纳界河特大桥总体施工方案研究

王晓棠

（中铁二局第五工程有限公司　四川　成都　610091）

纳界河特大桥总体施工方案研究

王晓棠

（中铁二局第五工程有限公司四川成都610091）

结合林织铁路纳界河上承式钢桁提篮拱桥工程的特点和难点，重点研究了主桥拱座基础、钢桁提篮拱桥阶段吊装、拱上立柱吊装及钢混结合梁施工等关键施工技术，顺利实现各种构件的吊装，圆满完成了提篮钢桁拱的合龙。

纳界河特大桥；上承式钢桁提篮拱桥；吊扣分离

引言

纳界河特大桥全长810.10m，是林织铁路全线控制性工程，位于贵州省清镇与织金交界地段。主桥横跨纳界河，纳界河两侧为绝壁，两岸地形高陡，桥位处于“U”型峡谷，桥梁轨面至水面高差约为320m。主桥结构为352m上承式钢桁提篮拱桥，为国内外同类桥梁的最大跨度，该桥建设技术含量高。再加上大桥位于贵州偏远山区，地形错综复杂，交通不便等因素给主桥长大构件运输及安装带来极大困难。

1　工程概况

桥梁结构：

纳界河特大桥全长810.10m，主桥长352m，引桥及拱上孔跨布置为3×24m简支梁+1×32m简支梁+2×48mT构+11×24m钢梁+2×48mT构+7×32m简支梁。全桥平面位于直线上，纵断面线路为平坡。主桥结构为上承式钢桁提篮拱桥，理论跨径352m，主拱矢高64.5m。主桥由拱座、主拱、拱上立柱、钢混结合梁、交界墩、48mT型刚构等组成。拱座与交界墩、48mT型刚构连成一体，为钢筋混凝土结构。

图1　纳界河特大桥总体布置图

2　工程特点和重难点

（1）工程地处贵州省偏远山区，道路条件恶劣，大型船舶无法进入内河，主桥构件运输困难。

（2）纳界河特大桥为目前世界上最大跨度的单线铁路上承式钢桁拱桥，结构设计的独特性，隐含了大量先进的设计、施工和监测监控技术。内倾式提篮钢拱肋吊装、拱上立柱垂直度线形控制及过程监控等，施工难度大、安全风险高。

（3）新颖、复杂的结构体系的最终实现需要先进的技术支持和可靠的工艺保证，临时架空索道系统、扣锚索体系、主桥结构构件吊装方案、安装施工几何精度控制等是关键。

（4）作为大跨桁架拱和整体节点板结构，钢构件制造及拼装精度控制要求高，线形控制难度大。

3　施工方案研究的主要内容

针对本桥的特点及难点，总体方案主要从拱座基础施工、主拱吊装、拱上立柱吊装、钢混叠合梁及48mT构施工等5个方面进行研究。

3.1拱座基础

大桥东西岸各有一个拱座，其中6#墩外轮廓尺寸为28m× 35m×20m，混凝土标号为C35。拱座开挖量大，基坑平均开挖深度约30m，开挖时拱座基坑沿铅垂方向分为四部分，各部分基坑均分层开挖，每层开挖深度不大于2m。为保证坑壁平面效果及减小对拱座背山侧和基底岩石爆破扰动，同时保证受力基岩整体性，采用光面爆破原理进行开挖，开挖严格按照多打眼少装药的原则进行爆破。拱座前方设置深约25m，宽6m的拖槽作为运输通道进行渣土外运。

单个拱座混凝土约9214m3，为大体积混凝土[1]，根据设计及施工工艺要求，采取分块、分层方法进行浇筑，单层高度不大于4m。根据实际情况，本拱座拟分为四个区，各区分层浇筑。Ⅱ区混凝土施工时，进行交界墩墩身预埋钢筋施工，当Ⅱ区混凝土施工完成后，接着进行交界墩施工，同时进行Ⅲ区混凝土施工。为有效降低混凝土水热化，各区内采用冷却循环水管进行混凝土内部温度调节和控制。

