犍為岷江特大橋主跨458 m 鋼管混凝土拱橋施工關(guān)鍵技術(shù)

陳文強(qiáng)，葉 順，桂文濤，胡元峰

（海波重型工程科技股份有限公司，湖北武漢 430207）

0 引 言

犍為岷江特大橋橋址位于犍為縣縣城下游孝姑鎮(zhèn)、清溪鎮(zhèn)交界處，連續(xù)跨岷江及其支流馬邊河。該橋跨越岷江主橋采用457.6 m 的中承式鋼管混凝土拱橋（見圖1）。主橋由主拱圈、橋面梁和附屬結(jié)構(gòu)三部分組成，主拱圈拱軸線采用懸鏈線，凈跨徑400.0 m，凈矢跨比1/4，拱軸系數(shù)為1.45；橋面梁由縱、橫梁組成格子橋面梁，縱、橫梁均采用“工”形截面，拱圈與橋面梁之間以吊桿、立柱進(jìn)行連接。主橋鋼結(jié)構(gòu)總重量約11 600 t，單根主拱分段最大重量約152 t[1]。

圖1 犍為岷江特大橋主橋布置圖（單位：cm）

針對(duì)主橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼管拱合龍位移調(diào)整難度大等技術(shù)難題，主橋采用纜索吊先對(duì)稱吊裝主拱，合龍后橋面梁采用懸拼的安裝方式進(jìn)行安裝。

1 主橋總體制造方案

根據(jù)犍為岷江特大橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重視制造精度，控制焊接變形是保障橋梁線形和尺寸正確性的關(guān)鍵。結(jié)合工廠已建和在建鋼管拱橋制造方面的成功經(jīng)驗(yàn)，犍為岷江特大橋鋼結(jié)構(gòu)制造總體思路如下：

（1）主拱肋制造思路：主拱圈上、下弦管采用多筒節(jié)“以直代曲”的加工方法進(jìn)行制造，筒節(jié)采用鋼板卷制，接長后形成主弦管部件；平聯(lián)、橫撐短接頭等直徑大于800 mm 的采用管板卷制，直徑小于800 mm 等直接采購成品直縫鋼管或無縫鋼管；鋼管相貫線接頭全部采用相貫線數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割。主拱肋分段的上、下弦桿、腹桿、法蘭、平聯(lián)管、綴管等在臥拼胎架上進(jìn)行主拱肋分段制造，主拱肋分段焊接完成后進(jìn)涂裝車間進(jìn)行噴砂除銹及涂裝，然后首輪轉(zhuǎn)運(yùn)至碼頭區(qū)域進(jìn)行“2+1”拱肋節(jié)段“立位”試拼裝，首輪試拼裝滿足精度要求則后續(xù)不用進(jìn)行試拼裝直接發(fā)運(yùn)。犍為岷江橋主線橋橫斷面布置見圖2。

（2）主梁制造思路：主梁中的主橫梁、次橫梁、主縱梁、次縱梁零件采用數(shù)控切割機(jī)下料后均以單根桿件的形式組裝焊接成工字梁單元件（其中主縱梁、次縱梁現(xiàn)場拼裝接頭的腹板及下翼板孔群在零件下料后匹配鉆孔，然后匹配組裝成工字梁單元件），縱梁拼接板零件下料后采用平面數(shù)控鉆床鉆孔；主梁節(jié)段在廠內(nèi)采用“長線法”匹配制造，橫、縱梁在廠內(nèi)焊接形成桿件后整體進(jìn)砂房進(jìn)行噴砂除銹及涂裝。完成后參與試拼裝流程，拼裝完成形成吊裝分段后整體船運(yùn)至現(xiàn)場纜索吊安裝。犍為岷江橋主線橋單個(gè)節(jié)點(diǎn)橫梁三維示意見圖3。

1.1 拱腳鉸軸部件制造工藝技術(shù)

