高鐵連續(xù)梁轉(zhuǎn)體不銹鋼殼合龍施工技術(shù)

丁進(jìn)福 DING Jin-fu

（中鐵建二十五局集團(tuán)第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

新建南玉鐵路是設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h 高鐵，連接南寧至玉林，遠(yuǎn)期可延伸至深圳，是“南深高鐵”的一段，福慶特大橋位于廣西南寧市五合社區(qū)境內(nèi)，橋梁全長(zhǎng)945.16m，設(shè)計(jì)為雙線高速鐵路橋梁，其中11#墩～12#墩采用（60+100+60）m 連續(xù)梁跨越湘桂線2 股道，先采用掛籃對(duì)稱懸臂灌注連續(xù)梁，然后再轉(zhuǎn)體就位，轉(zhuǎn)體到位后在兩股道間施做2m 合龍段。

轉(zhuǎn)體連續(xù)梁位于曲線半徑R=11000m、橋面縱坡為17.9‰，梁體為單線單室，橋面寬12.6m，底板寬6.7m，截面中心線處梁高為7.835m，梁底部分設(shè)計(jì)為二次拋物線變化，0#塊中心和邊跨梁端梁高4.85m。11#墩梁翼緣板邊離湘桂鐵路上行線20.46m，12#墩梁翼緣板邊離湘桂鐵路下行線20.04m，單側(cè)“T 構(gòu)”轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度為98m，轉(zhuǎn)體角度43°，轉(zhuǎn)體重量6000t。（圖1-圖2）

圖1 轉(zhuǎn)體主橋立面示意圖

圖2 轉(zhuǎn)體主橋平面示意圖

圖3 不銹鋼殼結(jié)構(gòu)大樣圖（cm）

1.2 中跨合龍施工難度

中跨合龍段轉(zhuǎn)體后斜交兩線間，梁體底比湘桂鐵路上行線接觸網(wǎng)頂高1.04m，比下行線接觸網(wǎng)頂高0.91m，距離上行線承力索水平距1.7m，距離下行線承力索水平1.2m，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。原設(shè)計(jì)中跨合龍段采用懸吊支架現(xiàn)澆施工，不僅耗時(shí)長(zhǎng)、構(gòu)件復(fù)雜、人員設(shè)備多，安裝及拆除吊架均在線路上方，極易造成事故。原設(shè)計(jì)方案需要較多的天窗點(diǎn)封鎖施工，湘桂鐵路為I 級(jí)鐵路干線，封鎖手續(xù)和封鎖時(shí)間辦理困難，工期無(wú)法滿足施組要求，需要對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 合龍方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 普通鋼箱方案設(shè)計(jì)

通過(guò)查找資料采用普通鋼殼（鋼箱）轉(zhuǎn)體后合龍的成功案例日漸增多，普通鋼殼主要由三部分組成：預(yù)埋段鋼殼、嵌補(bǔ)段鋼殼、吊掛系統(tǒng)。預(yù)埋段鋼殼、嵌補(bǔ)段鋼殼一般采用1.2cm 厚Q235 鋼板卷制再焊接而成，外形與梁體的外輪廓一致，加工完成后進(jìn)行涂防護(hù)漆保護(hù)。

不銹鋼殼安裝到位時(shí)模板采用精軋螺紋鋼吊掛系統(tǒng)加固，最后進(jìn)行合龍段混凝土常規(guī)澆筑。

普通鋼殼通過(guò)分析有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：一是鋼板剛性弱、強(qiáng)度差，且為整體一塊，吊裝過(guò)程極易變形，加固調(diào)整模板難度大；二是采用涂防護(hù)漆在焊接過(guò)程中或者碰撞時(shí)，漆層極易脫落，后期難以進(jìn)行防腐處理，防腐效果不佳導(dǎo)致鋼板耐久性差；三是嵌補(bǔ)段鋼殼與預(yù)埋段鋼殼焊接易產(chǎn)生面板變形，影響合龍段外觀質(zhì)量。