图2　拱座分区分层浇筑图（单位：cm）

3.2主拱架设施工

3.2.1钢桁拱吊装方案比选

（1）单构件吊装与节间吊装比选（如表1）

由表1可知，单构件吊装在构件运输、临时措施投入及施工工艺等方面均有明显优势。

（2）临时索塔吊扣分离[2]与吊扣合一比选

表1　单构件吊装与节间吊装比选

①从安全可靠角度比较。吊扣分离的索塔形式优点：避免了吊装作业引起的塔架偏移对主拱的线形产生影响；扣索空间布置为“内八字”，扣索面基本平行于拱肋平面，拱肋扣点受力明确，可靠性高；索塔受力明确，安全易受控。缺点：扣索内八字布置，吊装过程中杆件会与扣塔和扣锚索体系产生一定干扰。需在交界墩顶另设置钢扣塔，一定程度影响T构的施工进度。吊扣合一的索塔形式优点：不需另设扣塔，在不影响吊装作业的情况下，可以进行T构悬臂灌注施工。缺点：吊装引起的塔架偏移影响主拱构件拼装就位和主拱线形，对主拱的合龙精度也有极大影响；扣索空间布置为“外八字”，导致扣索面不平行拱肋平面，需对拱肋扣点进行加强设计；拱肋扣点受力不明确，索塔受力不明确，安全可靠性较低。

②从经济角度比较。采用吊扣分离的索塔形式，扣塔设置利用主桥主体永久结构（交界墩）作为扣塔一部分，减少扣塔临时措施的投入。采用吊扣合一的索塔形式，虽减少了交界墩扣塔的设置，吊扣共用索塔，但同样增加索塔工程量。

通过比较，决定采用吊扣分离的索塔结构形式，进行纳界河特大桥的施工。

3.2.2钢桁架吊装方案比选结果

结合工程地理位置、主桥施工难度等实际情况，经过从杆件吊装方式和临时索塔设计两大方面的比较，钢桁拱梁用“吊扣分离，单杆件吊装”方案在构件运输、主拱肋线形控制、安全可靠性、可实施及施工措施投入等方面均有明显优势，决定采用该方案进行纳界河特大桥的施工。

图3　索道系统及扣锚索系统布置图

3.2.3主拱架设工艺

（1）施工步序

步序一：①拱脚预埋段定位安装；②安装1#、2#、3#节间后，浇注拱脚段混凝土；③安装4#、5#节间，对称张拉第一组扣锚索。

步序二：①依次安装6#、7#、8#节间，对称张拉第二组扣锚索；②安装9#～21#节间，依次对称张拉第三、四、五、六、七组扣锚索。

步序三：①精确测量拱顶合龙口标高及东西岸拱肋相对尺寸；②安装合龙段22#节间，完成主拱施工。

步序四：①对称放张七对扣锚索，完成体系转换；②拆除扣锚索、扣索联结器、扣塔。

（2）拱脚预埋段[3]安装

拱脚预埋段的准确定位，是整个主桥结构施工控制中的一道关键程序，是关系到主桥拱肋是否能够顺利安装和精确合龙的决定性环节。

图4　拱脚预埋段定位图

为保证拱脚预埋段能够顺利实现精确定位，采用竖向和横向的千斤顶，对拱肋节段进行精确定位。钢支座和万能杆件支架作为主要承力支撑结构，拱肋侧面采用手拉葫芦悬拉于拱脚预埋孔侧面混凝土预埋锚环作为精调定位时的安全防护措施，保证拱脚定位的可操作性与安全性。拱脚定位所需要的预埋件预埋位置，通过确定预埋点的三维坐标方法控制埋设，施工时要求平面位置误差不超过±20mm，标高误差不超过-20～0mm。

（3）主拱杆件安装

主拱各杆件在工厂完成制作并试拼装检验合格后，通过陆路运输至施工现场存放。为减少索鞍横移次数，提高吊装施工效率，其弦杆、竖杆、腹杆采用主索道吊装施工，而上下平联、横联采用工作索道吊装。

索道索鞍横移至拼装弦杆前端的设计位置，平车转运杆件至吊点处。在腹杆的顶端靠线路外侧的设计螺栓孔上安装吊耳。通过电脑计算内外侧吊索长度、重心，使杆件起吊后初步接近理论倾斜角度，把数显角度测量仪贴于杆件上，测量复核下弦杆的旋转角度，通过前吊点的链条葫芦调至8.37867°。

