復(fù)雜環(huán)境下的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術(shù)

邵倚旻

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

近年來，隨著城市交通流量的不斷增加，現(xiàn)有城市高架道路建設(shè)發(fā)展不斷提速，新建城市高架橋梁與既有高架橋梁互通連接的情況較為普遍。在城市建成區(qū)復(fù)雜構(gòu)筑物環(huán)境條件下實施新建城市高架橋梁的施工，建設(shè)條件更為苛刻、技術(shù)難度更為復(fù)雜。

在這種復(fù)雜條件下，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)箱梁是一種常用的手段[1-5]，相比混凝土結(jié)構(gòu)具有分段靈活、質(zhì)量輕、安裝方便等特點。

在城市建成區(qū)域?qū)嵤┐笮弯撓淞旱陌惭b，受到周圍環(huán)境限制，經(jīng)常需要對鋼箱梁進行分段安裝，并采用起重機械上橋吊裝的方法。本文以上海中環(huán)線滬閔高架路立交西向南匝道新建工程為例，闡述復(fù)雜環(huán)境下的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術(shù)。

針對復(fù)雜環(huán)境下的鋼箱梁上橋安裝，根據(jù)起重機作用點位置和支腿反力，對橋梁承載能力進行驗算，驗證節(jié)段梁分段的合理性，并據(jù)此科學(xué)地進行鋼箱梁節(jié)段劃分，確保了老橋橋梁結(jié)構(gòu)安全，同時也順利實施了吊裝方案，為后續(xù)工程在復(fù)雜條件下的鋼箱梁節(jié)段梁分段和吊裝方案合理性驗證提供參考。

1 工程概況

上海中環(huán)線滬閔高架路立交西向南匝道（WS轉(zhuǎn)向匝道），是連接滬閔高架和中環(huán)線的一條空中對接匝道，西起滬閔高架東側(cè)蓮花路上匝道合流點下游處，轉(zhuǎn)向中環(huán)路外圈后止于上中路下匝道起點處，橫跨軌交1號線和滬杭鐵路，長度1 008.5 m，共25跨，如圖1所示。

圖1 工程地理位置示意

工程周邊環(huán)境復(fù)雜，在整個立交區(qū)域需同時跨越地鐵一號線、滬杭鐵路、虹梅路跨線橋、人行地道等重要設(shè)施（圖2），特別是跨越地鐵一號線及滬杭鐵路區(qū)域，鋼結(jié)構(gòu)箱梁的吊裝難度非常大。

圖2 工程周邊復(fù)雜環(huán)境示意

2 復(fù)雜環(huán)境下的鋼箱梁上橋吊裝技術(shù)

2.1 上橋吊裝環(huán)境概況

背景工程鋼箱梁投影面區(qū)域周圍環(huán)境復(fù)雜，上跨地鐵地面區(qū)間、滬杭鐵路，且新建橋梁投影面位于虹梅路跨線橋中央分隔帶位置（圖3），起重機吊裝作業(yè)禁區(qū)多，位于虹梅路跨線橋區(qū)域的鋼箱梁節(jié)段梁吊裝均需采用起重機上橋作業(yè)。鋼箱梁的合理分段受橋梁承載能力的限制，將直接影響吊裝作業(yè)的可行性和安全性。

圖3 新建橋梁橋位平面示意

2.2 鋼箱梁分段原則

2.2.1 需考慮滿足大件運輸條件

鋼箱梁寬度≤7.5 m時，其橫向不予分段，順橋方向分段長度原則上不超過35 m。鋼箱梁寬度＞7.5 m（弧形段為外接矩形寬度）時，其墩橫梁為單獨分段，縱箱梁橫橋向一分為二，長度原則上不超過25 m。鋼縱梁橫向分段須考慮分段后構(gòu)架的剛性和強度，其一側(cè)開口處需在出廠前加設(shè)支撐進行臨時加固。

