复杂环境下的城市高架钢箱梁上桥吊装技术

邵倚旻

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

近年来，随着城市交通流量的不断增加，现有城市高架道路建设发展不断提速，新建城市高架桥梁与既有高架桥梁互通连接的情况较为普遍。在城市建成区复杂构筑物环境条件下实施新建城市高架桥梁的施工，建设条件更为苛刻、技术难度更为复杂。

在这种复杂条件下，桥梁上部结构采用钢结构箱梁是一种常用的手段[1-5]，相比混凝土结构具有分段灵活、质量轻、安装方便等特点。

在城市建成区域实施大型钢箱梁的安装，受到周围环境限制，经常需要对钢箱梁进行分段安装，并采用起重机械上桥吊装的方法。本文以上海中环线沪闵高架路立交西向南匝道新建工程为例，阐述复杂环境下的城市高架钢箱梁上桥吊装技术。

针对复杂环境下的钢箱梁上桥安装，根据起重机作用点位置和支腿反力，对桥梁承载能力进行验算，验证节段梁分段的合理性，并据此科学地进行钢箱梁节段划分，确保了老桥桥梁结构安全，同时也顺利实施了吊装方案，为后续工程在复杂条件下的钢箱梁节段梁分段和吊装方案合理性验证提供参考。

1 工程概况

上海中环线沪闵高架路立交西向南匝道（WS转向匝道），是连接沪闵高架和中环线的一条空中对接匝道，西起沪闵高架东侧莲花路上匝道合流点下游处，转向中环路外圈后止于上中路下匝道起点处，横跨轨交1号线和沪杭铁路，长度1 008.5 m，共25跨，如图1所示。

图1 工程地理位置示意

工程周边环境复杂，在整个立交区域需同时跨越地铁一号线、沪杭铁路、虹梅路跨线桥、人行地道等重要设施（图2），特别是跨越地铁一号线及沪杭铁路区域，钢结构箱梁的吊装难度非常大。

图2 工程周边复杂环境示意

2 复杂环境下的钢箱梁上桥吊装技术

2.1 上桥吊装环境概况

背景工程钢箱梁投影面区域周围环境复杂，上跨地铁地面区间、沪杭铁路，且新建桥梁投影面位于虹梅路跨线桥中央分隔带位置（图3），起重机吊装作业禁区多，位于虹梅路跨线桥区域的钢箱梁节段梁吊装均需采用起重机上桥作业。钢箱梁的合理分段受桥梁承载能力的限制，将直接影响吊装作业的可行性和安全性。

图3 新建桥梁桥位平面示意

2.2 钢箱梁分段原则

2.2.1 需考虑满足大件运输条件

钢箱梁宽度≤7.5 m时，其横向不予分段，顺桥方向分段长度原则上不超过35 m。钢箱梁宽度＞7.5 m（弧形段为外接矩形宽度）时，其墩横梁为单独分段，纵箱梁横桥向一分为二，长度原则上不超过25 m。钢纵梁横向分段须考虑分段后构架的刚性和强度，其一侧开口处需在出厂前加设支撑进行临时加固。

根据吊装顺序，本工程纵横梁典型分段及接头形式如下：

1）钢箱梁宽度＞7.5 m的横向分段（梁宽≤7.5 m时横桥方向不作分段）如图4所示。

2）纵梁与横梁对接以及纵梁与纵梁对接的接头形式如图5所示。

3）变截面连续梁中横梁位置接头形式如图6所示。

2.2.2 需考虑起重机上桥吊装作业时的桥梁承载能力

图5 钢箱梁对接拼装示意

图6 钢箱梁对接拼装示意

工程地处城市建成区域，周边环境复杂，起重机吊装施工作业禁区多，其中钢箱梁投影面位于虹梅路跨线桥上的区域，吊机只能停放在跨线桥上进行起重吊装作业。工程施工期间，虹梅路跨线桥交通需维持正常通行。为确保起重机上桥作业吊装的安全可靠，根据各吊装工况条件下起重机支腿反力和作用点位置，对跨线桥的桥梁承载能力进行验算，以验证钢箱梁分段的合理性。

2.3 钢箱梁安装时的临时支撑钢架设置

为了配合钢箱梁分段的安装，需要设置临时钢支撑架系统，设置原则如下：

1）能够直接坐落在地面以及在跨线桥上能坐落在墩柱盖梁部位的，均采用市政钢桥架设专用的井字形钢支架。

2）鉴于跨越地铁一号线和沪杭铁路的为弧形转向段，为减少对跨线桥上的交通影响，采用门式钢架形式，其一肢钢支架直接坐落于地面，另一肢钢支架坐落在跨线桥的中央隔离带部位，上部横梁采用钢桁架形式。

