狹小空間橋隧相連工程中高墩大跨簡(jiǎn)支梁節(jié)段拼裝技術(shù)應(yīng)用研究

摘要：針對(duì)橋隧相連狹小空間內(nèi)高墩大跨簡(jiǎn)支梁的施工難題，以茨達(dá)河雙線特大橋?yàn)槔ㄟ^(guò)優(yōu)化制梁場(chǎng)地選址、構(gòu)建喂梁平臺(tái)、創(chuàng)新“邊拼邊拖”拼裝技術(shù)和無(wú)前導(dǎo)梁架設(shè)方法，成功解決了復(fù)雜地形與有限空間的施工難題。通過(guò)采用此施工技術(shù)，顯著提高了施工效率與工程質(zhì)量，同時(shí)降低了成本與安全風(fēng)險(xiǎn)，為未來(lái)工程提供了有力支撐。

關(guān)鍵詞：橋隧相連；狹小空間；拼裝場(chǎng)地；邊拼邊拖；喂梁平臺(tái)

0" "引言

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，尤其是在復(fù)雜地理環(huán)境下的高速鐵路和山區(qū)鐵路領(lǐng)域，橋隧相連狹小空間內(nèi)的高墩大跨簡(jiǎn)支梁施工成為亟待攻克的技術(shù)難題。面對(duì)極端地質(zhì)條件與有限作業(yè)空間的雙重挑戰(zhàn)，如何在確保施工安全和提高效率的同時(shí)，有效控制成本，成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。

在國(guó)外，節(jié)段拼裝橋梁技術(shù)和造橋機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)取得顯著成果。歐洲國(guó)家在節(jié)段拼裝橋梁的施工效率和質(zhì)量控制方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其研究成果主要集中在如何提高預(yù)制節(jié)段的生產(chǎn)精度、優(yōu)化拼裝工藝以及確保結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性等方面。美國(guó)則在造橋機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用上不斷創(chuàng)新，特別是在適應(yīng)復(fù)雜地形條件、提高架設(shè)效率和安全性方面取得了重要突破。然而，這些研究多針對(duì)開(kāi)闊地形，對(duì)于橋隧相連狹小空間的特殊條件考慮不足。

在國(guó)內(nèi)，隨著高速鐵路和山區(qū)鐵路建設(shè)的蓬勃發(fā)展，橋隧相連高墩大跨簡(jiǎn)支梁的施工技術(shù)也得到了快速發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在特殊條件下的造橋機(jī)施工技術(shù)、山區(qū)高速公路橋隧相連地段梁體預(yù)制與架設(shè)技術(shù)、艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路高墩大跨橋梁關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行深入研究。陳華芳[1]針對(duì)特殊條件下的造橋機(jī)施工技術(shù)難題提出了有效處理方案。楊紅亮[2]通過(guò)數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)合，優(yōu)化了山區(qū)高速公路橋隧相連地段的梁體預(yù)制與架設(shè)技術(shù)。陳克堅(jiān)[3]則針對(duì)艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路高墩大跨橋梁的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。崔學(xué)民等[4]緊密結(jié)合數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，優(yōu)化了復(fù)雜地形下的移動(dòng)支架拼裝施工技術(shù)。但在解決橋隧相連狹小空間施工難題方面仍存在諸多不足。例如，現(xiàn)有研究往往忽視了狹小空間對(duì)制梁場(chǎng)地選址、節(jié)段梁提運(yùn)、造橋機(jī)拼裝以及末孔梁架設(shè)等施工環(huán)節(jié)的限制，導(dǎo)致在實(shí)際工程中難以有效應(yīng)用。

本文借鑒國(guó)內(nèi)外研究，以茨達(dá)河雙線特大橋?yàn)槔?，分析技術(shù)難點(diǎn)并提出“邊拼邊拖”拼裝技術(shù)和無(wú)前導(dǎo)梁架設(shè)技術(shù)，有效解決了場(chǎng)地和架設(shè)空間受限問(wèn)題。相比現(xiàn)有研究，本文有技術(shù)創(chuàng)新和良好應(yīng)用效果，可為同類工程提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參考。

1" "工程概況

茨達(dá)河雙線特大橋位于四川省德昌縣，全長(zhǎng)838.35m，下部結(jié)構(gòu)由摩擦樁、雙線T型橋臺(tái)、圓端型實(shí)體墩或空心墩組成，最高墩達(dá)68m。上部結(jié)構(gòu)為1跨32m簡(jiǎn)支T梁與12跨64m簡(jiǎn)支箱梁組合。其中，T梁采用整跨預(yù)制，架橋機(jī)架設(shè)；箱梁采用分段預(yù)制，移動(dòng)支架造橋機(jī)濕接法拼裝。

