银西高铁银川机场黄河特大桥主桥施工方案研究

荀永纳

【摘 要】新建银川至西安高速铁路南起西北地区中心城市西安，向西北经陕西省咸阳市、甘肃省庆阳市、宁夏回族自治区吴忠市后接入宁夏回族自治区首府银川市。银川机场黄河特大桥为银西高铁线的控制性工程，具有工程量大、桥长、技术含量高、施工难度大的特点，特别是主桥2联（3×168 m）连续钢桁柔性拱结构，设计新颖，技术复杂，施工难度大。由于水中10#主墩基础必须采用钢套箱围堰施工，因此造成下部结构占用工期较长。为实现14个月总工期，采用下部结构和钢梁同时施工的方案，以确保实现工期目标。

【关键词】银西高铁；银川机场黄河特大桥；连续钢桁柔性拱；施工方案

【中图分类号】U442.5 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）08-0062-05

0 引言

银西铁路银川机场黄河特大桥桥址位于宁夏回族自治区银川市东南，银川河东机场西侧，距银古高速上游3.2 km。本桥起始里程为DK609+361.59，终点里程为DK623+176.41，桥梁全长13 814 m。其中，主桥长度为1 208.4 m，东岸引桥长度为293.32 m，西岸引桥长度为12 313.1 m。

（1）银川机场黄河特大桥主桥桥跨总体布置（如图1所示）。主桥桥跨布置为1-96 m简支钢桁梁+2联（3×168 m）连续钢桁柔性拱+1-96 m简支钢桁梁。双线铁路，采用有渣轨道，设计时速目标值为250 km/h。

主梁采用下承式钢桁梁结构，桁高12.8 m，两桁中心距为13.8 m，采用正交异性钢桥面板和混凝土道渣槽板的桥面体系，上弦以上拱圈矢高28 m，下弦以下支点高14 m。

每联（3×168 m）连续钢桁柔性拱共分为44个节间，其中节间长度为12 m的有20个，节间长度为11 m的有24个。每孔96 m简支钢桁共分为8个节间，节间长度为12 m，桁高12.8 m，两桁中心距为13.8 m。全桥共分为104个节间。主桥钢梁总重为24 811 t，其中连续钢桁柔性拱线荷载为21.7 t/m，简支钢桁梁线荷载为15.4 t/m。

主桥墩号为9#～17#墩。主桥墩基础均采用钻孔桩基础。10#～16#墩采用20-φ2.0 m钻孔桩，桩长75～80 m；9#、17#墩采用15-φ2.0 m钻孔桩，桩长75～80 m。主桥墩承台均为矩形，10#～16#墩承台尺寸为25.2 m×18.95 m×6 m；9#墩承台尺寸为25.2 m×13.7 m×5 m；17#墩承臺尺寸为25.2 m×15.2 m×5 m。墩身均采用门式墩。

（2）主要技术标准。铁路等级：高速铁路。正线数目：双线；设计速度：250 km/h，预留进一步提速条件；正线间距：5.0 m；最小曲线半径：7 000 m；最大坡度：20‰，困难地段不大于30‰；到发线有效长度：650 m；列控方式：自动控制。

（3）工程特点。本工程主要为桥梁工程施工，标段内桥梁共一座特大桥座，主要特点如下：本工程线路设计时速为250 km/h，质量标准要求较高，对工程结构的耐久性、强度和刚度要求高；银川机场黄河特大桥具有工程量大、桥长、技术含量高、施工难度大的特点，特别是主桥2联（3×168 m）连续钢桁柔性拱结构，设计新颖，技术复杂，施工难度大；施工工期要求紧，全线需考虑冬季施工，主桥施工需考虑冰凌影响；桥位处于银川市的门户地带，是银川对外展示城市新形象的窗口，景观要求高。本标段范围内与公路交叉之处众多，交通干扰大。线路经由地区跨越的沟渠较多，必须妥善处理好施工对环境的影响。

1 该桥施工方案研究

为实现14个月的总工期，该桥主桥施工采用的总思路是基础与钢梁同步施工。

在主桥范围内修筑栈桥和便道，栈桥和便道均采用双幅，用于下部结构施工及钢梁架设，每幅宽度取10 m。

10#、11#墩基础位于水上，采用先平台后围堰法施工；9#及12#～17#墩基础采用筑岛施工，每个墩考虑布置2台旋挖钻机施工钻孔桩。围堰形式根据受力大小分为双壁钢套箱、钢管桩围堰和钢板桩围堰。墩身高度小于10 m时，一次浇筑，大于10 m时分2次浇筑。

下部结构施工的同时，在平行于桥轴线附近设置临时支墩，利用架梁吊机拼装钢梁。钢梁从连续钢桁梁的中跨跨中向两侧架设，完成一联的钢桁梁安装后，继续架设拱肋杆件，完成钢梁所有杆件的安装。

当墩身及垫石施工完成后，将已架设完成的钢梁横移至设计位置，最后起顶整联的钢梁，安装正式支座。

1.1 基础施工

1.1.1 总体施工方案

该桥主墩墩号为9#～17#墩，其中10#、11#墩为深水基础，9#墩位于陆地上，12#～17#墩在10年一遇水位时水深约1.8 m，枯水期则为岸滩。主墩基础参数及施工方法见表1。

