大跨度钢桁斜拉桥钢梁架设施工技术

丁仕洪

(中铁四局集团钢结构建筑有限公司，安徽 合肥 230031)

0 引 言

我国高速铁路网建设迅猛，极大地提高了人民的出行效率和舒适性。高速铁路跨越河流、公路等通常采用桥梁结构，而钢桁梁桥具有刚度大、承载能力高、跨越能力强、结构美观等特点，成了首选桥型。钢桁梁桥常用的架设方法有：支架法[1，2]、顶推法[3]、悬拼法、浮运法[4]等，悬拼法作为钢桁梁桥建造的主要方法之一，不受桥址水文条件、通航、墩高等限制，特别适合于跨越大江大河的钢桁梁桥架设施工。我国已建成的铁路钢桁梁桥中，沪通铁路沪通长江大桥[5]、京福高铁铜陵长江公铁大桥[6]、宁安城际安庆长江铁路大桥[7]、贵广高铁北江特大桥[8]等均采用了悬拼法施工。大跨度钢桁梁斜拉桥一般均采用双向对称悬臂架设的方法，从主墩往边墩架设、跨中合龙。对于特殊的地理气候环境、工期要求等，钢桁梁桥架设时可能会综合两种架设法方法，例如支架法+悬拼法、顶推法+悬拼法等。本文针对台风地区大跨钢桁斜拉桥施工特点，介绍钢梁架设采用支架法+悬拼法的综合施工工艺，确保台风过境钢梁架设安全。

1 工程概况

徐盐铁路连接江苏省徐州市与盐城市，是设计时速250 km/h的高速铁路。盐城特大桥是徐盐铁路的重点控制性工程，桥址位于盐城市亭湖区新洋港与通榆河交汇处，主桥为5跨连续钢桁梁斜拉桥[9]，塔梁分离，半漂浮体系。桥跨布置为(72+96+312+96+72)m，长650 m，总用钢量约1.2万t。两片主桁，桁架为三角形桁架，共54节间，主桁间距15 m，节间距12 m，桁架高14 m。斜拉索为环氧涂层钢丝，斜拉索面与主桁同一平面，桥塔锚固采用预埋锚座，索梁锚固采用锚拉板。在边墩设置2个节间压重区，每个节间压重300 t铁砂混凝土；辅助墩设置4个节间压重区，每个节间压重250 t铁砂混凝土。桥梁总体布置见图1。

图1 钢桁斜拉桥总体布置(单位：m)

2 总体施工方案

盐城临近海域，施工期间桥梁架设将受台风影响，常规钢桁梁双向悬拼施工桥梁抗风稳定性差，同时，主塔的施工周期长，盐城特大桥作为徐盐铁路的重点控制性工程，工期直接影响铁路开通运营时间，综合考虑最终采用边跨、次跨支架法+主跨单向悬拼的施工方案。

根据现场条件，在主桥大、小里程侧各布置一个钢梁拼装场，在1029#、1034#两边墩处各设置一个杆件提升站，用于杆件的垂直提升(由于1029#侧桥位距新长铁路营业线较近，属于邻近营业线施工，为确保列车行车安全，使用1台履带吊作为钢梁杆件提升设备；1034#侧桥位远离新长铁路营业线，使用1台100 t龙门吊作为钢梁提升设备)。

钢梁架设分别从1029#、1034#两边墩开始，依次架设边跨、次跨、主跨，直至主跨跨中合龙。边跨和次跨采用支架法架设，主跨采用悬拼法架设。边跨和次跨架设时，在边墩和主塔之间安装承重支架。利用起吊设备(履带吊/龙门吊)在承重支架上完成前三个节间钢梁的安装，形成稳定单元后安装WD 70型全回转架梁吊机，桥面上运梁平车将杆件运送至架梁吊机下方，架梁吊机从运梁平车上提升杆件，架设钢梁。悬臂架设时，每架设完成一个节间同步对称安装主塔两侧的斜拉索，直至全桥合龙；合龙后，架梁吊机退回边墩位置进行拆除，完成主桥钢梁架设。钢梁架设施工总体布置如图2所示。

