城市軌道橋梁雙向加勁肋橋面系施工技術分析

王生濤 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

隨著中國城市化進程的加快和“一帶一路”工程的推進，基礎交通設施的修建被列為優(yōu)先發(fā)展領域，橋梁則是交通工程中的關鍵樞紐[1]。鋼結構橋梁以輕質(zhì)、高強、施工快的特點逐漸取代傳統(tǒng)混凝土結構橋梁。鋼結構橋面系一般采用正交異性橋面板設計[2-3]，此種結構源自上世紀末的德國，近年來也被國內(nèi)各大設計院采用。根據(jù)其上部荷載受力特點分配橫向和縱向加勁肋，在不降低橋面荷載的情況下正交異性橋面系的設計可以將橋面系鋼材節(jié)省50%左右[4-5]，但是加勁肋的交叉排布也增大了橋面系的加工和焊接難度。

1 工程概況

引江濟淮繁華大道起于周公山路(原名國三路），依次與江淮大道、方興大道交叉，終于小龍山路，全長約1.577km，橋梁長度約1.3km。繁華大道橋是安徽省第一座軌道與城市道路共線的大跨度橋梁結構，上層橋?qū)挾?7.5m，為城市雙向6 車道+地鐵；下層橋?qū)挾?6.0m，為雙向4 車道+慢形系統(tǒng)，用鋼量達1.2 萬t。由于其為三幅雙層結構，鋼桁架梁為三面栓接一面焊接結構，螺栓栓接達16萬套，栓接難度大。

鋼橋面系與弦桿聯(lián)接，由橋面板、橫梁、U 肋、板肋等部分組成。鋼橋面板采用正交異性鋼橋面板，軌道交通范圍內(nèi)采用(14+3)mm 復合鋼板，其余區(qū)域采用16mm 普通鋼板。橫梁間距3.0m，采用倒T 形截面（T 肋），高1400～1650mm，腹板厚16mm，翼板寬600mm、厚24mm，腹板及底板與主桁伸出肢連接。雙線輕軌處橋面板設4 道小縱梁（T 肋），道床下小縱梁間距1800mm，采用倒T 形截面，高700mm。本橋U 肋設置在軌道交通和城市行車道范圍內(nèi)，U 肋高度280mm、厚8mm、間距600mm，板肋高度150mm。U 肋、板肋全橋連續(xù)，遇橫梁則開孔穿過。

圖1 主橋鋼桁架結構圖

由于軌道橋的剛度要求遠高于市政橋梁，而鋼結構為一種柔性材料，鋼結構橋面系本身剛度較差，需要在橋面系下加設橫向、縱向加勁肋以及U 型肋板來提高橋面系剛度。相對于市政橋面系而言，軌道橋面系增加了縱向T 肋，縱向T肋需要準確穿過橫向T 肋孔隙，并與橫向T 類焊接在一起，開孔過小會導致縱向T 肋無法穿過，開孔過大會導致焊接材料浪費，這使得橋面系的加工和拼裝難度大大增加。

2 施工工藝流程

橋梁鋼結構結合BIM 技術在廠內(nèi)預制加工、在現(xiàn)場吊裝的方法施工，軌道橋橋面系加勁肋嵌補段采用自制的嵌補段施工平臺進行現(xiàn)場焊接。各工序必須按照施工工藝流程進行，具體施工流程如下。

圖紙審核→BIM 建模→模型放樣→鋼材采購→鋼材試驗+鋼材預處理→下料、制作胎架→U肋、T肋、拼接板加工→橋面系加工→橋面系組裝焊接→焊接修正→焊縫檢驗→橋面系下胎架→打磨除銹+噴底漆、噴中間漆→噴面漆→運輸→吊裝+檢測→線型調(diào)整→橋面系連接（焊接、栓接）→安裝護欄及泄水孔→補漆→噴涂最后一道面漆→驗收。

3 基于BIM的軌道橋面系加工和試拼裝

3.1 軌道橋BIM建模

引江濟淮繁華大道橋總體走向西往東，路線起點位于周公山路，跨江淮運河為市政橋梁與軌道橋梁合建，采用153m 跨雙層鋼桁架拱橋方案，即上層橋?qū)挾?7.5m，為城市雙向6 車道+地鐵；下層橋?qū)挾?6m，為雙向4 車道+慢形系統(tǒng)。

