石济客专济南黄河公铁两用桥主桥钢桁梁架设方案研究

赵新宇（石济铁路客运专线有限公司，河北 石家庄　050051）

石济客专济南黄河公铁两用桥主桥钢桁梁架设方案研究

赵新宇
（石济铁路客运专线有限公司，河北 石家庄050051）

石济客专济南黄河公铁两用桥为（128+3×180+128）m刚性悬索加劲连续钢桁梁，全长798.3 m，这种桥式在国内公铁两用桥上首次采用。本文结合现场实际情况，对主桥钢桁梁架设方案进行了研究，通过3种方案比选和论证，采用跨中无临时墩钢桁梁多点顶推方案。同时，采用结构分析及设计系统软件MIDAS/Civil对整个顶推施工过程进行模拟，计算分析结果验证了架梁方案可行。

客运专线；钢桁梁；架设方法；顶推施工法

1　工程概况

济南黄河公铁两用桥为石济客运专线工程，邯济、胶济铁路扩能改造工程，以及济南市城市空间发展战略向北跨越黄河的公铁合建桥梁。其中下层桥面为石济客专及邯济、胶济铁路联络线四线铁路，上层桥面为双向六车道公路。主桥部分采用（128+3×180+ 128）m刚性悬索加劲连续钢桁梁跨越黄河主槽，全长798.3 m，总质量为36 000 t，是我国首次建造大跨度刚性悬索加劲连续钢桁梁公铁两用桥。

主桁由三片钢桁架组成，主桁中心距14.65 m，桁宽29.3 m，桁高15 m，桁式为有竖杆三角形桁架，整体节点，其中下弦中支点高度局部加高600 mm。主桁节间长度12.8 m，跨中局部增加为13 m。公铁桥面均采用正交异性板整体桥面。加劲弦按圆曲线布置，支点高24 m，在主跨跨中与上弦杆叠置。铁路桥面铺装为道砟槽板及高聚物防水卷材铺装层，公路桥面铺装为环氧沥青混凝土铺装层。全桥立面布置效果见图1，1/2横断面布置如图2所示。

图1　全桥立面布置效果（单位：m）

图2　1/2横断面布置（单位：mm）

2　钢梁架设主要技术难点

石济客专济南黄河公铁两用桥刚性悬索加劲连续钢桁梁属国内公铁两用桥上首次采用，桥梁形式新颖，结构刚度大，桥梁科技含量高，架设施工难度巨大。

1）钢桁梁顶推最大悬臂长度154 m，最大顶推质量达3.7万t，顶推施工距离798 m，钢桁梁多点多桁同步顶推施工难度大。

2）钢桁梁采用整体节点、栓焊结构，杆件数量及种类多，单根杆件质量最大达93 t（不含拼接板），钢梁制造安装精度要求高、焊接质量控制难度大。

3）钢桁梁顶推施工工况与成桥工况差异较大，顶推架设施工计算分析及辅助工程设计是本工程的重点。

4）主桁为三片桁结构，下弦墩顶支点高度局部加高0.65 m，顶推滑块及抄垫高度达1.5 m。下弦杆大、小节点交错布置，顶推节间长度达26 m，墩旁托架及滑移体系设计是本工程的重点和难点。

5）加劲弦全桥合龙口多达12处，如果按理论杆件合龙，当对每处合龙口进行调整时，则其余位置杆件也会受到影响，合龙实施的难度大。

6）刚性悬索加劲弦吊杆采用合金钢拉杆，首次应用于铁路桥梁。钢梁成桥线形需要通过吊杆张拉进行调整，吊杆安装及张拉工艺是本工程的重点。

3　架设施工方案比选

钢梁最大吊重1 150 kN（含拼接板），且黄河不通航，钢梁只能考虑采用悬臂拼装及顶推法架设。根据桥位现场地形情况，为满足安全、质量、工期、成本及对河道影响等多方面要求，本文拟通过3种方案比选和论证。

方案1：跨中设临时墩双向悬臂拼装架设

在两侧边墩附近各安装一台塔吊作为提升站，在边跨前3个节间搭设拼装支架，并在主跨设置跨中辅助墩。利用塔吊在拼装支架上安装边跨前3个节间钢梁和一台架梁吊机。利用架梁吊机，由边跨向主跨双向悬臂架设钢桁梁，直至钢梁跨中合龙，再采用单向退步法架设加劲弦。然后进行全桥起落梁，在钢梁主、边墩上起顶，纵横移梁调整钢桁梁状态满足设计要求，随后安装支座，拆除临时墩。最后按照由短至长的顺序安装吊杆，利用吊杆张拉调整钢梁线形至设计成桥状态。钢梁拼装架设和加劲弦架设分别如图3和图4所示。

方案2：跨中设临时墩南岸向北岸单侧顶推

本方案总体思路为先架设钢桁梁后架设加劲弦，钢桁梁单向同步顶推架设，刚性悬索加劲弦按双向退步法安装。钢桁梁顶推从黄河南岸（济南侧）向黄河北岸（石家庄）方向顶推架设，刚性悬索加劲弦采用汽车吊从中间向两端退步法安装。钢梁顶推和加劲弦安装分别如图5、图6所示。