根據(jù)吊裝順序，本工程縱橫梁典型分段及接頭形式如下：

1）鋼箱梁寬度＞7.5 m的橫向分段（梁寬≤7.5 m時橫橋方向不作分段）如圖4所示。

2）縱梁與橫梁對接以及縱梁與縱梁對接的接頭形式如圖5所示。

3）變截面連續(xù)梁中橫梁位置接頭形式如圖6所示。

2.2.2 需考慮起重機上橋吊裝作業(yè)時的橋梁承載能力

圖5 鋼箱梁對接拼裝示意

圖6 鋼箱梁對接拼裝示意

工程地處城市建成區(qū)域，周邊環(huán)境復(fù)雜，起重機吊裝施工作業(yè)禁區(qū)多，其中鋼箱梁投影面位于虹梅路跨線橋上的區(qū)域，吊機只能停放在跨線橋上進行起重吊裝作業(yè)。工程施工期間，虹梅路跨線橋交通需維持正常通行。為確保起重機上橋作業(yè)吊裝的安全可靠，根據(jù)各吊裝工況條件下起重機支腿反力和作用點位置，對跨線橋的橋梁承載能力進行驗算，以驗證鋼箱梁分段的合理性。

2.3 鋼箱梁安裝時的臨時支撐鋼架設(shè)置

為了配合鋼箱梁分段的安裝，需要設(shè)置臨時鋼支撐架系統(tǒng)，設(shè)置原則如下：

1）能夠直接坐落在地面以及在跨線橋上能坐落在墩柱蓋梁部位的，均采用市政鋼橋架設(shè)專用的井字形鋼支架。

2）鑒于跨越地鐵一號線和滬杭鐵路的為弧形轉(zhuǎn)向段，為減少對跨線橋上的交通影響，采用門式鋼架形式，其一肢鋼支架直接坐落于地面，另一肢鋼支架坐落在跨線橋的中央隔離帶部位，上部橫梁采用鋼桁架形式。

3）在跨線橋非墩柱蓋梁部位設(shè)置的鋼支架，其底部增設(shè)1根順橋方向的鋼結(jié)構(gòu)地梁，地梁兩頭擱置在該跨兩端的墩柱蓋梁位置，以使鋼支架載荷后的重力不直接轉(zhuǎn)遞至橋面。

4）鋼架系統(tǒng)支架或者桁架規(guī)格的選用，均須經(jīng)過計算確定。

以本工程12#～13#墩之間的臨時鋼支撐為例，其布置形式如圖7、圖8所示。

2.4 起重機支腿反力和作用點驗算

在起重機上橋吊裝作業(yè)期間，虹梅路跨線橋在起重機吊裝作業(yè)下橋梁承載能力應(yīng)滿足設(shè)計要求，吊裝施工不對虹梅路跨線橋造成破壞性影響。為此采用專業(yè)軟件，計算各吊裝工況下的吊機支腿反力，同時結(jié)合吊裝工況圖和設(shè)計院提供的工程總平面圖，確定吊機支腿和梁車作用點位置，將各吊裝工況條件下作用力和作用點位置，進行吊裝工況下虹梅路跨線橋橋梁承載能力驗算，根據(jù)驗算結(jié)論確定鋼箱梁分段和吊裝工況的合理性。

圖7 12#～13#墩臨時鋼支撐系統(tǒng)示意

圖8 12#～13#墩跨中門式鋼架支撐示意

為分擔(dān)吊機支腿反力，所有上橋作業(yè)工況下的吊機支腿位置均鋪設(shè)寬4 m路基箱，分?jǐn)偟鯔C支腿荷載，并在路基箱與橋面接觸部位鋪設(shè)麻袋，保證路基箱與橋面接觸，防止產(chǎn)生集中應(yīng)力。

在具體的實施過程中，首先需要根據(jù)鋼箱梁的分段情況、質(zhì)量、周邊環(huán)境、所采用的吊機型號及起重能力，繪制各分段的吊裝工況圖。以背景工程K13孔K13f節(jié)段鋼箱梁為例（圖9），對起重機上虹梅路跨線橋吊裝合理性進行分析計算。鋼箱梁節(jié)段質(zhì)量為88 t，采用2臺200 t汽車吊雙機抬吊進行吊裝施工，起重機、梁車均停放在虹梅路跨線橋上方。吊機支腿下方虹梅路跨線橋的橋跨結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，跨度35 m。