綜上所述，為解決普通鋼殼的工藝缺點(diǎn)，需對(duì)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改造優(yōu)化，一是要提升鋼殼強(qiáng)度確保安全穩(wěn)定，二是要節(jié)約人工、機(jī)械、設(shè)備的安裝成本，加快施工進(jìn)度，三是要后續(xù)維修保養(yǎng)簡(jiǎn)化，達(dá)到不銹鋼的防腐時(shí)間。

2.2 不銹鋼鋼殼方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

解決了普通鋼殼施工過(guò)程的難點(diǎn)，改進(jìn)了鋼殼材質(zhì)，鋼殼塊數(shù)，優(yōu)化了懸吊系統(tǒng)，使安裝更簡(jiǎn)單，鋼殼整體剛度更強(qiáng)。

①鋼殼材質(zhì)改進(jìn)。鋼殼面板及肋板由原來(lái)Q235 鋼板改進(jìn)為304 不銹鋼材質(zhì)，鋼板厚度為1.2cm，鋼板的化學(xué)成分和機(jī)械性能滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)American standard ASTMA240/A240M 相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不銹鋼相比于Q235 鋼材耐久性和耐腐蝕性要好，無(wú)需進(jìn)行涂防護(hù)漆施工，方便操作及安裝。強(qiáng)度比Q235 鋼板高出2 倍左右，因此安裝后強(qiáng)度更高，穩(wěn)定性更好。

無(wú)需對(duì)鋼板表面進(jìn)行打磨處理，清潔簡(jiǎn)單，光潔度好，焊接結(jié)果好。鋼殼面板采用大型卷板機(jī)根據(jù)箱梁外輪廓尺寸整體卷制，再進(jìn)行焊接，邊框與面板焊縫均為角焊縫質(zhì)量等級(jí)要求II 級(jí)，面板對(duì)接焊縫質(zhì)量等級(jí)要求I 級(jí)熔透焊。

②不銹鋼殼結(jié)構(gòu)組成形式改進(jìn)。預(yù)埋段鋼殼、嵌補(bǔ)段鋼殼原設(shè)計(jì)為一塊整體吊裝，為方便運(yùn)輸及安裝作業(yè)，改進(jìn)為三節(jié)，底板B2，腹板加翼緣板A2、C2。節(jié)段連接處采用加勁肋，并預(yù)留φ22 螺栓連接，先安裝底板再拼接腹板加翼緣板，此改進(jìn)采用分批分段吊裝方式，避免采用大噸位吊車進(jìn)行吊裝造成既有線施工安全隱患，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地的適用性。（圖4）

圖4 不銹鋼殼分塊示意圖（cm）

③不銹鋼殼懸吊系統(tǒng)加強(qiáng)優(yōu)化。為避免在砼澆筑過(guò)程中鋼殼外部變形，影響箱梁整體外觀質(zhì)量，結(jié)合掛籃懸臂施工工藝，優(yōu)化了鋼殼懸吊系統(tǒng)，腹板位置雙拼36I 勁性骨架上設(shè)置2 根32 精軋螺紋鋼吊桿，整個(gè)箱梁共計(jì)設(shè)置8 根，底板及翼緣板等鋼殼加勁板位置采用1.5cm 厚不銹鋼板“Г”形焊接牢固，“Г”頂部鉆孔后用2cm 厚墊片加精軋螺母加固。

同樣連接方式腹板豎向采用2 根32 精軋螺紋鋼對(duì)拉，縱向設(shè)置3 道，預(yù)埋段鋼殼和嵌補(bǔ)段鋼殼各1 道，施工時(shí)測(cè)量好尺寸，一端固定另一端擰緊，擰緊長(zhǎng)度控制在2cm 以內(nèi)。

翼緣板采用雙25I 吊架，吊架伸入已澆筑梁端1m，距離翼緣板端頭60cm，加固方式同底板形式。（圖5）

圖5 不銹鋼殼懸吊系統(tǒng)加強(qiáng)示意圖（cm）

懸吊系統(tǒng)加強(qiáng)優(yōu)化受力分析，因鋼殼整體結(jié)構(gòu)未變化，原設(shè)計(jì)已考慮鋼殼強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求，優(yōu)化增加了8 根32 精軋螺紋鋼吊桿后，按合龍段2m 混凝土自重為68t，鋼殼自重為13.54t，支架內(nèi)模為5.5t，合計(jì)87t 重量計(jì)算，根據(jù)一根32 精軋螺紋鋼屈服強(qiáng)度為830MPa（83t）可得，按精軋螺紋鋼屈服強(qiáng)度70%計(jì)算，83t×0.7÷87t≈5 倍，采用8 根32 精軋螺紋鋼做吊桿安全系數(shù)提高5 倍。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

