多跨简支拱型钢桁梁桥拖拉施工技术

苏 磊

（1.铁正检测科技有限公司，山东济南 250014；2.中铁十四局集团有限公司，山东济南 250014）

随着高速铁路“十三五”发展规划项目的有力推进，新建铁路桥梁跨越山川河谷、城市道路及既有桥涵的现象大量涌现。为避免或最大限度降低施工对河流或既有线路的影响，该类型桥梁施工多采用拖拉架设、转体施工、浮托顶推、架桥机架设等方法［1-4］。其中，拖拉架设法具有施工平稳、工作效率高、质量易于保证、作业安全可靠、对环境污染小等特点，往往成为跨越河流、深谷地带桥梁架设的首选施工方法。既有拖拉架设研究对象多为单跨桥梁，针对多跨简支钢桁梁的拖拉架设施工研究较少。本文以京张铁路官厅水库特大桥主桥架设施工为例，结合桥梁结构特点和工程环境，采用多跨长联顶推拖拉施工技术，展开多跨简支拱型钢桁梁桥拖拉技术的应用研究。

1 工程概况

新建京张铁路为京津冀城际铁路网的重要组成部分，京张铁路官厅水库特大桥全长9.07 km，跨越官厅水库，与京藏高速公路官厅水库大桥并行。

官厅水库特大桥主桥为简支拱型钢桁梁桥，桥面系采用正交异性钢桥面板，道砟桥面，其孔跨布置为 8×110 m［5］，对应墩号为 227#—235#，各墩墩身高度介于19.456～20.074 m，桥跨布置如图1所示。其中，227#边墩和235#边墩墩身截面尺寸为4 m×4 m，墩顶水平力容许值为1 240 kN；228#—234#主墩墩身截面尺寸为5 m×4 m，墩顶水平力容许值为1 700 kN。

图1 桥跨布置（单位：m）

单跨简支钢桁梁梁长109.7 m，采用上弦变高度桁架，分为10 个节间，节间长度10.8 m，单孔计算跨度108 m，主桁最大梁高为19.0 m，桁宽为13.8 m。主桁弦杆均采用箱形截面，上、下弦杆节点为整体式节点，杆件之间采用高强度螺栓连接。考虑临时杆件、高强度螺栓等质量，单孔钢桁梁质量约为1 865 t。

官厅水库水面宽约800 m，南岸（北京侧）226#—220#墩之间施工场地狭小，且位于水中，地形较为复杂，为保护水源及施工方便，不设置拼装平台。北岸（张家口侧）236#—246#墩之间地势较为平坦，场地开阔，搭设拼装平台拼装钢桁梁和导梁，由北向南单向顶推拖拉8孔钢桁梁，拼装施工在张家口侧进行。

2 总体技术方案与施工设施

2.1 总体技术方案

拖拉架设法即将待架钢桁梁在平台上进行预拼装，同时在钢梁下设置上滑道，在墩台顶面铺设下滑道，利用拖拉牵引装备将预拼钢桁梁沿桥梁轴线纵向拖拉至设计桥位。该架设方法需要的主要设备为拼梁吊机和拖拉设备，同时需要加工制造导梁以辅助钢桁梁拖拉过孔上墩，以便减小拖拉过程中钢桁梁前端悬臂挠度。为进一步减小拖拉过程中钢梁的悬臂长度，有时可在桥孔中部设置辅助支墩以增加下滑道数量。

鉴于官厅水库特大桥跨越官厅水库，而官厅水库为水源保护地，故将不在水库内搭设临时支架、避免水源污染确定为拖拉施工方案的首要原则。结合钢梁特点、水文地质、工期要求等，确定采用“岸边节段预拼、边拼边拖、单向拖拉、持续推进”的单向拖拉法架设。