分別滾圓餃軸及軸瓦零件，檢查軸瓦的內(nèi)徑及餃軸的外徑，保證二者的內(nèi)外徑之差滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；將軸瓦嵌套至餃軸內(nèi)，以餃軸作為胎架面裝配軸瓦加勁和軸瓦底板；將一側(cè)軸瓦底板固定至剛性胎架上，焊接軸瓦加勁焊縫，保證軸瓦的圓度及軸瓦底板的平面度；焊接完成后進(jìn)行火焰校正，并用鋸床將軸瓦圓筒從中間一分為二，由于已裝焊軸瓦加勁，能保證剖開后的軸瓦瓦面的圓度和整體外形[2]。

圖2 犍為岷江橋主線橋橫斷面布置圖（單位：cm）

圖3 犍為岷江橋主線橋單個(gè)節(jié)點(diǎn)橫梁三維示意圖

1.2 主拱肋分段臥拼裝制造工藝技術(shù)

本項(xiàng)目主拱肋分段“臥式”拼裝首輪采用“3+1”節(jié)段片體匹配組裝，其他輪次采用“2+1”節(jié)段匹配制造。上下弦管、平聯(lián)、腹桿、綴管、橫撐短接頭以管散件進(jìn)入拼裝。構(gòu)件上拼裝胎架順序?yàn)椋合聦由舷夜堋聦痈箺U/斜桿→下層下弦管→綴管/ 吊桿套管/ 平聯(lián)管→上層上弦管→上層腹桿/ 斜桿→上層下弦管→橫撐短接頭→線型檢測(cè)→焊接→矯正→線型復(fù)核。拼裝驗(yàn)收合格后并進(jìn)行嚴(yán)格統(tǒng)一的標(biāo)記標(biāo)識(shí)在片體兩端，并用樣沖標(biāo)記后方可轉(zhuǎn)運(yùn)至立拼裝場地[3]。

1.3 主拱肋分段立拼裝制造工藝技術(shù)

按照地樣線及胎架布置圖要求劃制地樣線并布置胎架。胎架與預(yù)埋鐵點(diǎn)焊固定；鋼管地樣線繪制中心線及邊線，采用全站儀根據(jù)放樣數(shù)據(jù)確定分段位置。主拱肋片體的控制點(diǎn)與地樣線上對(duì)應(yīng)的線對(duì)齊，使用水平儀調(diào)整弦管的高度，使得主弦管對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)處于同一水平面內(nèi)。下弦管與胎架模板之間剛性連接固定。采取具有足夠剛性及穩(wěn)定性的臨時(shí)支撐，對(duì)片體進(jìn)行支撐、固定。依次組拼主拱片體、平聯(lián)、斜撐、橫撐及K 撐等部件，同步報(bào)檢各部件定位精度及尺寸，合格后整體對(duì)稱施焊，最大限度減小焊接變形。主拱肋分段立拼裝制造流程見圖4。

1.4 橋面梁橫、縱梁制造工藝技術(shù)

橋面梁橫零件采用數(shù)控?zé)o限回轉(zhuǎn)坡口機(jī)切割下料，采用專用胎架臥式裝配成整體桿件，采用專用船型焊接胎架全自動(dòng)龍門式埋弧焊接方式焊接；使用翼緣矯正機(jī)進(jìn)行對(duì)主梁工字鋼進(jìn)行矯正，保證腹板與頂?shù)装宓膴A角及腹板自身平面度；橫梁加勁采用兩面對(duì)稱立焊的方式進(jìn)行焊接，減少因加勁焊接量大導(dǎo)致橫梁腹板扭曲變形；接頭板安裝時(shí)保證接頭板孔群到腹板的間距；腹板孔群與底板孔群的相對(duì)位置。橋面梁縱梁同理采用橫梁制造技術(shù)制造成桿件，采用先孔法三維數(shù)控鉆床進(jìn)行桿件鎖點(diǎn)鉆孔，保證縱梁兩端孔群的相對(duì)位置?？v梁拼接板零件下料后采用平面數(shù)控鉆床鉆孔，橫、縱梁在廠內(nèi)焊接形成桿件后整體進(jìn)砂房進(jìn)行噴砂除銹及涂裝。