图2 钢梁架设施工总体布置

3 钢梁架设施工关键技术

3.1 边跨钢梁支架法架设施工技术

在南北两岸的边跨、次跨内安装承重支架，支架基础为采用φ1.2 m钻孔灌注桩，支架立柱采用φ1 000×20 mm的钢管，钢立柱横向与纵向之间均设置管桁架连接系，钢管材质均为Q345B。每组承重支架立柱均位于钢梁下弦节点处，横向间距为15 m，纵向间距为12 m。钢梁与立柱之间布置抄垫块，用以调整钢梁标高。

利用边跨处提升站(履带吊或100 t龙门吊)，安装前3个节间(E0-E4)钢梁，为方便后期杆件提升，第一节间(E0-E1)仅安装下弦杆和桥面板。前3个节间安装完成后，在上弦杆上安装WD 70型全回转架梁吊机，在桥面铺设轨道并安装运梁平车。架梁吊机安装完成后，利用架梁吊机从桥面运梁平车提取杆件，架设后续钢梁，直至主塔位置，钢梁安装同步完成辅助墩支座预装和墩顶布置。每架设1个节间钢梁，对桥中线、标高、节间平面对角线差及杆件应力等进行测量，若有偏差，及时进行调整。钢梁在承重支架上安装顺序为：下弦杆、桥面板、斜腹杆、上弦杆、横联、上平联。

桥面板单元采用两种安装方式，其中压重区和主塔横梁上方桥面板采用桥位散拼法拼装，其余桥面板在专用胎架上拼装成整体单元后安装。胎架拼装时整体单元采用“1+1”模式的正装法进行组拼，即预留前一轮次组装好的1块桥面段作为下轮次组装的匹配段，新组装的桥面段以匹配的为参照进行组拼，并依次进行下去，直至桥面板全部完成。

3.2 中跨钢梁悬拼法架设施工技术

钢梁安装至主塔区域，即进入中跨钢梁架设，在安装主塔区域钢梁前，需进行主塔横梁上方支座的安装。首先对主塔横梁垫石进行凿毛，预装主塔支座，按墩顶布置要求，完成墩顶纠偏装置的布置。利用架梁吊机完成主塔处两个节间钢梁(E13-E15)的安装，采用坐标法精确校正钢梁的横向、纵向、竖向偏差，使已架钢梁的中心线、支座处标高以及支座的中心位置符合设计要求。采用压力注浆在支座不解锁的状态下，对支座下座板和主塔支座垫石梁进行锚固，并对支座上座板钢桁梁进行栓接；利用阻尼器安装铰座安装纵向限位拉杆；在钢梁牛腿与主塔下塔柱之间安装横向挡块，完成塔梁的临时固结。

主塔处两个节间钢梁安装完成后，架梁吊机移位通过主塔，利用架梁吊机从桥面提取杆件，采用单向悬臂架设的方法，钢梁悬臂架设时的安装顺序为下弦杆、斜腹杆、上弦杆、桥面板、横联、上平联。钢梁每完成一个节间的架设后，对称安装斜拉索，并对拉索进行初张拉，待测量监控采集数据，评估钢梁结构安全可靠后，移位架梁吊机继续下一节间钢梁架设，直至钢梁合龙。中跨钢梁悬拼法架设施工示意如图3所示。

图3 钢梁悬拼法架设示意图

3.3 钢梁合龙施工技术

盐城特大桥地处沿海地区且跨越新洋港河航道，河面宽度约250 m，航道通航船只繁多，河口风速大，合龙具有跨度大、悬臂长、温度高等特点，实现大跨度双线铁路斜拉桥单向悬拼跨中快速精确合龙的技术难度较大。