距银川60余km远的黄河石嘴山水文站近2年来的水文数据表明，黄河上游水位一年里的变化幅度不大，如2015年，最高水位为+1 088.25 m，最低水位为+1 086.20 m，变化仅2.05 m。

因此，结合水文资料，确定10#、11#墩采用先平台后围堰法施工，其余墩均筑岛后采用陆地法施工。因工期的需要，每个墩均配置2台SR460旋挖钻机钻孔。

钻孔顶平面高程为+1 111.90 m，平面尺寸为42 m×39.05 m，考虑2台SR460旋挖钻机同时作业要求。基础采用φ1 000 mm钢管桩，上部为贝雷梁结构。

承台施工完成后，继续施工墩身。墩身高度小于10 m时，一次浇筑完成，大于10 m时分2次浇筑。

1.1.2 10#墩双壁钢套箱围堰施工

10#墩采用双壁钢套箱围堰施工承台。在钻孔完成后，在平台上拼装双壁钢套箱围堰，接高护筒，在护筒顶设吊挂，之后拆除围堰范围内的钻孔平台并以护筒为导向下放围堰，着床后边吸泥边下沉，到设计深度后浇筑封底混凝土。混凝土达到设计强度后，围堰内抽水，分2次施工承台。

围堰总高18.5 m，壁厚2.0 m，封底混凝土厚度为4.5 m，设置2层内支撑。

1.1.3 11#墩锁口钢管桩围堰施工

11#墩采用锁口钢管桩围堰施工承台。在钻孔完成后，拆除围堰范围内的钻孔平台并吸泥，安装2层内支撑，以内支撑为导向插打锁口钢管桩，围堰内吸泥至设计深度，浇筑封底混凝土，待达到设计强度后，围堰内抽水，分2次施工承台。

围堰所采用的锁口钢管桩直径为φ820 mm×16，总长为28 m，其中入土深度为10 m。围堰封底混凝土厚度取4.0 m。

1.1.4 其余墩钢板桩围堰施工

其余墩均采用钢板桩围堰施工承台。钢板桩围堰设置2层内支撑。钻孔完成后，插打钢板桩，之后围堰内开挖至一定深度，安装顶层内支撑；之后继续开挖至具备安装底层内支撑条件的深度，安装底层内支撑，继续开挖至设计深度，浇筑封底混凝土，施工第一层承台；之后，在第一层承台周边填砂，并浇筑80 cm高的混凝土，达到强度后，拆除底层内支撑，施工第二层承台。

钢板桩采用拉森Ⅵ型，长度取21 m，设置2层内支撑，封底厚度取2.0 m。

1.2 钢桁梁制造及运输

该工程钢梁主桁、桥面系构件采用Q370qE材质的钢材，主桁下弦内侧节点板及内侧腹板钢材应满足Z35性能要求。上平联、拱肋平联、横联、桥门架采用Q345qE。该桥采用整体节点和钢桥面板有焊接工作量大、焊接类型多、焊接变形大的特点，钢梁制造过程中焊接的质量与杆件组装精度是控制工程质量的关键。

根据该桥结构特点，充分考虑制作、运输等因素，总体制造思路如下：工厂钢桁梁杆件制造，桥面系在工厂制造板单元，通过铁路及公路运输至预拼存放场，预拼、存放。杆件在安装前，须在预拼厂内预拼后完成工地拼装、焊接、补涂装和修补等全部工作。

1.3 钢桁梁预拼

在桥位附近设置钢梁预拼场，占地2.27 hm2（34亩），满足钢梁预拼及存放的需要。

钢梁预拼的主要目的是在预拼场内将钢梁组件拼装成单元体，便于架设时在高空对接，减少高空吊装次数。钢梁预拼设置有专门的预拼台座，预拼台座根据具体的要求进行布置。

预拼台座要保证被拼装杆件支座受力状态良好，避免杆件因预拼而发生变形或受损伤的现象。预拼时，要按照单元组拼图、钉栓图、清查杆件编号和数量。在基本杆件上标出钉栓长度区域线，起吊重心位置和单元重量。

