大跨徑寬幅鋼箱梁施工技術(shù)難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

【摘 要】?文章以青島新機(jī)場(chǎng)高速連接線（雙埠-夏莊段）工程（天康路以西段）（起點(diǎn)～K7+380）三標(biāo)段的涉鐵工程鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋?yàn)楸尘?，根?jù)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境及鋼箱梁自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了大跨度鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋在拼裝施工中的一些技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)復(fù)雜環(huán)境下同類工程施工提供了一定的工程借鑒。

【關(guān)鍵詞】鋼箱梁; 技術(shù)難點(diǎn); 應(yīng)對(duì)措施

隨著我國(guó)高速公路的發(fā)展，越來(lái)越多的新建高速公路橋梁及城市道路高架橋梁建設(shè)成為涉鐵工程的項(xiàng)目也不斷增加，同時(shí)新建的橋梁跨度也因此越來(lái)越大，施工環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，大跨徑鋼箱梁橋的應(yīng)用也逐漸成為首選方案，這也為施工中帶來(lái)一定的技術(shù)難題。本文以青島新機(jī)場(chǎng)高速連接線（雙埠—夏莊段）工程（天康路以西段）（起點(diǎn)～K7+380）三標(biāo)段的涉鐵工程鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋?yàn)楸尘埃榻B鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋在轉(zhuǎn)體前施工中的技術(shù)難題及應(yīng)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

本工程為青島市新機(jī)場(chǎng)高速連接線（雙埠—夏莊段）工程，主線鋼箱梁橋從西向東依次跨越膠濟(jì)貨線、膠濟(jì)客專雙線、青榮城際雙線、機(jī)場(chǎng)專用線六條既有鐵路，既有鐵路均位于路基段，填土高約6 m。鋼箱梁橋采用墩梁固結(jié)體系，結(jié)構(gòu)形式跨徑2×120=240 m T構(gòu)橋，分幅錯(cuò)位布置（圖1）。采

用轉(zhuǎn)體施工工藝，轉(zhuǎn)體前分別在平行鐵路線方向支架拼裝焊接，焊接完成后采用臨時(shí)索塔進(jìn)行臨時(shí)拉索對(duì)稱張拉拉起大小里程梁端、拆除支架逆時(shí)針雙幅同時(shí)轉(zhuǎn)體90°。

鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)采用Q345qDNH鋼材全焊結(jié)構(gòu)，工程總量約為7 588 t。鋼箱梁?jiǎn)畏好鎸挾?4.58 m，中墩墩頂4 m區(qū)段鋼箱梁，梁高7 m，墩頂?shù)雀吡憾蝺蓚?cè)各40 m區(qū)段梁高從7 m按2次拋物線變化至4.5 m，其余區(qū)段梁高為4.5 m。跨中梁高與跨徑比值為1/26.667，中墩支點(diǎn)梁高與跨徑比值為1/17.143。橋面為單向橫坡2 %，按設(shè)計(jì)要求設(shè)置預(yù)拱度。設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)，考慮1.3倍提高系數(shù)。設(shè)計(jì)速度為100 km/h[1]。

2 工程特點(diǎn)

本工程為全焊接鋼箱梁結(jié)構(gòu)，施工地點(diǎn)位于仙山路與安順路交叉處，上跨膠濟(jì)客專等鐵路營(yíng)業(yè)線，施工難度較大。主要施工難點(diǎn)如下：

（1）吊裝工程量大。鋼箱梁按設(shè)計(jì)吊裝構(gòu)件尺寸大、噸位重。S0塊重量372.47 t，高為7 m。

（2）工程難度大。轉(zhuǎn)體前支架布置及吊裝需要滿足現(xiàn)場(chǎng)交通的需要，仙山路東西方向、安順路南北方向，車流量極大。施工中安順路要導(dǎo)改，仙山路東西側(cè)盡量要保證通行。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，如左幅5#墩鋼箱梁支架位置位于青榮城際鐵路及機(jī)場(chǎng)專用線間，無(wú)吊裝設(shè)備站位鋼構(gòu)件水平投影距青榮線柵欄最近距離為4 m左右，鋼構(gòu)件的吊裝難度極大。