軌道橋比市政橋需要承受更大的荷載，軌道交通頂板采用（14+3）mm 復合鋼板，頂板下設置縱向U 肋、橫向加勁肋（橫梁）、縱向加勁肋（縱梁）。橫梁間距3m，采用倒T 型截面，橫梁腹板與弦桿栓接，頂板及翼板焊接。軌道交通橋面板采用4 道小縱梁，采用倒T 型截面，橫梁開孔縱梁穿過橫梁。軌道交通橋面板U 肋對接采用焊接形式，與橋面板采用80%熔深雙面焊。軌道橋面系與主桁構件采用M30 高強度螺栓連接，鉆孔Φ33栓孔，設計有效預拉力為370kN；橋面系采用M24 高強度螺栓，分別為Φ26 栓孔，設計有效預拉力230kN。摩擦面抗滑移系數(shù)按照f=0.45 計。高強度螺栓連接部分的摩擦面，要求出廠時的抗滑移系數(shù)不小于0.55，構件安裝前抗滑移系數(shù)不小于0.45。

圖2 軌道橋面系三維立體示意圖

3.2 軌道橋面系廠內(nèi)加工制造

采用Revit 軟件對軌道橋面系進行精確建模，鋼材的下料及加工嚴格按照BIM 圖紙進行下料，橋面系中的面板、橫梁、縱梁先單獨制造成單元件，廠內(nèi)按輪次總體反造。將橋面板、橫梁、縱梁做成整體分段發(fā)運至現(xiàn)場；橋面系橫梁腹板一端采用先孔，另一端工地配鉆，拼接板采用先孔法。

①鋼材下料。鋼材下料前需對鋼材進廠檢查，檢查零件的編號、項目工號、材質(zhì)、外形尺寸、對角線尺寸、坡口等。鋼材下料采用噴粉機劃線，劃線前應使頂板坡口朝向與施工圖紙所示保持一致，并依據(jù)套料圖，縱、橫向基準線端頭均需采用樣沖標記，每處樣沖點均不少于3 個。零件采用數(shù)控火焰切割，加勁肋采用下料方式切割，切割精度為0.2mm。

②橋面系零件制作。鋼材下料完成后對線組裝U 肋或扁鋼，扁鋼組裝注意控制扁鋼與頂?shù)装宓拇怪倍龋细窈蟛捎肅O2氣保焊或手工電弧焊進行點焊固定。橋面系頂板單元件上胎架定位，頂板單元件置于專用的反變形焊接搖擺胎架上焊接，并嚴格按照焊接工藝規(guī)程要求進行。橫梁翼板制成T 形部件，手工劃線并組裝加勁焊接，劃線前應使坡口朝向與施工圖紙所示保持一致，并依據(jù)套料圖，標出板厚符號，標記標識。對線組裝加勁。控制加勁與腹板的垂直度，合格后采用CO2氣保焊或手工電弧焊進行點焊固定。

③橋面系組裝焊接。橋面系在胎架上組裝，先安裝橫向T 肋單元，再安裝縱向T 肋單元。先將橋面系橫梁單元件放在組裝平臺上，在底板四周的平臺上點焊模板防傾覆限位。橋面系縱向T 形肋板部件采用航車吊裝穿插至橋面系橫向橋面系上。最后組裝頂板單元件，以頂板縱橫向中心線為基準對線組裝，控制橫隔板的角度。頂板組裝完成后進行橋面系單元焊接。

圖3 軌道橋面系廠內(nèi)組裝

3.3 軌道橋面系現(xiàn)場安裝

根據(jù)本工程鋼結構橋梁階段劃分、現(xiàn)場環(huán)境、吊車作業(yè)半徑等因素選擇吊車，軌道橋面系采用龍門吊配合2 臺180t 汽車吊同時安裝施工，吊車選擇滿足鋼結構重量負載要求。

軌道橋面系在上層鋼桁架安裝完成后開始吊裝，安裝順序為由跨中向橋梁兩端安裝。

①軌道橋面系跨中段安裝

采用1臺125t龍門吊裝上層軌道橋面系吊至上層主桁橋面板指定位置；采用1臺180t汽車吊安裝上層軌道橋面系橋面板，此步驟可根據(jù)上弦桿安裝進度交錯進行。

②軌道橋面系標準段安裝

標準段安裝步驟同跨中段一致。

③軌道橋面系端頭段安裝

采用1臺180t汽車吊直接安裝上層軌道橋面系端頭橋面板。

④橋面系焊接

橋面系頂板采用焊接連接，完成橋面系節(jié)段安裝后，采用碼板臨時固定橋面系，焊縫下方采用陶瓷襯墊粘貼至焊縫下方，橋面系焊縫優(yōu)先采用埋弧焊配合手工焊焊接。