不銹鋼殼在大型鋼模制造廠加工生產(chǎn)，在工廠已進(jìn)行試拼及出廠驗(yàn)收，焊縫已經(jīng)過(guò)探傷檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足圖紙要求后再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，嵌補(bǔ)段鋼殼橫向尺寸縮小1cm，確保能搭接至預(yù)埋段鋼殼內(nèi)。

3.1 主要施工工藝流程

不銹鋼殼法施工合龍段主要流程有兩個(gè)：一是懸臂施工連續(xù)梁末節(jié)段模板調(diào)整后不銹鋼殼的預(yù)埋，鋼殼外輪廓面要與掛籃模板緊密相貼，接口位置需用泡沫膠封堵；二是連續(xù)梁完成轉(zhuǎn)體后，球鉸位置上下承臺(tái)混凝土封固達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行合龍段嵌補(bǔ)節(jié)段鋼殼吊裝。其余工序類似于其他方法的合龍段施工。不銹鋼殼法施工合龍段工藝流程如圖6、圖7 所示。

圖6 不銹鋼殼施工合龍段工藝流程

圖7 不銹鋼殼法安裝平面圖（單位mm）

3.2 預(yù)埋段鋼殼安裝

先用全站儀、鋼尺、吊陀等測(cè)量工具在末節(jié)掛籃模板上定位預(yù)埋段鋼殼位置，確保預(yù)埋不銹鋼殼位置的中線與掛籃模板中線重合，預(yù)埋至混凝土錨固長(zhǎng)度為55cm，板面與梁體外露面平齊，安裝中不斷測(cè)量跟蹤校正，保證鋼殼外輪廓面與掛籃模板緊密相貼。梁體鋼筋與鋼殼肋板間需焊接牢固，波紋管通過(guò)肋板間預(yù)留孔洞時(shí)需平順，不能損傷波紋管。末節(jié)混凝土澆筑過(guò)程中需放慢速度，時(shí)刻監(jiān)控測(cè)量不銹鋼殼中線和標(biāo)高，防止混凝土澆筑過(guò)快或者振搗過(guò)大鋼殼位移，澆筑完成后及時(shí)復(fù)測(cè)鋼殼位置，確保在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3.3 轉(zhuǎn)體過(guò)程精度控制

①中線精度控制，轉(zhuǎn)體前在T 構(gòu)懸臂端底板頂和頂板頂放出中心點(diǎn)，做好牢固的標(biāo)記，在上承臺(tái)轉(zhuǎn)盤位置安裝轉(zhuǎn)體刻度盤，標(biāo)記梁端弧度、轉(zhuǎn)體角度、轉(zhuǎn)盤弧度等數(shù)據(jù)，用于指揮主控臺(tái)，最后1°采用點(diǎn)動(dòng)控制轉(zhuǎn)體，以梁面全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)為主，用全站儀對(duì)梁體軸線上的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，指揮轉(zhuǎn)體操作人員調(diào)整轉(zhuǎn)體速度點(diǎn)動(dòng)到位，確保兩“T”構(gòu)合龍口誤差在±15mm 以內(nèi)。

②標(biāo)高精度控制，在懸臂段梁面設(shè)3 個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，轉(zhuǎn)體中每隔5°測(cè)量一次，用于確定梁體是否處于平衡狀態(tài)，當(dāng)梁端標(biāo)高出現(xiàn)大于8cm 的偏差時(shí)，應(yīng)馬上啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，增加配重或者卸載配重，保證梁體始終保持相對(duì)平衡狀態(tài)。轉(zhuǎn)體到位后，以測(cè)量結(jié)果為依據(jù)，采用千斤頂在下承臺(tái)位置頂上轉(zhuǎn)盤調(diào)整標(biāo)高，使梁端標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求±10mm 以內(nèi)。