（3）臨時(shí)支架搭設(shè)難大。分支架搭設(shè)的高度高、制作安裝均繁瑣、工作量大，同時(shí)，搭設(shè)時(shí)對(duì)鐵路營(yíng)業(yè)線安全隱患多。

（4）安全風(fēng)險(xiǎn)高?，F(xiàn)場(chǎng)施工均屬高空作業(yè)，施工安全要求高，尤其與鐵路營(yíng)業(yè)線相近，安全措施必須到位。

（5）工程工期緊。合同工期為2020年12月31日要求全線通車。

3 工程中技術(shù)難點(diǎn)

3.1 鋼箱梁分段分節(jié)技術(shù)研究

設(shè)計(jì)吊裝構(gòu)件尺寸大、噸位重，單幅鋼箱梁橋按設(shè)計(jì)劃分為17個(gè)段，其縱向長(zhǎng)度分別為10 m、12.5 m、15 m、17.5 m四種類型，梁面寬度均為24.58 m，梁高從S0段7 m至S3段按2次拋物線變化至4.5 m，S4～S7段高度均為7 m。最重分段重量為372.49 t。左幅鋼箱梁進(jìn)場(chǎng)道路鐵路橋梁限高為5 m。如在廠內(nèi)加工成塊單元?jiǎng)t無(wú)法通過(guò)公路運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)[2]。

施工技術(shù)與測(cè)量技術(shù)孫曉邁： 大跨徑寬幅鋼箱梁施工技術(shù)難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

3.2 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)技術(shù)研究

轉(zhuǎn)體前支架布置平行于鐵路既有線方向，右幅鋼箱梁轉(zhuǎn)體前支架范圍垂直投影在城市道路安順北路上，地下管線復(fù)雜、交通繁忙，同時(shí)支架南北向也跨過(guò)仙山西路，向北延伸支架范圍有40 m的垂直投影落在白沙橋上及河道中，地形十分復(fù)雜。

左幅鋼箱梁轉(zhuǎn)體前支架范圍投影在青榮城際鐵路及機(jī)場(chǎng)專用線間，青榮城際柵欄與機(jī)場(chǎng)專線坡腳間距離僅為30 m，5號(hào)主墩向北小里程方向支架要跨過(guò)進(jìn)場(chǎng)的唯一通道仙山西路及鐵路集水房（圖2）。向南要跨越水塘，地形更加復(fù)雜。

3.3 鋼箱梁安裝方案技術(shù)研究

鋼箱梁在總拼場(chǎng)地由板單元拼接成塊單元后，如何把塊單元吊裝到支架設(shè)計(jì)位置也是本項(xiàng)目的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。把鋼箱梁塊單元吊裝到支架設(shè)計(jì)位置的吊裝設(shè)備前期考慮主要有大噸位汽車吊、履帶吊及龍門吊等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜特殊地形、工期要求、鐵路安全等多方面比選，最終確定采用四臺(tái)120t龍門吊作為本項(xiàng)目鋼箱梁吊裝設(shè)備。

采用龍門吊作為吊裝設(shè)備需解決以下幾個(gè)問題：

（1）左幅5#墩如何跨越向北小里程方向的唯一進(jìn)場(chǎng)道路仙山西路（圖3）進(jìn)行鋼箱梁吊裝焊接。如果把道路填平修建軌道，則鋼箱梁板單元無(wú)法進(jìn)入施工場(chǎng)地。

（2）如何吊裝右幅小里程方向的S5～S7三段。此三段支架垂直投影位于白沙河橋上及河道中，龍門吊軌道由于白沙河橋縱坡高差太高無(wú)法修建，同時(shí)大噸位汽車吊、履帶吊無(wú)站位。

（3）如何降低緊鄰鐵路營(yíng)業(yè)線施工帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。龍門吊的高度在方案評(píng)審時(shí)提出高度越低越安全，最終確定龍門吊高度僅限于33.5 m以下，支腿縱向跨度最小為16.5 m，鋼箱梁的分段長(zhǎng)度為10 m、12.5 m、15 m、17.5 m。因此，鋼箱梁吊裝只能一臺(tái)龍門吊吊裝，兩臺(tái)龍門吊無(wú)法進(jìn)行抬吊。如何用一臺(tái)龍門吊在限高的要求下安全平穩(wěn)的吊裝鋼箱梁塊單元也是本項(xiàng)目需解決的技術(shù)難點(diǎn)。