图3　方案1钢梁拼装架设

图4　方案1加劲弦架设

图5　方案2钢梁顶推

图6　方案2加劲弦安装

方案3：跨中无临时墩北岸向南岸单向顶推架设

在616#墩与617#墩之间设置7个节间连续拼装支架，在617#墩至621#墩分别设置墩旁托架并安装顶推系统。在支架上顶推架设导梁及一定数量的钢桁梁后，利用公路桥面上的汽车吊架设加劲弦立柱及加劲弦，钢桁梁带加劲弦从黄河北岸（石家庄）向黄河南岸（济南）方向多点顶推架设，钢桁梁和加劲弦架设平行作业，利用边跨拼装支架及617#主墩调整钢桁梁线形实现加劲弦合龙。继续钢桁梁带加劲弦顶推，拼装剩余节间钢桁梁，直至全桥顶推就位。钢桁梁拼装、钢桁梁顶推分别如图7、图8所示。

图7　方案3钢桁梁拼装

图8　方案3钢桁梁顶推

4　方案研究分析

根据现场勘察和研究，从安全可靠性、成本经济性、工期可控性及对河道影响等方面，对3个方案进行分析，详见表1。

表1　方案比选分析

经过综合比较分析选择方案3，即跨中无临时墩北岸向南岸单向顶推方案。

5　钢桁梁带加劲弦顶推工况计算分析

采用桥梁领域通用结构分析及设计系统MIDAS/ Civil-V2012，建立了全桥带导梁的基本分析模型，对整个顶推施工过程进行模拟，研究整桥结构体系的强度、刚度和稳定性。利用板单元模拟桥面板（考虑U形肋对桥面板的刚度影响），利用梁单元模拟主桁梁及导梁构件。施工阶段吊杆位置的临时支撑采用桁架单元（承受拉压）模拟，吊杆采用索单元模拟。杆件节点处按刚接处理，墩顶支座施加位移约束。

通过对各顶推工况和合龙工况进行整体结构有限元数值模拟分析，研究在顶推施工过程中整体结构体系的受力状态，并对细部节点进行详细分析。综合分析结果得出以下结论：

1）主桁梁、导梁各杆件的强度、刚度和稳定性满足相应规范技术要求；抗倾覆验算满足规范要求，整桥屈曲分析显示失稳系数均大于5，不会出现整体和局部失稳。分析结果表明顶推过程中整体结构体系是安全的。

2）顶推就位后，按照从中间到两边（吊杆所在加劲弦）、从短到长，对称拆除临时支架，拆除的同时安装吊杆并进行初张拉，能够保证成桥线形和杆件内力与设计基本一致。

3）利用拼装支架及墩旁支架调整钢桁梁线形，可以实现加劲弦合龙。

4）顶推和起顶施工过程中，整体节点最大应力均未超过钢材屈服强度的1.2倍，节点是安全的。

5）顶推施工过程中，基础承台和桩基承载力满足设计及规范要求。

根据计算分析结果，采用跨中无临时墩钢桁梁由北岸向南岸单向顶推方案技术可行。

6　结语

针对我国首次建造大跨度刚性悬索加劲连续钢桁梁公铁两用桥跨越黄河主槽的施工，本文提出了3种钢桁梁架设施工方法，从安全可靠性、成本经济性、工期可控性及对河道影响等方面进行充分比选分析，提出了钢桁梁多点顶推施工方法。同时，采用了MIDAS/Civil有限元软件对施工过程进行计算分析，计算结果证明该施工方法技术可行。该桥已于2015年9月顺利实现了顶推到位。

［1］中铁第三勘察设计院集团有限公司.新建铁路石家庄至济南客运专线施工图［Z］.天津：中铁第三勘察设计院集团有限公司，2013.

［2］杨梦纯.郑州黄河公铁两用桥连续钢桁梁悬臂拼装关键技术［J］.桥梁建设，2010（3）：1-3.

［3］岳迎九.大西客专上跨郑西客专的桥式方案研究［J］.铁道建筑，2015（7）：10-12.

［4］中铁大桥局集团有限公司.大跨度桥梁设计与施工技术［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［5］中华人民共和国铁道部.TB 10002.2—2005铁路桥梁钢结构设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，2005.

（责任审编孟庆伶）

Study on Erection Plan of Main Bridge's Steel Truss Girder of Jinan Yellow River Highway and Railway Shared Bridge on Shijiazhuang-Jinan Passenger Dedicated Railway

ZHAO Xinyu
（Shijiazhuang-Jinan Passenger Dedicated Railway Co.，Ltd.，Shijiazhuang Hebei 050051，China）

T he Jinan Yellow River Highway and Railway Shared Bridge on Shijiazhuang-Jinan railway passenger dedicated railway，a rigid cable and continuous steel truss girder bridge，is 798.3 meters long，and its span length is （128+3×180+128）meters.T his bridge type was for the first time applied in highway and railway shared bridge in China.T he erection plan of the steel truss girder of the main bridge was studied in this paper.T hree erection plans were compared，and the steel truss girder erection using multipoint incremental launching technique without temporary pier at mid-span was finally selected.T he entire construction was simulated with M IDAS/Civil，and its feasibility was verified.

Passenger dedicated railway；Steel truss girder；Erection method；Incremental launching technique

U445.462

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.02

1003-1995（2016）08-0010-04

2016-05-14；

2016-06-20

赵新宇（1962— ），男，高级工程师。