3）在跨线桥非墩柱盖梁部位设置的钢支架，其底部增设1根顺桥方向的钢结构地梁，地梁两头搁置在该跨两端的墩柱盖梁位置，以使钢支架载荷后的重力不直接转递至桥面。

4）钢架系统支架或者桁架规格的选用，均须经过计算确定。

以本工程12#～13#墩之间的临时钢支撑为例，其布置形式如图7、图8所示。

2.4 起重机支腿反力和作用点验算

在起重机上桥吊装作业期间，虹梅路跨线桥在起重机吊装作业下桥梁承载能力应满足设计要求，吊装施工不对虹梅路跨线桥造成破坏性影响。为此采用专业软件，计算各吊装工况下的吊机支腿反力，同时结合吊装工况图和设计院提供的工程总平面图，确定吊机支腿和梁车作用点位置，将各吊装工况条件下作用力和作用点位置，进行吊装工况下虹梅路跨线桥桥梁承载能力验算，根据验算结论确定钢箱梁分段和吊装工况的合理性。

图7 12#～13#墩临时钢支撑系统示意

图8 12#～13#墩跨中门式钢架支撑示意

为分担吊机支腿反力，所有上桥作业工况下的吊机支腿位置均铺设宽4 m路基箱，分摊吊机支腿荷载，并在路基箱与桥面接触部位铺设麻袋，保证路基箱与桥面接触，防止产生集中应力。

在具体的实施过程中，首先需要根据钢箱梁的分段情况、质量、周边环境、所采用的吊机型号及起重能力，绘制各分段的吊装工况图。以背景工程K13孔K13f节段钢箱梁为例（图9），对起重机上虹梅路跨线桥吊装合理性进行分析计算。钢箱梁节段质量为88 t，采用2台200 t汽车吊双机抬吊进行吊装施工，起重机、梁车均停放在虹梅路跨线桥上方。吊机支腿下方虹梅路跨线桥的桥跨结构为预应力混凝土简支T梁，跨度35 m。

然后根据上述工况条件，确定相应计算参数，主要包括起重量、起重臂水平位置、起重臂长、起重高度及工作半径等，采用专业软件对吊装工况进行模拟分析，计算出每台起重机的支腿反力。

计算出吊机支腿反力后，还需要确定吊机支腿作用点与既有桥梁的位置关系，如图10所示。根据吊机支腿作用位置确定既有桥梁受力验算的范围及参数，进一步复核吊装工况的合理性。

图9 K13f节段钢箱梁吊装工况平面示意

图10 K13f节段钢箱梁吊机支腿作用位置示意

最后进行既有桥梁结构的受力验算。本工程既有虹梅路跨线桥采用“T”梁结构承重，根据之前的支腿反力计算得到前支腿最大压力650 kN，后支腿最大压力830 kN。荷载通过路基箱分担在2根T梁之上。路基箱按长4 m，垂直T梁长度方向计算。T梁验算时取2台吊车三支腿在同一根梁上的最不利工况进行验算，得出T梁弯矩值计算结果，并与T梁弯矩抗力限值进行对比，如图11所示。

图11 T梁弯矩计算模型及验算结果示意

由图11（台阶图为设计限值范围，阴影图为实际工况下的计算弯矩）可知，T梁弯矩满足设计要求。由此可判断，该节段梁吊装工况合理、分段情况合理。否则就需要重新对吊装工况进行调整，重新计算直至满足既有桥梁的承载能力要求。

本工程在实施钢箱梁分段和制定吊装方案时，均以此技术措施验证虹梅路跨线桥区域吊装工况的合理性，对钢箱梁分段进行控制。在实施过程中，严格按照验算吊装工况精心组织施工。在虹梅路跨线桥区段，在地铁地面区间和铁路上方跨线桥桥面组织大吨位钢箱梁起重吊装施工，确保了虹梅路跨线桥结构安全，也确保了跨线桥下方地铁和铁路的通行安全。

在该区域组织吊装施工过程中，还委托第三方监测单位，对吊装过程中虹梅路跨线桥的变形情况进行实时自动化监测。监测数据反映，虹梅路跨线桥的应力应变值均在设计要求范围内，钢箱梁节段梁分段控制技术的实施得到有效验证。

3 结语

随着近年来城市建设的不断发展，在城市建成区复杂构筑物环境条件下实施新建城市高架桥梁的施工，周边环境更为苛刻、技术难度更加大。当需要进行起重机械上桥作业时，钢箱梁的吊装直接受到桥梁承载能力的限制，通过合理的钢箱梁分段控制，有利于优化钢箱梁节段临时支承点和节段接缝设置，减少施工对城市建成区交通通行的影响。通过吊装工况模拟和计算分析，能有效验证起重工况下的桥梁承载能力，从而验证箱梁分段的可行性和吊装作业的安全性。工程施工中所提炼的城市高架钢箱梁上桥吊装技术，对于后续在城市建成区复杂构筑物环境条件下的大吨位钢箱梁起重吊装施工有着显著的借鉴价值和推广意义。