4 采取應(yīng)對(duì)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鋼箱梁分段分節(jié)施工技術(shù)

由于鋼箱梁跨度大、截面高，高度最高達(dá)7m，最小高度為4.5m，制作成整體節(jié)段超寬超高不能運(yùn)輸，只能采用三階段法：第一階段工廠板單元構(gòu)件制造，第二階段是在工地胎架上匹配組裝焊接成箱梁節(jié)段，第三階段支架鋼箱梁節(jié)段安裝，完成箱體之間的焊接。

鋼箱梁分段情況如下：左右幅節(jié)段劃分：縱橋向各分為17個(gè)大段，S1～S8橫橋向各劃分為5個(gè)塊體，S0號(hào)豎直方向上均劃分為上下兩層，劃分為8個(gè)塊體，S1～S7橫向分節(jié)為5個(gè)塊體（圖3）。左幅全橋合計(jì)88個(gè)單元件，右幅全橋合計(jì)88個(gè)單元件，采用BIM技術(shù)劃分計(jì)算（表1），其中最重單元塊體為80.93 t。

4.2 鋼箱梁臨時(shí)支架關(guān)鍵技術(shù)

本工程為臨時(shí)支架為格構(gòu)式鋼管桁架，跨度為6.25～18 m，柱高為14.64～24.55 m。支架鋼管主要采用478×8 mm的螺旋管，本工程桁架鋼管、立柱鋼管、各節(jié)點(diǎn)板、支座墊板均采用Q235B結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)用鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和硫、磷含量的合格保證。

根據(jù)本橋址所處的地形地貌及架設(shè)方式不同，支架結(jié)構(gòu)形式分為三種類型：支架一為一般地段的支架;支架二為拖拉滑道部位支架;支架三為左幅鐵路集水房大跨度支架結(jié)構(gòu)形式（圖4）。

梁段自重、施工人員及機(jī)具、風(fēng)荷載、支架自重參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》基本組合：恒載系數(shù)取1.35，活載系數(shù)取1.4[3]。采用MidasCivil2015整體建模計(jì)算支架受力是否在容許應(yīng)力之內(nèi)。

4.3 鋼箱梁安裝關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)左右幅支架區(qū)域范圍內(nèi)的地形地貌不同，鋼箱梁塊單元在臨時(shí)支架吊裝焊接可分為原位吊裝和拖拉就位兩種形式。

4.3.1 左幅小里程跨仙山路鋼箱梁安裝技術(shù)

左幅鋼箱梁?jiǎn)卧坎捎迷坏跹b方式，主墩鋼箱梁小里程方向跨越仙山西路龍門吊基礎(chǔ)采用型鋼墩梁式結(jié)構(gòu)方式（圖5）跨過(guò)。軌道鋼梁由2根Ⅰ50a工字鋼雙拼組合成，按最大輪壓：P=310 kN。鋼梁跨度L=5.0 m，考慮鋼梁自重計(jì)算鋼軌鋼梁抗彎強(qiáng)度：

M/rW=186.5 N/mm2≤215 N/mm2 （安全）

鋼軌鋼梁抗剪強(qiáng)度

τ=VS/Itw=53.2 N/m2≤125 N/mm2（安全）

軌道鋼梁撓度

f=PL3/（48EI）=6 mm≤L/800=7.8 mm （安全）

采用型鋼墩梁式龍門吊軌道基礎(chǔ)方式既解決了跨越仙山西路吊裝難點(diǎn)，又解決了龍門吊在吊裝工作中不影響鋼箱梁板單元進(jìn)入總拼施工場(chǎng)地的困難。同時(shí)根據(jù)把影響進(jìn)場(chǎng)道路的S3支架及落在鐵路集水房的S5支架取消，加強(qiáng)小里程S2、S4、S6支架結(jié)構(gòu)，小里程鋼箱梁S3段與S4段、S5段與S6采用二合一方式架設(shè)，具體安裝示意見圖6。