圖4 主拱肋分段立拼裝制造流程示意圖

1.5 橋面梁試拼裝施工工藝技術(shù)

本項(xiàng)目分段橫梁、主縱梁及次縱梁分段總裝在專用胎架上進(jìn)行試拼裝，試拼裝按廠內(nèi)制造次序及現(xiàn)場安裝次序進(jìn)行按輪次進(jìn)行試拼，全橋分兩輪分別從邊跨向中跨拼裝以“長線”法匹配形式進(jìn)行匹配制造（見圖5）。達(dá)到“2+1”分段試拼驗(yàn)收合格后，可將前面兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的橫梁焊接成運(yùn)輸分段并進(jìn)行嚴(yán)格統(tǒng)一的編號(hào)后，脫胎分離轉(zhuǎn)運(yùn)至下一工序，留下一個(gè)分段繼續(xù)進(jìn)行“長線法”拼裝。依次完成全橋60 個(gè)分段的試拼裝，既保證了橋面梁線型，又大大縮短了試拼裝的工期。

2 大節(jié)段整體運(yùn)輸方案

根據(jù)仁沐新高速公路犍為岷江特大橋鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)段自身長度、寬度、重量，以及岷江航道水流急、灘險(xiǎn)眾多等特點(diǎn)，主拱肋及橋面梁采用船運(yùn)至犍為岷江大橋橋位后由現(xiàn)場纜索吊吊裝卸船，鋼管拱節(jié)段及橋面梁大分段卸船后直接吊裝。

圖5 橋面梁試拼裝脫胎分段示意圖

2.1 主拱肋運(yùn)輸船舶裝載方式

主拱肋長度為18～39 m、寬度為4.5 m、高度為7.00～13.00 m，重量為120～150 t。主拱肋采用大節(jié)段立裝方式進(jìn)行運(yùn)輸，裝載方式見圖6。

圖6 主拱肋運(yùn)輸裝載示意圖

2.2 橋面梁運(yùn)輸船舶裝載方式

橋梁主梁長度為24.50～39.0 m、寬度為8.0 m以下，高度為2.80～3.70 m，重量為20～80 t。橋面梁試拼裝脫胎換采用大節(jié)段整體裝載船運(yùn)至現(xiàn)場，裝載方式見圖7。

圖7 橋面梁運(yùn)輸裝載示意圖（單位：mm）

2.3 運(yùn)輸船舶順向定位方案

高度超8 m 以上的約36 件主拱肋節(jié)段，根據(jù)纜索吊情況主拱肋經(jīng)水路運(yùn)輸?shù)綐蛭缓螅鞴袄吖?jié)段必須是按長度方向平行于橋梁方向吊裝，采用單索雙車從船上垂直吊裝上橋進(jìn)行安裝，根據(jù)船舶型寬，不能橫向裝船運(yùn)輸至橋位，故在碼頭裝船時(shí)只能是縱向裝船運(yùn)輸主拱肋，當(dāng)流速大于1 m/s 時(shí)船舶打橫風(fēng)險(xiǎn)較大，故采用萬向鉤吊具（見圖8）將鋼結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)體，并其操作要點(diǎn)如下：運(yùn)輸船舶縱向?？繕蛭欢ㄎ淮⑾岛美|繩后，選用兩條相同主尺度和吃水的甲板駁，兩條甲板駁依次定位拋錨后，用槽鋼進(jìn)行連接，保證兩駁船穩(wěn)定，運(yùn)輸船到位后拋艏錨，與甲板駁固定（見圖9）。同時(shí)纜索吊跑車單根纜索上的雙勾通過吊具相連，吊具中心處設(shè)置吊點(diǎn)，通過單根鋼絲繩與吊帶相連，同時(shí)設(shè)置4 根纜風(fēng)繩，通過人工輔助進(jìn)行轉(zhuǎn)體。