2" "施工難點(diǎn)與方案優(yōu)化

茨達(dá)河雙線特大橋地處山區(qū)谷地，兩端緊鄰萬(wàn)馬石一號(hào)隧道與蘇家堡特大橋。復(fù)雜地形與有限空間對(duì)梁場(chǎng)布局、節(jié)段梁運(yùn)輸、造橋機(jī)組裝及末孔梁架設(shè)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

2.1" "山區(qū)梁場(chǎng)選址困難

2.1.1" "難點(diǎn)概述

原設(shè)計(jì)梁場(chǎng)位于萬(wàn)馬石一號(hào)隧道進(jìn)口左側(cè)150m緩坡地帶，占地面積約為1800m2。經(jīng)實(shí)地踏勘發(fā)現(xiàn)，該選址存在諸多不利因素，具體如下：

梁場(chǎng)地處半山腰，地形陡峭，需進(jìn)行大規(guī)模的高填（挖）方施工；部分邊坡高度超過(guò)35m，支擋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)恰好位于便道邊坡上，增大了安全風(fēng)險(xiǎn)；梁場(chǎng)與13#橋臺(tái)間有4m高差，橋頭需增設(shè)轉(zhuǎn)向提梁設(shè)備，增加了提梁難度和風(fēng)險(xiǎn)；隧道洞口至13#橋臺(tái)直線距離僅5.3m，縱向運(yùn)梁距離短且坡度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高；梁場(chǎng)距離萬(wàn)馬石隧道較近，邊坡開(kāi)挖后易導(dǎo)致洞口偏壓。

2.1.2" "方案優(yōu)化

綜合考慮地形、運(yùn)梁路徑、提運(yùn)架設(shè)流程、材料運(yùn)輸及隧道安全等因素，將梁場(chǎng)設(shè)于該橋小里程側(cè)的蘇家堡特大橋11#～18#墩臺(tái)間。新址長(zhǎng)為195m，寬為40～50m，占地7666m2，均為紅線用地。其中，11#～17#墩為制梁和存梁區(qū)，樁基施工完成后暫緩承臺(tái)與墩身建設(shè)，待制架梁完成后再施工；17#～18#墩臺(tái)設(shè)提梁區(qū)，搭建24m鋼棧橋作為提梁平臺(tái)。優(yōu)化后的梁場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

2.2" "造橋機(jī)拼裝場(chǎng)地受限

2.2.1" "難點(diǎn)概述

該橋64m箱梁采用SX64/2200型移動(dòng)支架造橋機(jī)拼裝。因梁場(chǎng)位于小里程側(cè)，故從小里程向大里程方向架設(shè)。造橋機(jī)需在小里程側(cè)橋頭拼裝，而0#臺(tái)后路基僅110m長(zhǎng)，且首跨32mT梁尚未架設(shè)，無(wú)法為造橋機(jī)整體拼裝（造橋機(jī)全長(zhǎng)147.6m）提供足夠的作業(yè)面。加之0#～4#橋墩地處陡峭山坡，附近無(wú)平坦場(chǎng)地供造橋機(jī)拼裝。

2.2.2" "方案優(yōu)化

將拓寬路基作為桿件存放與拼裝場(chǎng)地，在首跨32m T梁處建造鋼棧橋，與路基共同構(gòu)成造橋機(jī)拼裝場(chǎng)地。在路基上預(yù)拼裝桿件，橋臺(tái)頂拼裝后支點(diǎn)小車，路基上拼裝后支腿及臨時(shí)支垛。在后支腿、后支點(diǎn)小車和臨時(shí)支垛上，人工配合汽車起重機(jī)拼裝造橋機(jī)，采用“邊拼邊拖”的方式直至完成。

2.3" "首跨64m梁架設(shè)位置后支腿難支撐

2.3.1" "難點(diǎn)概述

造橋機(jī)在首跨64m梁（第二跨）就位時(shí)，后支腿需支撐于1#過(guò)渡墩。但該墩采用高低墩帽結(jié)構(gòu)，兩者間存在3.4m高差。梁體架設(shè)后，小里程側(cè)梁端距墩帽僅10cm，無(wú)法張拉預(yù)應(yīng)力筋及封錨。若先架梁后施做墩帽，后支腿與墩頂將形成6.5m高差，施工極為困難。

2.3.2" "方案優(yōu)化

先暫不施作高墩帽，為梁端預(yù)留張拉空間。在1#墩兩側(cè)及高墩帽位置設(shè)置鋼管混凝土支墩，以承載造橋機(jī)后支腿及其承受的上部荷載，確保架梁穩(wěn)定安全。

