超大跨度連續(xù)梁拱橋快速施工工藝研究及應(yīng)用 *

常 青

(江蘇省鐵路集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210049)

1 概 述

新建鹽城至南通高鐵(以下簡稱鹽通鐵路)是沿海鐵路江蘇段內(nèi)最后通車的一段，其北段連接的連鹽、徐鹽鐵路分別于2018年底、2019年底開通運(yùn)行，南端連接的滬通鐵路于2020年7月開通運(yùn)行，故而鹽通鐵路的盡早開通是鹽城乃至蘇北沿線群眾的熱切期盼，經(jīng)組織專家研究，跨通榆河(110+228+110)m連續(xù)梁-拱橋是全線控制工程，該連續(xù)梁拱的工期一定程度上決定著鹽通鐵路的開通日期。因此，研究優(yōu)化(110+228+110)m連續(xù)梁-拱的施工工藝，主梁采用大節(jié)段澆筑和懸臂澆筑相結(jié)合，鋼管拱采用原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝工藝，按節(jié)點(diǎn)要求順利完成，滿足了2020年底全線開通的目標(biāo)要求，為類似大跨度連續(xù)梁拱施工積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

鹽通鐵路位于江蘇省鹽城市與南通市境內(nèi)，沿線設(shè)鹽城、大豐、東臺、海安、如皋南和南通西站，項(xiàng)目全長約157 km，設(shè)計(jì)時速350 km。其中鹽城南特大橋在DK21+064.98～DK21+516.48處采用一聯(lián)(110+228+110)m連續(xù)梁-拱式橋組合結(jié)構(gòu)跨越通榆河Ⅲ級主航道，全景圖如圖1所示。該橋拱肋采用二次拋物線，矢跨比f/h=1/5，拱肋采用豎直平行拱，相鄰兩拱肋中心距12 m，矢高45.6 m，拱式橋布置圖如圖2所示。拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，截面高度3.9 m，沿程等高布置，上下弦管外徑均為1.3 m，全橋共設(shè)置11道風(fēng)撐，11對GJ15-9型整束擠壓拉索雙吊桿。原設(shè)計(jì)主梁采用掛籃懸澆，中跨26個節(jié)段，拱部原設(shè)計(jì)采用原位矮支架拼裝豎轉(zhuǎn)合攏。該連續(xù)梁-拱結(jié)構(gòu)新穎、工藝復(fù)雜，橋下部及上部結(jié)構(gòu)施工為全線關(guān)鍵控制性工程，施工工期是本橋施工工藝選用和施工組織的關(guān)鍵控制指標(biāo)。

圖1 (110+228+110)m連續(xù)梁-柔性拱式橋全景圖

圖2 (110+228+110)m連續(xù)梁-柔性拱式橋原設(shè)計(jì)方案布置圖

2 連續(xù)梁大節(jié)段現(xiàn)澆與掛籃懸澆組合快速施工工藝

2.1 超大跨度連續(xù)梁梁體施工工藝

為壓縮施工周期，(110+228+110)m超大跨度連續(xù)梁拱主梁采用大節(jié)段連續(xù)梁現(xiàn)澆與掛籃懸澆組合施工工藝，總梁長451 m，共計(jì)101節(jié)段(含0號段、普通懸澆段和合龍段)，連續(xù)梁單側(cè)懸澆24個節(jié)段，懸澆段較多，原設(shè)計(jì)方案根據(jù)常規(guī)施工進(jìn)度測算施工周期需12個月，難以滿足全線工期要求。為優(yōu)化工期，通過增加大節(jié)段現(xiàn)澆段的方法減少懸澆節(jié)段數(shù)量，優(yōu)化后主梁共分為69個梁段，中支點(diǎn)0號梁段長25 m、A1和B1長18.5 m、A2和B2長22 m，如圖3所示。合龍梁段長2.0和3.0 m，邊孔現(xiàn)澆梁段長7 m，其余梁段長分別為3.0～5.0 m，主梁除0號梁段、A1-A2、B1-B2、邊孔現(xiàn)澆梁段在支架上施工外，其余梁段均采用掛籃懸臂澆筑；將連續(xù)梁結(jié)構(gòu)部分小節(jié)段掛籃懸澆段改為大節(jié)段支架現(xiàn)澆段，其余部分掛藍(lán)懸澆，則連續(xù)梁單側(cè)懸澆節(jié)段數(shù)減少為16個；大節(jié)段支架現(xiàn)澆段范圍內(nèi)拱肋與連續(xù)梁采用同步拼裝施工，縮短了施工周期。