圖8 萬向鉤吊具結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 甲板駁定位示意圖（單位：cm）

3 主橋總體施工方案

根據(jù)本工程現(xiàn)場地理?xiàng)l件，結(jié)合已有的施工經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備條件，本工程總體施工方案如下：

（1）拱肋各節(jié)段采用斜拉扣掛式無支架纜索吊裝方案。拱肋節(jié)段在加工廠制作，試拼裝合格后，構(gòu)件用船運(yùn)至現(xiàn)場拼裝場拼裝為整體，通過纜索吊裝系統(tǒng)起吊、安裝；

（2）拱肋間橫撐吊裝重量約為32 t 左右，在拱肋內(nèi)側(cè)設(shè)置工作索，采用工作索進(jìn)行橫撐吊裝；

（3）橋面梁安裝分為拱上段安裝和拱下段安裝。均采用纜索吊裝進(jìn)行安裝。

上部結(jié)構(gòu)安裝流程見圖10。

圖10 上部結(jié)構(gòu)安裝流程示意圖

3.1 纜索吊系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目纜索吊系統(tǒng)由索塔、主纜索系統(tǒng)（主索、牽引索、起吊索）、工作索系統(tǒng)、壓塔索系統(tǒng)、卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)、錨碇、扣索背索系統(tǒng)組成[4]。

（1）跨徑組合：吊裝系統(tǒng)采用雙塔三跨方案，中支點(diǎn)為鋼管索塔結(jié)構(gòu)，后錨碇為“樁基+ 承臺(tái)結(jié)構(gòu)”?？鐝浇M合為186.75 m+482 m+240.6 m。在上下游各布置一套纜索吊裝系統(tǒng)（包括主索、工作索、及壓塔索等）。

（2）設(shè)計(jì)最大吊裝重量：拱肋構(gòu)件節(jié)段最大重量為151.99 t，采用單幅主索起吊；采用151.99 t 最為主索設(shè)計(jì)的控制荷載。工作天線設(shè)計(jì)控制荷載為拱肋間橫撐最大重量32 t。

（3）工作垂度：根據(jù)吊重、索塔構(gòu)件（9 m 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段）、索塔基礎(chǔ)高程以及主梁吊裝跨越拱頂需要的距離綜合考慮，取主索工作垂度為L/13=37.08 m，此時(shí)吊重凈空為13.336 m，滿足主梁吊裝要求。工作天線垂度選取主要根據(jù)受力情況配置，選取工作垂度為L/13=37.08 m。

3.2 主拱肋及拱肋間橫撐安裝施工工藝技術(shù)

分別在兩岸12#交界墩后方、14# 交界墩布置鋼管柱索塔，索塔上部設(shè)置扣背索錨箱安裝層，在索塔塔頂對(duì)應(yīng)拱肋位置布置纜索吊裝系統(tǒng)。

兩岸分別自預(yù)埋段拱肋節(jié)段開始，向?qū)Π镀囱b至7# 節(jié)段拱肋。待整體調(diào)整好軸線及各控制點(diǎn)高程后，吊裝合龍段，實(shí)施合龍。逐級(jí)對(duì)稱放松各扣、背索，完成全部拱段吊裝。

拱肋各節(jié)段兩岸對(duì)稱安裝；每安裝完成兩節(jié)段拱肋，上下游側(cè)布置橫向抗風(fēng)，每節(jié)段完成安裝后，對(duì)應(yīng)位置安裝相應(yīng)扣索及背索系統(tǒng)，拱肋線性調(diào)整完成后，再進(jìn)行下一節(jié)段吊裝。