3.3.1 钢梁合龙条件

由于本桥结构设计为半漂浮体系五跨连续钢桁斜拉桥，在合龙施工前，采取仅将徐州侧塔梁临时固结释放，盐城侧不释放的措施，研究合龙需要控制的基本条件。在安装荷载和自重的作用下，徐州侧(左侧)梁截面a-b有转角φ1，盐城侧(右侧)梁端面c-d有转角φ2，b、d两点均有垂直挠度和水平位移，要实现跨中无应力状态下强制合龙须满足四个基本条件(参数含义如图4所示)：①转角的影响：φ1=φ2=0；② b、d两点不同的挠度、高差的影响：Zb=Zd；③ b、d两点顺桥向水平位移、里程不一致的影响：ΔXb=ΔXd；④左右两段钢梁平面中线不在一条直线上的影响：Yb=Yd。

图4 合龙口偏差示意图

3.3.2 合龙敏感性分析

针对本桥合龙特点，建立全桥有限元分析模型(图5)，开展合龙口敏感性研究[10,11]。结合合龙方案中可采用的合龙调整措施，分析影响合龙口处三个方向的敏感因素如下：

图5 主桥合龙敏感性分析模型

(1)X方向(桥跨方向)：塔梁纵移、合龙口顶拉、温度变化。

(2)Y方向(横桥方向)：上下游对拉。

(3)Z方向(竖向方向)：局部拉索调整、跨中配重。

通过理论分析，在徐州侧塔梁约束释放的条件下，塔梁纵移、合龙口顶拉对合龙口沿桥跨方向X位移影响较大，调整拉索及跨中配重对合龙口沿竖向Z位移影响较大，上下游对拉对合龙沿横桥方向Y位移影响较大，为合龙调整措施选择提供了理论依据。

3.3.3 合龙施工工艺

根据合龙敏感性理论计算，结合对徐州侧合龙口测量数据的分析，在安装合龙杆件时需要考虑钢梁纵移以满足合龙杆件安装。在徐州侧1031#主塔处利用阻尼器预埋件和抗风装置改造设计了纵移装置，辅助北岸钢梁整体纵移。结合前期对温度及钢梁合龙口的观测，确定凌晨3∶00-6∶00(环境温度25 ℃)进行下弦合龙段安装；合龙前解除1031#塔梁固结，安装主塔纵移装置进行钢梁纵移保证合龙杆件安装，一端与悬臂端栓接，另外一端不连接。待上下弦合龙杆件、斜腹杆合龙杆件安装后，此时合龙口形成。按照先上、下弦杆合龙，再进行斜腹杆的合龙顺序，当主桁冲钉全部按50%打好后，开始进行高强度螺栓施拧工作，完成中跨合龙。

(1)横向调整：通过2台10 t导链将上弦上下游节点对拉，使其横向偏差减小，辅助放松合龙口需要调整侧的斜拉索进行调整。通过以上措施调整钢梁轴线偏差，将合龙口横向相对偏差减小至5 mm以内。

(2)竖向调整：通过调整合龙口斜拉索索力辅以悬臂端压重(悬臂端压重采用混凝土块，压重重量30 t)等措施，使合龙口竖向的相对偏差减小至5 mm以内。

(3)纵向调整：合龙杆件安装好以后，等待选定的合龙温度，辅助上下弦合龙口的顶拉设备(200 t液压千斤顶及顶座、顶板等)，使纵向相对偏差值减少，直到4根弦杆均穿上圆孔合龙铰为止，然后抽去合龙铰轴，使合龙点处于铰接状态，按照规定进行高栓拧紧。

4 结束语

通过对徐盐铁路盐城特大桥结构形式、地理气候条件、现场条件的综合分析，提出钢桁斜拉桥采用边跨、次跨支架法+中跨单向悬拼的施工方案。该桥于2017年5月1日开始钢桁梁架设，2018年8月25日顺利实现钢桁梁跨中合龙。施工中从大型临时支架布置、钢梁支架高位拼装、悬拼限位、跨中合龙等方面出发，充分考虑钢桁斜拉桥的施工特点，理论分析结合施工监测，解决了大跨度高速铁路钢桁斜拉桥的单向悬拼架设施工难题。支架法+悬拼法综合施工技术在钢桁斜拉桥的成功应用，降低了台风地区钢桁梁桥架设风险，可为类似桥梁工程施工提供借鉴。