首先在张家口侧主桥外侧拼装场地完成单孔钢桁梁和导梁拼装作业，然后向北京侧将第1 孔钢桁梁顶推拖拉到设计位置，紧接着顺序拼装后续各孔钢桁梁并进行拖拉架设，循环作业直至8 孔钢桁梁拖拉至设计位置，随后进行体系转换和落梁，最终完成主桥拖拉施工。整个大桥的顶推拖拉施工顺序按照“1+1+1+2+2+1”的模式进行，图2为拖拉架设施工时的作业示意。

图2 拖拉架设法作业示意（单位：m）

2.2 施工设施

2.2.1 预拼平台

预拼平台的主要功能为钢梁节段预拼及拖拉滑移。为满足拖拉架设需求，在张家口一侧设置预拼平台，基于官厅水库两岸地质情况，预拼平台布置在236#—245#墩之间，作业空间可满足2 孔钢梁预拼要求，以提高施工效率。预拼作业时的钢梁节段拼组与吊装均利用80 t门吊配合进行。预拼平台范围内的支架根据功能不同，分为拼装支架和滑移支架2 种。其中，拼装支架采用ϕ820 mm×8 mm钢管立柱，采用扩大基础；滑移支架采用ϕ1 350 mm×16 mm 钢管立柱，采用钻孔桩基础。

2.2.2 导梁

钢梁在拖拉前行的过程中，由于悬臂节段自重的原因将产生一定的下挠，并将在悬臂端根部产生结构内力，下挠及结构内力随着悬臂长度的增加而逐渐加大。为辅助钢梁悬臂端上墩及减小悬臂端根部结构内力，需要在钢梁前方设置导梁。

导梁采用变截面桁架结构，以避免桁架自重过大的不利影响。导梁总长57.2 m，共分为5个节间，导梁节间长度与主梁节间长度相同，导梁前端3 个节间桁高7.0 m，尾部2 个节间桁高11.0 m，利用螺栓固结于主梁上弦节点上。为确保导梁刚度和横向稳定性，导梁上、下平面增设平面联结系。

2.2.3 滑道装置

拖拉架设过程中的拖拉荷载主要为钢桁梁与支撑位置产生的摩擦阻力，降低摩擦阻力是保障拖拉架设作业安全实施的关键环节。为降低拖拉架设过程中的阻力，钢桁梁下方设置滑道装置，滑道装置由滑道梁和滑块组成，如图3所示。滑道梁采用H 形截面水平放置，上、下翼板直接利用多道肋板连接以增加其刚度，上翼板兼做滑移面。滑块为钢板焊接而成的钢墩，为避免钢桁梁滑移过程中横向偏移，滑块底部两侧设置横向限位装置，滑道梁上翼板卡嵌于滑块横向限位装置之间。同时，在滑块底板与滑道梁上翼板之间铺设MGE 滑板，以降低摩擦因数。此外，MGE 滑板具有较好的弹性和抗冲击性，可在一定程度上消除滑道梁局部不平顺带来的不利影响［6-7］。

2.2.4 拖拉系统

拖拉施工时根据拖拉荷载和桥墩、滑移支架的水平承载力，共设置5套拖拉系统，具体作业时根据不同施工阶段的拖拉荷载需求启用相应的拖拉系统。单套拖拉系统由350 t水平千斤顶、千斤顶反力座、钢绞线、吊挂件、后锚点组成。其中，每束钢绞线均为24ϕ15.2钢绞线，单根长度为230 m。后锚点为扁担梁，通过高强度螺栓固定于钢梁节点。

图3 滑道装置

鉴于拖拉过程中拖拉荷载随着钢梁预拼孔数的增加而加大，为保证拖拉系统的拖拉能力大于拖拉荷载，拖拉架设过程中会根据需要采取多套拖拉系统同时作业，为实现多套拖拉系统的同步作业，采用一套可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）同步控制系统，整套系统由计算机网络控制。通过主控制台可对每个点的千斤顶进行单独或集中控制，在操作台上实现远程控制多台千斤顶同步顶升和落梁。