由于連續(xù)梁大節(jié)段現(xiàn)澆方量大，附加荷載多，編制專項(xiàng)方案，對現(xiàn)場澆筑支架進(jìn)行檢算，內(nèi)容包括對T構(gòu)墩旁平衡支架施工期最大豎向力和不平衡彎矩的復(fù)核[1]，大節(jié)段現(xiàn)澆支架的構(gòu)件安全系數(shù)、沉降與預(yù)壓控制、整體穩(wěn)定性檢算；施工期主墩、主梁變形和應(yīng)力變化檢算[2]；主梁預(yù)應(yīng)力體系與主梁變形(撓度、收縮徐變)情況等關(guān)鍵體系、構(gòu)件的復(fù)核驗(yàn)算，確保施工安全性[3],如圖4所示。

圖3 連續(xù)梁拱主梁施工節(jié)段劃分

圖4 連續(xù)梁拱主梁施工有限元驗(yàn)算

2.2 超大跨度連續(xù)梁梁體施工流程

超大跨度連續(xù)梁的施工流程如表1所示。第一步為連續(xù)梁0號段的施工，第二步為連續(xù)梁大節(jié)段現(xiàn)澆段施工，第三步為連續(xù)梁掛籃懸澆段施工，第四步為連續(xù)梁邊跨合龍段施工，第五步為連續(xù)梁中跨合龍段施工，第六步為拆除中孔懸吊支架。

表1 超大跨度連續(xù)梁施工流程

3 超大跨度連續(xù)梁拱部快速施工工藝研究3.1 超大節(jié)段鋼管拱快速拼裝方案比選

經(jīng)分析，大節(jié)段鋼管拱快速拼裝工藝的難點(diǎn)主要有：

(1)拱部施工中，臨時支架是整個施工方案中主要的臨時工程，主要包括：橋面原位拼裝支架、陸地大節(jié)段拼裝支架。支架工作量大，支架搭設(shè)高度大，高空、臨河施工安全風(fēng)險大。

(2)拱部拼裝節(jié)段尺寸大，結(jié)構(gòu)尺寸要求高，大型構(gòu)件拼裝重量大，高空拼裝難度大，安全隱患大。

(3)線形控制復(fù)雜。拱部在拼裝施工中，涉及到大浮吊拼裝施工段、原位支架拼裝段線形控制和配切合龍，拱部線形控制影響因素多、時間跨距長，施工難度大。

(4)拱肋加工與施工過程中，焊接質(zhì)量及焊接變形要求高。

對于先梁后拱、大跨度鋼管拱安裝施工，常用方案主要有：方案一，原位支架拼裝方案；方案二，原位矮支架拼裝豎轉(zhuǎn)合攏；方案三，原位矮支架拼裝豎向提升合攏；方案四，異位高支架拼裝縱向滑移；方案五，異位矮支架拼裝縱向滑移豎向提升；方案六，原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝。

3.2 施工方案分析

(1)方案一(原位支架拼裝)：該工藝施工方案適用所有大部分連續(xù)梁拱，施工費(fèi)用可控，但施工工期較長，不適用快速組織實(shí)施。

(2)方案二(原位矮支架拼裝豎轉(zhuǎn)合攏)：該工藝適用拱肋矢高大，高位拼裝風(fēng)險大工況，施工費(fèi)用較高，但受制于必須全梁施工完成后方可實(shí)施，施工工期較長，不適用快速組織實(shí)施。

(3)方案三(原位矮支架拼裝豎向提升合攏)：該工藝原理同方案二，適用拱肋矢高大，高位拼裝風(fēng)險大工況，施工費(fèi)用較高，但受制于必須全梁施工完成后方可實(shí)施，施工工期較長，不適用快速組織實(shí)施。

(4)方案四(異位高支架拼裝縱向滑移)：該工藝施工費(fèi)用較高，施工工期短，但受制于超大跨度連續(xù)梁拱肋矢高較高，長寬比較大，縱移風(fēng)險較大，豎向提升風(fēng)險大，高風(fēng)險工序多。

