高速铁路大跨度连续梁拱桥梁施工控制技术

龚军平 陈 强

(1.中铁三局集团华东建设公司，江苏南京 211135;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

国外20世纪30年代已建成有跨度100 m以上的钢管混凝土拱桥，但此类桥式在我国的发展历史并不长［1，2］。近年来钢管混凝土拱桥发展非常快［3］。高速铁路中应用在近几年才刚刚出现，众多学者对系杆拱桥施工监控曾进行了较多的研究［4-8］，但对大跨度连续梁拱桥的施工控制研究还很少。

1 工程概况及施工方案简介

京沪高速铁路镇江京杭运河特大桥主跨为(90+180+90)m的连续梁拱，是目前世界上300 km/h及以上高速铁路中最大跨度桥梁，也是国内铁路同类桥梁中的最大跨度。主梁为单箱双室变高度箱形截面，中支点梁高10 m，矢跨比为1∶5，拱肋横截面为等高度哑铃形截面，钢管直径1.1 m，钢管及缀板内浇筑微膨胀混凝土，两榀拱肋底部横向中心距11.9 m，两榀拱肋间共设9道横撑。全桥共设18组双吊杆。本桥采用先梁后拱法施工，即先用悬灌法浇筑连续梁，然后拼装拱肋、对称泵送拱肋内充混凝土，最后安装吊杆并张拉。桥梁总体布置见图1。

2 施工过程仿真分析模型

桥梁施工过程仿真分析采用MIDAS/CIVIL2006，为了更准确的模拟施工过程，计算采用多个模型完成。主梁悬臂灌注施工模拟主要采用梁单元模型。连续梁成桥后，为了准确获得后续施工阶段主梁的局部应力状态，采用实体单元来模拟主梁，拱肋钢管采用梁单元模拟，进行钢管内混凝土灌注加载分析。吊杆张拉控制力优化计算采用实体元——钢管混凝土组合梁单元—拉压桁架单元组合模型模拟。多个计算模型的结果进行叠加，获取准确的结构应力及变形状态。

3 主梁施工过程分析与控制

3.1 主梁线形实测结果分析

根据各阶段线形实测结果及与理论标高对比分析，319，320墩侧的主梁标高变化基本相同，合龙条件较好。梁体各阶段的理论标高与实测标高基本吻合，最大偏差均小于15 mm。连续梁成型时，边跨理论标高与实测标高差值均小于10 mm，中跨最大差值－12 mm。连续梁成型质量良好，图2，图3为2个主要施工阶段的理论与实测线形对比曲线。

图1 （90+180+90）m连续梁拱桥梁布置图

图2 主梁合龙后理论标高与实测标高对比曲线

图3 桥面系荷载施加后的理论标高与实测标高对比曲线

3.2 主梁应力测试结果分析

经对主梁各阶段应力变化及累计应力理论值、实测值对比分析，各截面应力变化与理论应力变化接近，合龙前319，320墩侧实测上缘应力均略小于理论计算值，绝对差值约1.3 MPa，下缘应力略高于理论值，差值约0.8 MPa。连续梁成桥时，各测试截面的理论应力与实测应力较为吻合，除5号截面底板应力相差约2.33 MPa，8号截面底板应力相差2.11 MPa，其余各截面应力均较为吻合，连续梁成型质量良好(见表1)。

4 钢管混凝土拱肋、吊杆张拉及二期恒载施工过程控制

4.1 拱肋骨架标高控制测试及分析

拱肋拼装完成后的各工况加载过程中，拱肋受荷载作用逐渐下挠，二次荷载施加后，拱肋顶下挠量最大约137 mm，考虑到拱肋加工预拱度为130 mm，成桥后的拱轴线与设计拱轴线相差不足10 mm，拱肋成型质量良好。

4.2 拱肋钢管应力测试及分析

表2为一肢拱肋理论及实测平均应力。可以看出，截至吊杆力二次调整完成时，南、北肢拱肋平均实测应力接近，并与理论应力较为吻合，拱肋的应力状态良好。

表1 连续梁成桥时累计应力实测值与理论计算值 MPa

表2 成桥时拱肋各截面平均应力理论与实测对比 MPa

4.3 钢管拱施工过程中混凝土梁应力测试及分析

分析从拱肋拼装至成桥各阶段测点应力及顶底板平均应力变化。拱肋支架施工过程中，主梁顶、底板的应力变化最大约2 MPa，梁上拱肋拼装用钢管支架拆除后，主梁应力基本上恢复至连续梁成型时的应力状态。钢管混凝土灌注对梁体的应力状态影响较小，实测应力变化均比较小。吊杆张拉及调整阶段，主梁跨中底板压应力平均变化为3.71 MPa，－1.65 MPa，其余截面应力变化比跨中稍小，其他各阶段主梁的应力变化均比较小。从表3可看出，主梁各截面的实测应力与理论应力基本接近，最大相差约2.5 MPa。除了边跨跨中和主跨跨中顶底板应力差值约4 MPa外，其余截面顶底板应力相差均比较小，基本上呈轴压状态。

4.4 吊杆力的控制

吊杆张拉力采用了优化计算模型，一次张拉，成桥后，对吊杆力进行最后一次调整，全桥的吊杆内力较为均匀，平均约300 kN， 吊杆力的差值控制在50 kN之内。

表3 主梁各截面测点应力及平均应力变化 MPa

5 结语

全桥施工过程仿真分析给出了准确的线形和应力控制数据，提高了大跨度连续梁拱组合结构的变形控制精度，保证了连续梁的线形和应力状态满足施工过程及成桥运营阶段的要求。可为今后同类桥梁施工控制提供借鉴。

［1］ 丁大均.我国拱桥建设屡创辉煌［J］.桥梁建设，2000(1)：63-68.

［2］ 邰扣霞，张佐安，丁大均.我国钢管混凝土拱桥建设［J］.桥梁建设，2007(4)：65-69.

［3］ 江旭东.确定系杆拱桥吊杆初始张拉力方案及施工控制［J］.上海公路，2008(1)：37-39.

［4］ 王治均，李年维，沈超明，等.钢管混凝土刚性系杆拱桥施工监控技术［J］.施工技术，2010(10)：63-66.

［5］ 陈 强，李家奇，栗 勇，等.尼尔森吊杆体系系杆拱桥施工过程控制［J］.铁道建筑，2010(11)：1-4.

［6］ 张益多，鲍丽丽，张国云，等.京沪高铁跨锡北运河系杆拱桥施工监控［J］.江苏科技大学学报(自然科学版)，2011，25 (3)：214-218.

［7］ 王 君，杨振伟，王高彦.高速铁路大跨钢管混凝土提篮式拱桥施工监控［J］.桥梁建设，2011(6)：82-88.

［8］ 张益多，鲍丽丽，李年维，等.京沪高铁96 m系杆拱桥施工过程有限元分析［J］.江苏科技大学学报(自然科学版)，2012，26(1)：18-22.