3 拖拉架设工艺与程序

3.1 同步拖拉布置

鉴于拖拉钢梁孔数和重量，基于桥墩水平承载力的限制，经过计算分析，最终确定采用分节段多系统同步拖拉的方式进行拖拉架设。张家口侧钢梁采用“1+1+1+2+2+1”的模式分节段进行钢桁梁拼组，然后逐节段向北京侧拖拉架设。为确保拖拉作业过程中桥墩的结构安全，根据不同位置桥墩水平承载能力的大小，最终确定拖拉架设初期采用1套拖拉系统，拖拉中后期视需要采取多套拖拉系统，拖拉架设时拖拉系统的具体配置见表1。

表1 分节段多系统同步拖拉配置

3.2 施工工艺与程序

拖拉架设的主要作业程序涉及预拼场地处理、导梁拼装、钢桥节段拼装与分段拖拉、落梁作业。由前面分析可知，张家口侧拼组场地需要满足导梁和2 孔钢梁的拼组作业要求，并利用80 t 的跨线龙门吊辅助钢桁梁的拼装作业。钢梁架设采用“边拼边拖”的方式进行，具体架设施工工艺和作业程序如图4所示。

图4 施工工艺流程

4 拖拉施工质量控制措施

拖拉施工作业是一个动态过程，需实时了解并调节钢桁梁架设过程中的状态，以确保钢桁梁拖拉就位满足设计要求［8］。为此，提出了下述3 项技术来保障钢桁梁的施工符合设计要求。

4.1 桥梁轴线控制技术

为保证钢桁梁拖拉就位后的轴线满足要求，采用桥梁中轴线实时监控及横向偏移纠偏技术来进行桥梁形位控制。即在拖拉施工前在各钢梁节段布置好监控点，拖拉施工过程中通过监控系统实时监测钢桁梁中轴线状态。当中轴线出现偏移时，分析偏移原因并进行针对性纠偏，如采用横桥向单侧拖拉、横向偏移滑座顶推、导向限位装置调整等技术措施。

4.2 桥梁就位时的纵向里程控制技术

钢结构施工过程中，温度的变化对结构变形影响明显，特别是对于结构杆件相对离散的桁架体系，不同位置的杆件温度差异较为明显。此外，该桥为8×110 m 简支拱型钢桁梁桥，由于拖拉施工的需要，架设施工时须将简支体系临时转变为连续梁体系。由于该桥涉及施工过程中的体系转换问题，进一步加大了温度效应的影响。因此，须在对不同工况下的钢桁梁进行温度效应分析的前提下，明确钢梁就位时的环境温度和桥梁总长，确定钢桁梁支座中心里程并做出标记。通过试验明确钢桁梁拖拉施工时，低档位启停时的滑动距离；同时在钢桁梁就位时的滑块前端设置限位装置，通过多种技术手段来保障桥梁就位时的纵向里程符合设计要求。

4.3 落梁安全防护技术

整桥拖拉就位后，须将桥梁下落至墩顶支座上。由于拖拉时整桥为连续梁体系，为避免下落过程中各梁跨不同步造成结构杆件损伤，首先需要将连续梁体系恢复为简支梁体系，即先拆解各梁跨间的临时杆件，然后再将各梁跨单独下落就位。具体实施时通过“临时连接杆件零轴力拆解”和“梁跨同步下落”的技术手段予以保证钢桁梁的结构安全。即通过仿真分析分别明确梁跨间临时杆件拆除时梁跨理想支承状态及容许误差，梁跨简支状态下各支点落梁千斤顶竖向误差范围，给出落梁作业要求并严格执行，同时在作业时通过结构措施做好安全防护。

5 结论

根据官厅水库特大桥8×110 m简支拱型钢桁梁桥工程特点，提出了单向拖拉架设的施工方法，分析了施工工艺和程序，并明确了拖拉施工作业时的质量控制措施。该施工方法安全可靠、经济环保，对环境影响降到了最小程度，可为类似工程提供参考。