吊裝時(shí)，主拱肋節(jié)段吊裝為上下游獨(dú)立起吊，采用整體節(jié)段吊安，最大拱肋節(jié)段吊裝重量為151.99 t（見圖11）。

圖11 主拱肋吊裝示意圖（單位：mm）

拱肋間橫撐吊裝重量約為32 t 左右，在拱肋內(nèi)側(cè)設(shè)置工作索，采用工作索進(jìn)行橫撐吊裝。

3.3 橋面梁安裝施工工藝技術(shù)

本橋?yàn)橹谐惺戒摴芑炷凉皹?，橋面梁安裝分為拱上段安裝和拱下段安裝。均采用纜索吊裝進(jìn)行安裝。

拱下節(jié)段橋面梁吊裝方法為在14# 拱座前方陸地上設(shè)置拼裝場地，橋面梁構(gòu)件通過運(yùn)輸船運(yùn)輸至拼裝場處岷江邊，用龍門吊機(jī)吊放至拼裝場，在拼裝場拼裝成節(jié)段，采用纜索吊從拱肋外側(cè)下放吊點(diǎn)對(duì)橋面梁進(jìn)行安裝施工。纜索吊系統(tǒng)在拱肋吊裝完畢后，將主索鞍橫移至拱肋外側(cè)，下放吊點(diǎn)起吊、縱移，完成跨中橋面梁的吊裝。

拱上橋面梁安裝安裝方法為在仁壽岸交界墩處搭設(shè)支架平臺(tái)，在支架平臺(tái)上拼裝梁段，然后整體從拱肋上進(jìn)行吊裝（見圖12）。

圖12 橋面梁吊裝示意圖（單位：mm）

3.4 主拱肋合龍段施工工藝技術(shù)

本橋合龍采用瞬時(shí)連接裝置輔助合龍，具體設(shè)計(jì)見圖13。

拱肋瞬時(shí)合龍應(yīng)選擇在氣溫較低的時(shí)間區(qū)段內(nèi)進(jìn)行，在進(jìn)行拱肋合龍施工前一周時(shí)間內(nèi)，對(duì)每天各不同時(shí)間區(qū)段的氣溫測(cè)量，以確定合龍時(shí)間及溫度；本橋安裝完第六節(jié)段及其橫撐后，安裝第七節(jié)段，然后擇機(jī)合龍；瞬時(shí)連接裝置在兩岸第七段均安裝好以后，將拼接板安裝在已鉆好的一側(cè)。通過收放纜風(fēng)繩、扣索調(diào)整好兩半孔拱肋的拱頂合龍標(biāo)高、平面軸線后，選擇符合設(shè)計(jì)要求的合龍溫度，利用連接板上的螺栓孔現(xiàn)場套鉆拼接板上另一側(cè)的φ 32 沖孔釘，同時(shí)完成8 個(gè)合龍口的瞬時(shí)合龍。

圖13 瞬時(shí)連接裝置（單位：mm）

3.5 橋面梁合龍段施工工藝技術(shù)

橋面梁由纜索吊從兩側(cè)向橋中側(cè)進(jìn)行大節(jié)段吊裝，預(yù)留5 m 寬度合攏段，合攏段整體大節(jié)段船運(yùn)至主橋下方，將主索鞍橫移至拱肋外側(cè)，下放吊點(diǎn)起吊、縱移，完成跨中橋面梁合攏段的吊裝。

4 結(jié) 語

犍為岷江特大橋主跨458 m 鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)新穎、橋型美觀，具有許多優(yōu)點(diǎn)，該橋型已為眾多橋梁設(shè)計(jì)者所采用，但該橋型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高、精度要求高、施工難度大，其中鉸軸部件的制造工藝技術(shù)、主拱圈立拼的制造工藝、橋面梁長線法制造工藝技術(shù)等是關(guān)系全橋制造成敗的關(guān)鍵；同時(shí)，采用纜索吊先拱后橋的施工方法，合理有效的施工安排，在施工過程中精心組織，精心施工，嚴(yán)格控制，確保施工質(zhì)量，已于2020 年1 月主拱安全合龍[5]，大橋各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求。