4.3.2 右幅小里程S5、S6、S7段鋼箱梁安裝方式

右幅小里程S5、S6、S7段鋼箱梁段支架位于白沙河橋上及河道中，采用龍門吊或汽車吊履帶吊均無(wú)法安裝到設(shè)計(jì)位置，經(jīng)反復(fù)綜合考慮比選，采用在滑道拖拉方式最為經(jīng)濟(jì)合理。在小里程S3到S7各臨時(shí)墩墩頂設(shè)置滑道梁，滑道位置在鋼箱梁縱隔板下，滑道采用雙拼700×300H型鋼，上敷貼2 mm厚的不銹鋼板，板寬為600 mm連續(xù)滑道，橫向間距為5.6 m?；瑝K采用倒“U”限位裝置。

鋼箱梁塊單元具體安裝步驟：

（1）在小里程S4梁段位置利用臨時(shí)支墩搭設(shè)鋼箱梁段拼裝平臺(tái)。

（2）在拼裝平臺(tái)上拼裝小里程S7梁段，拼裝焊接完成后用4臺(tái)100t千斤頂頂起落在設(shè)好預(yù)拱度的滑道上的滑塊上。

（3）采用兩臺(tái)350 t的連續(xù)千斤頂通過(guò)拖拉固定在S7段底板的鋼絞線把S7段拖拉至S5支架位置處。

（4）重復(fù)在S4拼裝支架上拼裝S6、S5梁段，拼裝焊接完成后用千斤頂頂起落在設(shè)好預(yù)拱度的滑道上的滑塊上與前一梁段焊接成一體再整體拖拉。

（5）S5、S6、S7拖拉至設(shè)計(jì)位置再順延拖拉20 cm。

（6）在拼裝支架拼裝S4梁段作為合龍段，拼裝焊接完S4梁段后先與S3焊接環(huán)縫，再利用2臺(tái)千斤頂反推S5、S6、S7大里程方向20 cm與S4合龍。施工步驟見圖7。

4.3.3 龍門吊吊裝技術(shù)

本項(xiàng)目由于緊鄰鐵路營(yíng)業(yè)線的復(fù)雜環(huán)境，龍門吊越高，安拆過(guò)程中及工作狀態(tài)中的安全風(fēng)險(xiǎn)也越大，因此本工程盡可能把龍門吊高度降到最低，根據(jù)鋼箱梁頂面標(biāo)高最終確定龍門吊吊裝凈空最小為3.5 m，龍門吊距地面最小高度為33.5 m，龍門吊支腿的縱向跨度最小為16.5 m，除左幅小里程S3-4、S5-6的二合一梁段采用兩臺(tái)抬吊安裝外，其余梁段均采用一臺(tái)龍門吊吊裝焊接，綜合考慮一臺(tái)龍門吊結(jié)合工字形扁擔(dān)吊裝方式（圖8）采用工字形扁擔(dān)梁吊裝鋼箱梁，首先計(jì)算岀每個(gè)塊單元的重心，方可平衡吊起?？衫肅AD軟件對(duì)異形件reg做面域（需優(yōu)先用bo孤島檢測(cè)，排查斷點(diǎn)）之后用Massprop命令查找質(zhì)心坐標(biāo)，po找到質(zhì)心坐標(biāo)后，量取質(zhì)心到X軸或Y軸的距離，為面積距，計(jì)算塊體內(nèi)每個(gè)桿件（底板、頂板、腹板、橫隔板、橫肋等）質(zhì)心面積距偏心量，最后匯總，除以總重，算出X或Y方向的重心面積距，找到重心線，兩條重心線交點(diǎn)即為理論重心，鉛垂線方向打到頂板，為理論吊點(diǎn)中心，根據(jù)吊點(diǎn)中心及扁擔(dān)梁的四個(gè)吊點(diǎn)尺寸焊接吊耳。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)本項(xiàng)目所在的特殊復(fù)雜環(huán)境帶來(lái)的技術(shù)重難點(diǎn)及所采取的應(yīng)對(duì)的技術(shù)方案，總結(jié)岀一套在復(fù)雜涉鐵環(huán)境中降

參考文獻(xiàn)

[1] 汪勁豐等.城市鋼箱梁橋橫向分塊施工分析[J].橋梁建設(shè)2017，47（1）：16-18.

[2] 李俊.大噸位鋼箱梁段在城市復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)輸與安裝施工技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2017（6）：34-35.

[3] GB 50009-2012， 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

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