预拼好的钢梁杆件发送时，应与架设相对应，按架设提供的顺号发送钢梁预拼组件。

1.4 钢桁柔性拱架设方案

1.4.1 总体施工方案

因工期的需要，钢梁架设需与基础施工同步进行，总体施工方案如下。

9#～13#墩钢梁：在基础施工的同时，在平行于桥轴线附近搭设临时支墩，利用架梁吊机完成钢梁杆件安装后，横移钢梁至设计位置，起顶钢梁，安装正式支座。

13#～17#墩钢梁：在基础施工的同时，钢梁利用履带吊在临时支墩上拼装，待墩身施工完成后，继续安装墩顶节间钢梁，之后起顶钢梁，安装正式支座。

1.4.2 钢梁架设主要施工步骤

1.4.2.1 步骤一

钢梁架设步骤一如图2所示。

（1）施工墩位处两侧栈桥及运输便道；之后进行主体下部结构施工。

（2）利用履帶吊机平行于桥轴线附近拼装9#～13#墩钢梁临时主墩；利用履带吊机于桥轴线处拼装13#～17#墩钢梁临时主墩。

（3）利用2台履带吊机在11#～12#墩孔的跨中安装钢梁初始2节间，之后在初始节间钢梁上拼装2台架梁吊机。

（4）利用4台履带吊机在14#～15#墩孔跨中向两侧拼装钢梁。

1.4.2.2 步骤二

钢梁架设步骤二如图3所示。

（1）2台架梁吊机拼装完成并试吊后，后续的10#～13#墩钢梁由架梁吊机架设，1台履带吊机留在11#～12#墩孔跨中作为钢梁杆件提升站。

（2）13#～16#墩钢梁继续采用履带吊向两侧悬臂架设，墩顶节间钢梁预留。

（3）96 m简支钢桁梁采用履带吊机从边墩向连续钢桁梁方向架设。

1.4.2.3 步骤三

钢梁架设步骤三如图4所示。

10#～13#墩拱肋杆件利用架梁吊机后退架设；13#～16#墩拱肋杆件利用履带吊机架设。

1.4.2.4 步骤四

钢梁架设步骤四如图5所示。

10#～13#墩拱肋架设完成后，利用履带吊机拆除架梁吊机。

1.4.2.5 步骤五

钢梁架设步骤五如图6所示。

（1）在墩身完成施工后，9#～13#墩利用横移滑道横移钢梁至设计位置；13#～17#墩钢梁墩顶节间采用履带吊机继续架设。

（2）起顶钢梁，安装正式支座。

（3）进行桥面槽渣槽板等辅助结构施工。

（4）拆除临时支墩。

1.4.3 架梁设备

1.4.3.1 杆件重量

钢梁杆件重量见表2。

1.4.3.2 架梁吊机

在悬臂端各采用一台70 t全回转架梁吊机起吊和安装各类杆件，吊机站位在钢梁上弦。钢梁杆件由履带吊机提升上桥，钢桥面板上设置运梁的轨道，运输至钢梁前端，由架梁吊机起顶安装。

1.4.3.3 履带吊机

全桥钢梁布置4台200 t履带吊用于。初始节间钢梁安装、钢梁提升站及96 m简支桁梁杆件安装，主臂长度取64.5 m，履带吊站位于地面或栈桥上。

1.4.4 临时支墩

根据施工要求，9#～13#墩在平行于桥轴线附近设置钢梁架设临时支墩，钢梁架设完成后，横移至墩位处。 13#～17#墩在原位设置钢梁架设临时支墩。

临时支墩采用钢管桩结构，桩顶布置分配梁，分配梁顶设置三向千斤顶，满足钢梁杆件安装过程中位移调整的需要。

9#～13#墩钢梁每跨均设2条横移滑道，从拼装位置至设计位置。

2 主要阶段工期

计划工期：443日历天（14个月），计划开工日期：2016年8月15日；达到铺轨条件日期：2017年10月31日。关键工程施工效率如下。栈桥及便道施工：60 d；

钻孔平台施工：60 d；钻孔桩施工：60 d；围堰施工：10#墩105 d，其余墩90 d；承台施工：60 d；墩身施工：45 d；临时支墩施工：60d；架梁吊机拼装及试吊：60 d；钢梁架设：105 d；钢梁横移及支座安装：20 d；墩顶节间钢梁及支座安装：45 d。

3 关键线路分析与确定

本段施工组织的关键线路如下：施工准备→主桥基础及下部施工→主桥上部钢梁架设→现浇道渣槽板→桥面及附属工程。

4 施工建议

（1）目前，主墩基础采用20φ2 m钻孔桩，桩径较小，桩的数量大，为节省钻孔桩施工工期，建议适当增大桩径以减少桩的数量，建议桩径取φ2.5 m。

（2）目前，各个承台顶高程埋置深度均不小于3 m，考虑到此处受航运影响较小，适当抬高承台，可缩短基础施工时间。建议各墩承台高程均抬高2 m。

（3）建议钢梁杆件设计时，根据架设的方向设置大节点的方向，并且控制杆件重量在50 t以内。同时，根据钢梁架设方案调整合龙口位置，方便现场快速合龙。

5 结语

本文通过对银川机场黄河特大桥主桥的施工方案研究，使我们对黄河上的桥梁施工有了更深入的认识，尤其是在14個月内完成规模如此大的工程，不论在技术方案上还是在组织管理上，难度都是非常大的。文中提出的桥梁基础和上部钢梁同时施工的设想对于今后类似工程的施工具有一定的借鉴意义。

参 考 文 献

[1]中铁大桥局集团第一工程有限公司.新建银西铁路银川至吴忠客专工程银川机场黄河特大桥初步设计图[Z].2014.

[2]铁建设〔2015〕29号，铁路工程施工组织设计规范[S].

[3]铁建设〔2009〕226号，铁路工程施工组织设计指南[S].

[责任编辑：陈泽琦]