⑤橋面系栓接

軌道橋與鋼桁架設計采用栓接連接，為保證橋面系安裝速度和栓接質(zhì)量，橋面系采用廠內(nèi)單邊制孔，另外半邊現(xiàn)場制孔的方式施工。

圖4 軌道橋面系安裝

4 橋面系加勁肋板嵌補段焊接

軌道橋面系由橋面板、橫梁、U 肋、板肋等部分組成，橋面板采用正交異形鋼橋面板。為了增加橋面剛度，橋面板下設計焊接U 肋，U 肋、板肋全橋連續(xù)，遇橫梁則開孔穿過。由于橋面系是在鋼結構廠內(nèi)分段加工，現(xiàn)場拼裝形式施工，現(xiàn)場安裝時需要將截斷的肋板焊接補齊，補齊的主要有U肋和T肋嵌補段。

由于主橋橋面系最大高度為13m，采用傳統(tǒng)登高車施工不能滿足工期要求。登高車曲臂過長導致護欄晃動，車體穩(wěn)定性差，曲臂展開情況下不能行走，當一處嵌補段焊接完成后，需要收起曲臂，移動至另一位置后，再展開曲臂進行施工，這是導致登高車施工效率低的主要原因，因此需要研制一種新的施工設備來提高橋面系嵌補段的施工效率。U型肋的焊接難度較T 型肋板大，故項目進度以“研制U 肋嵌補段焊接移動平臺”為題展開研究。

4.1 橋面系U肋嵌補段施工平臺研制

通過對現(xiàn)場橋面系結構的調(diào)查，確定以方鋼管和角鋼為組合框架，以中承式軸承為支撐系統(tǒng)，以鏈條及人工作為驅(qū)動的U肋焊接施工平臺方案。

施工平臺主框架為5 號角鋼兜底，以4cm×4cm 方鋼管為護欄，主框架及護欄采用焊接進行連接。平臺底板為1.5mm 厚花紋板滿鋪，支撐主軸為25mm 圓鋼，圓鋼上安裝帶座軸承，軸承座采用螺栓與底板支撐架擰緊栓接，動力裝置采用4cm×4cm 方鋼管作為支撐架，支撐架上安裝帶座軸承、鏈條式齒輪及手搖把，在支撐主軸上安裝剎車卡齒，再將動力裝置采用竹膠板封閉，防止異物卡入齒輪，最后安裝電焊機籠及踢腳板。

表1 軌道橋面系分段吊裝作業(yè)表

圖5 施工平臺效果圖

施工平臺各部件方案優(yōu)化完成后，對各部件進行設計并繪制詳圖，并經(jīng)過MIDAS CIVIL 軟件結構安裝驗算，通過MIDAS CIVIL 結構驗算，施工平臺整體結構最大應力為70.6MPa，滿荷載下最大變形為1.2mm，滿足《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2017）要求。

4.2 施工平臺安裝

施工平臺安裝前對其在地面進行1.2倍荷載預加載，測量其底部框架未發(fā)生變形，再將施工平臺安裝到橋面系T肋上。

圖6 MIDAS CIVIL結構安全驗算

對于較高的橋面系，預先在橋面板下焊接吊耳，采用手拉葫蘆將施工平臺提升至橋面系下，主軸為可拆卸式，平臺就位后再安裝承重軸輪。施工平臺采用人力驅(qū)動，工人通過轉(zhuǎn)動手搖把移動平臺，平臺停止后拉下手剎，即可進行該部位U肋嵌補段焊接。

對安裝好的施工平臺進行試運行檢查，檢查限位頂緊狀態(tài)下最大偏移量不超過20mm，檢查可以看出齒輪裝置無滑移，剎車可正常開閉，滿足要求。

4.3 U肋嵌補段現(xiàn)場焊接

施工平臺設計可提供2 名工人及200kg 材料進行施工作業(yè)，U 肋嵌補段焊接采用手工焊接，焊接完成一段后，轉(zhuǎn)動手搖把移動平臺，移動至下一節(jié)段后拉下手剎，再進行該部位U 肋嵌補段焊接，以此循環(huán)。

圖7 U肋嵌補段焊接

采用U 肋嵌補段焊接平臺施工橋面系加勁肋嵌補段，平均完成時間均為7.5h，較傳統(tǒng)登高車方法縮短了4.5h，大大提高了嵌補段施工效率，且更為安全。

5 結語

采用BIM 技術對拱梁結合段進行三維建模，根據(jù)BIM 模型放樣結果進行下料及加工，保證構件下料和加工精度，使得橫向T肋開孔準確，縱向T肋一次性穿過率達100%。

橋面系與鋼桁架采用栓接連接，采用廠內(nèi)單邊制孔，另一邊現(xiàn)場制孔方法，提高了安裝偏差容錯率。

項目研制出了一種U 肋嵌補段焊接移動平臺，該移動平臺的應用可以加快U 肋和T 肋嵌補段的安裝和焊接速度，并且具有較高的安全性。