàng)；集思廣益商討能錯(cuò)開(kāi)施工場(chǎng)地及工作時(shí)間的施工組織辦法，當(dāng)無(wú)法錯(cuò)開(kāi)時(shí)，作業(yè)層間及區(qū)域間設(shè)置安全防護(hù)隔離設(shè)施，進(jìn)出場(chǎng)通道及應(yīng)急通道派專人把守，保持暢通。

③吊裝過(guò)程中，吊車作業(yè)派專人指揮，吊車作業(yè)半徑內(nèi)嚴(yán)禁站人；非己方范圍內(nèi)的機(jī)具設(shè)備及安全保障防護(hù)設(shè)施嚴(yán)禁使用或破壞；小型工具裝入工具袋內(nèi)由工人隨身攜帶，材料、邊角余料等采用定制籮筐或吊籠輸送，嚴(yán)禁隨意拋擲。

④嚴(yán)禁擅自拆除交叉作業(yè)區(qū)內(nèi)的護(hù)欄、圍擋、隔離墩、槽口蓋板、安全網(wǎng)等安全防護(hù)設(shè)施。必須拆除時(shí)，提前聯(lián)系安全設(shè)施歸屬方到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，取得對(duì)方同意后方可拆除并采取臨時(shí)過(guò)渡安全措施，待作業(yè)完成后及時(shí)恢復(fù)原狀并經(jīng)原設(shè)置單位驗(yàn)收。

圖8 鋼管拱肋整體吊裝立面示意（單位：cm）

圖9 鋼管拱肋整體吊裝平面示意（單位：cm）

⑤嚴(yán)禁在夜間和昏暗環(huán)境下進(jìn)行交叉作業(yè)。在危險(xiǎn)地段設(shè)置圍欄和懸掛警告警示標(biāo)牌，指派安全保衛(wèi)人員維護(hù)并疏通過(guò)往車輛，確保施工和交通安全[9-10]。

4 結(jié)語(yǔ)

在多方交叉作業(yè)環(huán)境下，鋼管拱肋整體吊裝有效地將大部分交叉作業(yè)場(chǎng)內(nèi)吊裝焊接工作轉(zhuǎn)移至交叉作業(yè)場(chǎng)外完成，將拱肋線型由高空立面控制轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫣ゼ芷矫婵刂?，大大降低了施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了施工質(zhì)量和工程進(jìn)度，經(jīng)計(jì)算，兩片鋼管拱肋整體吊裝可以追趕工期約2個(gè)月，給類似作業(yè)環(huán)境下工程施工提供參考和借鑒。