图5　杆件吊装施工图

单杆件拼装时，先安装20％螺栓孔位总数的临时螺栓和10％冲钉，待一个节间拼装完成后再替换为高强螺栓进行节间固定。

杆件拼装至扣点段时，安装扣锚索钢绞线。根据监控单位提供的数据进行扣锚索张拉，使其达到设计线形。上下游扣锚索应同时张拉，以确保扣塔横向受力平衡。然后，进行下一节段杆件安装。受扣塔上张拉空间限制，扣锚索张拉均采用单根钢绞线张拉的方式。

（4）主拱合龙[4]

提前一周连续2h观测温度，合拢温度选择15℃，主拱拼装至21#段后，在合拢温度范围，分次测量拱肋合龙口标高及上下游拱肋相对位置，利用扣锚索体系精确调整标高达到合拢条件。采用临时架空索道，将合龙段下弦杆及下平联杆件的一端与21#节间进行连接，合龙温度达到15℃，采取适当的拉顶辅助措施，通过冲钉快速连接另一端并安装高强螺栓，实现下平面合龙；然后，根据合龙口尺寸将腹杆及上弦杆拼接板现场钻孔，再安装腹杆、上弦杆、上平联，完成主拱合龙。

（5）体系转换

主拱合龙段吊装完毕，高强螺栓施拧完成后，进行体系转换。体系转换即是将扣索索力释放，通过主拱肋承受自身重力并把力传递至拱座。对称解除两岸扣锚索，单组扣锚索解除按照两岸、上下游、扣索、锚索对称同时进行；扣锚索采用单根钢绞线退张方式。监控单位根据拱肋线形测量数据及扣塔位移数据，下达体系转换步骤指令。

3.3拱上立柱施工

主拱合拢完成后，拆除扣锚索体系，进行拱上立柱安装。利用临时架空索道，从跨中#6拱上立柱往#1立柱依次进行对称吊装，根据索道的起吊能力，4#～6#拱上立柱采用整体吊装，1#～3#拱上立柱分节段吊装。立柱安装后，复测拱上立柱顶面标高，采用垫片调整支座底平面，通过螺栓孔安装钢混结合梁固定支座。

3.4钢混结合梁施工

结合梁从加工厂家分节段通过陆路运至现场存梁处，根据节段划分焊接成吊装节段，采用两组临时架空索道抬吊安装就位。全桥共分11个吊装节段，最大节段吊装重量87t；安装顺序从跨中向两岸对称进行，首先进行跨中第一孔安装，然后依次向两岸对称进行安装。

钢混结合梁的桥面板为钢筋混凝土结构，通过剪力钉构造与钢梁连接成整体。待钢梁安装完成后，在钢梁两侧和内侧分别设置托架、支架及模板系统，然后按照设计要求分段进行钢筋安装、混凝土浇筑施工。

3.5T构悬臂灌筑施工

48mT构采用挂篮悬臂灌注施工。T构0#段采用托架法进行施工，主拱合龙后，拆除T构墩顶钢扣塔，采用临时架空索道组拼三角挂篮。挂篮拼装完毕，待底模等铺设就位后，进行钢筋吊装、绑扎，预应力管道安装及预埋件埋设等施工。待混凝土等强后，进行预应力穿束、张拉、压浆，然后移动挂篮，进行下一段悬臂施工。

5　结束语

纳界河特大桥主桥结构新颖，工程地处贵州偏远山区，施工技术难度极大，安全风险极高。主桥吊装采用“扣吊分离”的方案，使主拱扣挂体系受力明确，确保了主拱钢桁杆件拼装及合龙精度；利用交界墩作为扣塔基础，扣、锚索分别采用“内、外八字”的布置方式，确保了在未设置侧向缆风的情况下扣塔的整体稳定；通过总体施工方案的研究为大桥顺利施工完成打下了坚实基础。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.中国建筑工业出版社，1997.

[2]汤伟，张鹏勃.斜拉扣挂法分离式扣挂系统在钢管拱桥的应用与浅析.公路工程，2013.

[3]贺修军.大跨度钢管混凝土系杆拱桥系梁施工技术研究.铁道建筑技术，2011.

[4]胡辉跃.大胜关长江大桥主拱合龙措施及监控计算分析.铁道工程学报，2010.

U448

A

1673-0038（2015）04-0125-03

2015-1-9

王晓棠（1983-），男，工程师，本科，主要从事桥梁施工技术、施工辅助结构设计等方面的研究。