(5)方案五(異位矮支架拼裝縱向滑移豎向提升)：該工藝施工費(fèi)用較高，施工工期短，縱移風(fēng)險小，豎向提升風(fēng)險大。

(6)方案六(原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝)：該工藝施工費(fèi)用可控，施工工期短，大節(jié)段吊裝風(fēng)險大。

綜上分析，綜合本項(xiàng)目工期要求、施工風(fēng)險、施工成本和現(xiàn)場條件，重點(diǎn)對方案五和方案六進(jìn)行研究，圍繞安全性、經(jīng)濟(jì)性和工期三方面展開對比分析，力求選擇工期短、安全、費(fèi)用節(jié)省的實(shí)施方案。

3.3 施工方案比選

3.3.1 異位矮支架拼裝縱向滑移豎向提升工藝

施工工藝介紹：根據(jù)安裝高度將拱肋劃分為兩側(cè)拱腳段和中跨段，兩側(cè)拱腳段采用矮支架原位安裝；混凝土主梁施工過程中，在主梁范圍外簡支梁梁面同步支架法拼裝拱肋，待連續(xù)梁合龍后利用縱移臺車、行走設(shè)備縱向滑移至設(shè)計(jì)位置；再利用塔架和提升設(shè)備將拱肋豎直提升至設(shè)計(jì)位置，最后兩端配切合龍。設(shè)置臨時水平鋼束、施加預(yù)應(yīng)力控制提升變形，設(shè)置豎向鋼束、采用同步連續(xù)千斤頂進(jìn)行豎直提升[4]。拱肋異位拼裝縱向滑移豎向提升工藝原理如圖5所示。

圖5 大跨度連續(xù)梁拱異位支架拼裝縱向滑移豎向提升施工工藝圖

3.3.2 原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝工藝

原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝工藝，即混凝土主梁施工完成前，在主跨大小里程方向兩個拼裝場將拱肋加工小節(jié)段拼裝成大節(jié)段，混凝土主梁施工完成后，經(jīng)檢算，采用600 t浮吊整體吊裝拼裝支架和大節(jié)段拱部，實(shí)現(xiàn)鋼管拱合龍，浮吊拼裝過程中采用梁面汽車吊配合同步安裝拱肋間風(fēng)撐。拱腳段小節(jié)段原位支架拼裝、大節(jié)段浮吊吊裝如圖6，7所示。

通榆河為Ⅲ級航道，主航道河寬110 m，吃水深度6 m以上斷面達(dá)70 m，大型浮吊設(shè)備工作環(huán)境良好，吊裝施工前航道臨時封航管制。

圖6 拱腳段小節(jié)段原位支架拼裝施工工藝圖(單位：mm)

圖7 大節(jié)段浮吊吊裝施工工藝圖 (單位：mm)

4 綜合比選

從施工難度、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)性和工期控制五方面對異位矮支架拼裝縱向滑移豎向提升和原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝兩種施工工藝對比分析，各因素對比結(jié)果如表2所示。經(jīng)比選，后者施工效率高，工期短，施工資源投入少，措施費(fèi)相對較低，施工質(zhì)量和安全風(fēng)險均可控，故鹽通鐵路跨通榆河橋(110+228+110)m連續(xù)梁-拱橋鋼管拱采用原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝工藝，安全順利完工，保證了工期和質(zhì)量。

表2 方案綜合對比

5 結(jié)束語

大跨度連續(xù)梁-拱橋主體工程施工周期長，多為工期關(guān)鍵控制點(diǎn)，主梁一般采用掛籃法施工，工期較長，拱部施工工藝繁瑣，研究一種安全風(fēng)險小、可操作性強(qiáng)、施工速度快的鋼管拱快速施工工藝，對于推進(jìn)工程施工進(jìn)度，保證工期意義重大。鹽通鐵路跨通榆河橋(110+228+110)m連續(xù)梁-拱橋的主梁采用大節(jié)段澆筑和懸臂澆筑相結(jié)合，鋼管拱采用原位支架拼裝配合大節(jié)段浮吊吊裝施工，其工藝簡單，體系轉(zhuǎn)換少、施工費(fèi)用可控，較常規(guī)施工工藝節(jié)省約30%工期，大節(jié)段浮吊吊裝施工縮短了鋼管拱高位拼裝危險源存續(xù)期，安全、質(zhì)量、進(jìn)度均得到有效保證，為同類工程施工提供參考借鑒。