然后根據(jù)上述工況條件，確定相應(yīng)計算參數(shù)，主要包括起重量、起重臂水平位置、起重臂長、起重高度及工作半徑等，采用專業(yè)軟件對吊裝工況進行模擬分析，計算出每臺起重機的支腿反力。

計算出吊機支腿反力后，還需要確定吊機支腿作用點與既有橋梁的位置關(guān)系，如圖10所示。根據(jù)吊機支腿作用位置確定既有橋梁受力驗算的范圍及參數(shù)，進一步復(fù)核吊裝工況的合理性。

圖9 K13f節(jié)段鋼箱梁吊裝工況平面示意

圖10 K13f節(jié)段鋼箱梁吊機支腿作用位置示意

最后進行既有橋梁結(jié)構(gòu)的受力驗算。本工程既有虹梅路跨線橋采用“T”梁結(jié)構(gòu)承重，根據(jù)之前的支腿反力計算得到前支腿最大壓力650 kN，后支腿最大壓力830 kN。荷載通過路基箱分擔(dān)在2根T梁之上。路基箱按長4 m，垂直T梁長度方向計算。T梁驗算時取2臺吊車三支腿在同一根梁上的最不利工況進行驗算，得出T梁彎矩值計算結(jié)果，并與T梁彎矩抗力限值進行對比，如圖11所示。

圖11 T梁彎矩計算模型及驗算結(jié)果示意

由圖11（臺階圖為設(shè)計限值范圍，陰影圖為實際工況下的計算彎矩）可知，T梁彎矩滿足設(shè)計要求。由此可判斷，該節(jié)段梁吊裝工況合理、分段情況合理。否則就需要重新對吊裝工況進行調(diào)整，重新計算直至滿足既有橋梁的承載能力要求。

本工程在實施鋼箱梁分段和制定吊裝方案時，均以此技術(shù)措施驗證虹梅路跨線橋區(qū)域吊裝工況的合理性，對鋼箱梁分段進行控制。在實施過程中，嚴(yán)格按照驗算吊裝工況精心組織施工。在虹梅路跨線橋區(qū)段，在地鐵地面區(qū)間和鐵路上方跨線橋橋面組織大噸位鋼箱梁起重吊裝施工，確保了虹梅路跨線橋結(jié)構(gòu)安全，也確保了跨線橋下方地鐵和鐵路的通行安全。

在該區(qū)域組織吊裝施工過程中，還委托第三方監(jiān)測單位，對吊裝過程中虹梅路跨線橋的變形情況進行實時自動化監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，虹梅路跨線橋的應(yīng)力應(yīng)變值均在設(shè)計要求范圍內(nèi)，鋼箱梁節(jié)段梁分段控制技術(shù)的實施得到有效驗證。

3 結(jié)語

隨著近年來城市建設(shè)的不斷發(fā)展，在城市建成區(qū)復(fù)雜構(gòu)筑物環(huán)境條件下實施新建城市高架橋梁的施工，周邊環(huán)境更為苛刻、技術(shù)難度更加大。當(dāng)需要進行起重機械上橋作業(yè)時，鋼箱梁的吊裝直接受到橋梁承載能力的限制，通過合理的鋼箱梁分段控制，有利于優(yōu)化鋼箱梁節(jié)段臨時支承點和節(jié)段接縫設(shè)置，減少施工對城市建成區(qū)交通通行的影響。通過吊裝工況模擬和計算分析，能有效驗證起重工況下的橋梁承載能力，從而驗證箱梁分段的可行性和吊裝作業(yè)的安全性。工程施工中所提煉的城市高架鋼箱梁上橋吊裝技術(shù)，對于后續(xù)在城市建成區(qū)復(fù)雜構(gòu)筑物環(huán)境條件下的大噸位鋼箱梁起重吊裝施工有著顯著的借鑒價值和推廣意義。