3.4 嵌補(bǔ)段不銹鋼殼安裝

嵌補(bǔ)段不銹鋼殼均在封鎖點(diǎn)內(nèi)實(shí)施，湘桂鐵路上、下行線路均要停電接地方可施工。嵌補(bǔ)段長(zhǎng)度為1.14m，搭接至預(yù)埋鋼殼底板上，搭接長(zhǎng)度為12cm，搭接處采用不銹鋼滿焊。

①在橋梁轉(zhuǎn)體施工前，將嵌補(bǔ)段不銹鋼殼準(zhǔn)備好，將鋼殼吊裝至預(yù)先確定位置，位置要與轉(zhuǎn)體稱重配置所確定重量吻合，不能給懸臂梁造成不平衡力矩。

②轉(zhuǎn)體完成后轉(zhuǎn)體承臺(tái)完成封固鎖定，封鎖點(diǎn)內(nèi)用75t 吊車將10t 吊車吊至梁面，用10t 吊車采用鋼絲繩捆綁方式將不銹鋼殼進(jìn)行安裝，安裝時(shí)先吊底板，底板與預(yù)埋鋼殼點(diǎn)焊加固好后再吊裝腹板塊，吊裝過(guò)程及時(shí)調(diào)整銜接位置，滿足設(shè)計(jì)要求后對(duì)跨中梁面作業(yè)區(qū)進(jìn)行封閉。

③最后進(jìn)行嵌補(bǔ)段不銹鋼殼與預(yù)埋段整體焊接，形成整體封閉體系。橫向焊接時(shí)先施焊底板再焊接腹板和翼緣板，采用不銹鋼焊條焊接，每隔50cm 位置用1.5cm 厚“15×15cm”不銹鋼板進(jìn)行加強(qiáng)焊接，確保鋼殼整體焊接牢固。（圖8）

3.5 合龍段施工

①鋼筋、波紋管安裝，鋼筋在大型鋼筋加工廠集中加工后吊運(yùn)至梁面，再用人工搬至鋼殼內(nèi)安裝，安裝過(guò)程無(wú)需封鎖線路，按常規(guī)合龍段鋼筋進(jìn)行施工。

②混凝土澆筑，合龍段箱殼混凝土采用地泵一次澆筑成型，需要在凌晨封鎖線路3 小時(shí)，對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行斷電接地，澆筑速度控制在12m3/h，歷經(jīng)2.5h 澆筑完成。（圖9）

圖9 合龍段混凝土澆筑施工現(xiàn)場(chǎng)

4 不銹鋼殼合龍施工效果

一是節(jié)省施工工期，采用不銹鋼殼合龍施工，鐵路天窗點(diǎn)時(shí)間大大縮短，節(jié)省施工工期約12 天，確保工期目標(biāo)按期完成。二是不銹鋼殼采用工廠化生產(chǎn)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝簡(jiǎn)單，施工速度快，安全可靠，減少既有線施工安全風(fēng)險(xiǎn)，鋼殼合龍既是替代了模板作業(yè)，又作為混凝土鋼混結(jié)構(gòu)一部分，不用拆除，大大減少施工工程量。三是節(jié)約人員及機(jī)械投入成本，鐵路天窗點(diǎn)使用減少，降低了設(shè)備管理單位的人員配合投入及施工機(jī)械設(shè)備的投入。四是較好解決了上跨既有鐵路轉(zhuǎn)體橋中合龍施工、鋼殼生銹、安裝困難等難題，減小后期工務(wù)部門對(duì)鋼箱的防腐施作難題。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前連續(xù)梁轉(zhuǎn)體采用鋼殼技術(shù)在逐步形成成熟的工藝，如何更高效、快捷、安全地施工還是有很多技術(shù)可以創(chuàng)新總結(jié)，改進(jìn)的技術(shù)不銹鋼殼在改項(xiàng)目福慶特大橋的成功應(yīng)用，既加快施工進(jìn)度，節(jié)約較大成本，又確保安全和后續(xù)養(yǎng)護(hù)，取得了很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，在類似高鐵、公路轉(zhuǎn)體橋梁施工中具有廣泛應(yīng)用前景。