2.4" "末孔橋梁架設(shè)空間受限

2.4.1" "難點(diǎn)概述

13#橋臺(tái)與萬(wàn)馬石一號(hào)隧道洞口僅距5.3m，架設(shè)末孔64m梁時(shí)，造橋機(jī)需伸入隧道內(nèi)。因造橋機(jī)尺寸超出隧道斷面，需拆除前導(dǎo)梁前端52.8m（質(zhì)量201.9t）。此工況為國(guó)內(nèi)首例，缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)借鑒[5]。且拆除部分前導(dǎo)梁會(huì)導(dǎo)致造橋機(jī)配重減少，主梁變形較常規(guī)架梁狀態(tài)顯著增大，存在造橋機(jī)傾斜坍塌的重大安全隱患。

2.4.2" 方案優(yōu)化

造橋機(jī)過(guò)孔時(shí)邊走行邊拆除前導(dǎo)梁部分桿件以縮短長(zhǎng)度，就位后，在中支腿大里程側(cè)增設(shè)配重，以增大中支腿處負(fù)彎矩，減小主梁下?lián)隙?。利用臨時(shí)支墩協(xié)同造橋機(jī)共同承載整孔梁的荷載，控制主梁變形，確保造橋機(jī)受力合理及施工安全。

3" "關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1" "造橋機(jī)邊拼邊拖非整體拼裝技術(shù)

3.1.1" "造橋機(jī)拼裝場(chǎng)地建設(shè)

為確保造橋機(jī)拼裝場(chǎng)地滿足要求，對(duì)路基進(jìn)行拓寬處理，并嚴(yán)控層厚、壓實(shí)度及排水、硬化措施。將0#臺(tái)尾設(shè)后支點(diǎn)小車軌道，在距臺(tái)尾30.3m路基上澆筑后支腿滾輪箱基礎(chǔ)，預(yù)埋精扎螺紋鋼。

首跨鋼棧橋采用2～16m跨徑設(shè)計(jì)，以首跨墩臺(tái)及臨時(shí)鋼管支墩為支撐，貝雷梁為承重結(jié)構(gòu)，確保起重機(jī)站位和運(yùn)輸通暢。1#墩墩側(cè)和墩頂支墩均采用4根φ529mm鋼管立柱，灌注C30微膨脹混凝土，頂部設(shè)鋼墊板，底部與承臺(tái)或墩頂用φ32mm精扎螺紋鋼錨固。立柱間以角鋼連接，以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。

3.1.2" "造橋機(jī)邊拼邊拖非整體拼裝施工

在造橋機(jī)邊拼邊拖施工中，確保傾覆穩(wěn)定系數(shù)大于1.5，拼裝順序合理，及時(shí)安裝橫聯(lián)穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，將主桁桿件對(duì)稱拼裝[6]。具體步驟如下所示。

步驟一：在0#臺(tái)和路基上組裝后支點(diǎn)小車及后支腿，搭設(shè)臨時(shí)支垛，1#墩上拼裝中支腿，前支腿置于1#墩大里程側(cè)地面，延長(zhǎng)后支點(diǎn)小車軌道至鋼棧橋上。

步驟二：在后支點(diǎn)小車和臨時(shí)支垛上拼裝前導(dǎo)梁3個(gè)6m節(jié)間下弦，用φ40精軋螺紋鋼錨固，依次拼裝上部桿件。

步驟三：繼續(xù)拼裝3個(gè)6m節(jié)間、1個(gè)變截面節(jié)間和3個(gè)7.5m節(jié)間，尾部安裝拖拉卷?yè)P(yáng)機(jī)。

步驟四：拆除臨時(shí)支垛，安裝臨時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪，穿鋼絲繩。利用此拖拉系統(tǒng)，將前導(dǎo)梁整體向前拖拉14.4m。

步驟五：分次拼裝并拖拉7.2m、9.6m后，松開(kāi)前導(dǎo)梁與后支點(diǎn)小車錨固。頂升中支腿，后移后支點(diǎn)小車至0#臺(tái)附近并頂升。吊裝前支腿至前導(dǎo)梁，調(diào)整滑輪位置。

步驟六：分次拼裝14.4m、11.2m節(jié)并拖拉12m、14.4m節(jié)后，頂升中支腿，后支點(diǎn)小車移至棧橋跨中，調(diào)整滑輪位置。

步驟七：拼裝24m節(jié)后拖拉20.8m節(jié)，安裝回轉(zhuǎn)天車，倒運(yùn)后支點(diǎn)小車。完成主梁和后尾梁拼裝，安裝固定滑車于后支腿，后尾梁尾部安裝拖拉橫梁。后支點(diǎn)小車頂升并錨固，安裝活動(dòng)滑車于拖拉橫梁。

步驟八：利用拖拉系統(tǒng)，造橋機(jī)整體前拖16m至2#墩，頂升前支腿、后支點(diǎn)小車及中支腿，后支腿后移至1#墩支墩并錨固。

步驟九：前支腿頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高，中支腿滑移過(guò)孔至2#墩并錨固，將造橋機(jī)落于中、后支腿滾輪箱和后支點(diǎn)小車上，固定滑輪倒運(yùn)安裝于后支腿。

步驟十：前支腿收縮，拖拉卷?yè)P(yáng)機(jī)縱移造橋機(jī)64m，頂起支架并拆除后支點(diǎn)小車，前支腿懸于3#墩。支架支撐于后、中支腿，就位后進(jìn)入架梁狀態(tài)。

3.2" "梁段提運(yùn)技術(shù)

鑒于梁場(chǎng)與路基間存在14.35m的高差，且蘇家堡特大橋17#～18#孔跨位于陡坡地帶，提梁設(shè)備軌道無(wú)法鋪設(shè)至18#橋墩，不能直接吊運(yùn)預(yù)制梁段至路基上，故在17#～18#墩間搭設(shè)24m鋼棧橋作為喂梁平臺(tái)。運(yùn)梁小車行駛至平臺(tái)靠近梁場(chǎng)側(cè)，由龍門起重機(jī)將梁段提至運(yùn)梁小車上，小車再經(jīng)喂梁平臺(tái)、路基及首跨鋼棧橋，將梁段運(yùn)至造橋機(jī)尾部。

3.3" "近隧道孔跨移動(dòng)支架無(wú)前導(dǎo)梁架設(shè)技術(shù)

橋隧相連地段地形狹窄，橋臺(tái)緊接隧道洞口，施工場(chǎng)地局促，場(chǎng)地布置十分困難。本項(xiàng)目在末孔施工中創(chuàng)新采用無(wú)前導(dǎo)梁架設(shè)技術(shù)，有效縮短了造橋機(jī)前端尺寸，完美適應(yīng)了有限空間。

3.3.1" "前導(dǎo)梁拆除與安全控制

為確保前導(dǎo)梁順利拆除與施工安全，對(duì)隧道明洞洞頂進(jìn)行級(jí)配碎石回填與鋼板鋪設(shè)。將50t汽車起重機(jī)設(shè)置在明洞洞頂進(jìn)行拆除作業(yè)。造橋機(jī)過(guò)孔時(shí)，當(dāng)前導(dǎo)梁距離隧道洞口約80cm時(shí)，按照拆除一節(jié)間、行走一節(jié)間距離的方式逐步拆除前導(dǎo)梁，直至造橋機(jī)行走至架梁指定位置。最后拆除后支點(diǎn)小車和中支腿斜撐。

3.3.2" "中支腿配重增穩(wěn)

為增強(qiáng)造橋機(jī)的穩(wěn)定性，在中支腿大里程側(cè)主梁上施加60t配重，配重材料采用拆除的前導(dǎo)梁桿件或混凝土預(yù)制塊。

3.3.3" "臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)與施工

根據(jù)理論計(jì)算，在末孔梁10#和11#梁段正下方搭設(shè)臨時(shí)支墩，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)與鋼管立柱組合形式，頂部設(shè)置八三墩縱、橫向分配梁及沙箱，用以分散梁段荷載和調(diào)整梁段標(biāo)高。臨時(shí)支墩施工需在倒數(shù)第二孔梁架設(shè)前完成，以確保后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

3.3.4" "梁段拼裝

先安裝1#和15#段，再?gòu)拇罄锍滔蛐±锍谭较蛞来伟惭b14#～9#段，關(guān)閉造橋機(jī)活門，再依次安裝8#、7#、2#、6#、3#、5#、4#段。10#和11#段直接落于臨時(shí)支墩上，其余梁段則通過(guò)扁擔(dān)梁懸掛于主梁懸吊縱梁上。全部梁段下放后，進(jìn)行粗精調(diào)、濕接縫、預(yù)應(yīng)力張拉等施工。

4" "結(jié)束語(yǔ)

茨達(dá)河雙線特大橋64m節(jié)段拼裝梁施工，是對(duì)復(fù)雜地形鐵路建設(shè)技術(shù)的深度探索。通過(guò)精細(xì)化的梁場(chǎng)選址、創(chuàng)新的造橋機(jī)拼裝策略、穩(wěn)固的鋼管混凝土支墩設(shè)置、高效的分段拼裝與同步拖拉技術(shù)，以及開(kāi)創(chuàng)性地實(shí)施無(wú)前導(dǎo)梁架設(shè)技術(shù)，有效解決了橋隧相連狹小空間內(nèi)的施工難題，提升了效率和質(zhì)量，有效控制了成本與安全風(fēng)險(xiǎn)。本文基于國(guó)情提出了適合我國(guó)鐵路建設(shè)特點(diǎn)的“邊拼邊拖”拼裝技術(shù)和無(wú)前導(dǎo)梁架設(shè)技術(shù)，并在茨達(dá)河雙線特大橋成功應(yīng)用，驗(yàn)證了其可行性。

參考文獻(xiàn)

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