外倾式非对称钢拱肋安装施工分析

杨龙涛

（中交二公局第五工程有限公司， 陕西 西安 710119）

现代很多工程因为受限于环境条件对施工技术有着更高的要求。对于大跨度、大吨位的外倾式非对称钢拱安装施工，对现场条件的要求会更高，需要综合多方条件因地制宜的确定施工方案，对后续每个环节的施工作业提供指导。目前钢拱肋安装技术尚未完全成熟，尤其是材料与设备在不断的更新，对安装工艺的调整创新要求更高，需要就钢拱肋分块制作、分段运输、整体提升以及全程动态监测等方面做更进一步的管理，不断提高钢拱肋的安装精度。

1 施工工艺分析

外倾式非对称钢拱肋的安装精确度要求高，一般情况下可利用智能系统的支持，并配置安排多台连续液压千斤顶作业，保证可以按照设计要求，实现超高装配式支架同步提升、高空三维原位对接[1]。而且实际操作具有较高的灵活性，索距可利用连续千斤顶来完成调整，切实做到拱肋旋转与轴线对中的高精度操作。

钢拱肋运输是安装施工的一个重要环节，需要提前沿着钢拱肋投影线搭设钢拱肋安装栈桥，便于钢拱肋的运输。栈桥安装完毕后，还要在就其来搭设高空胎架，将选择的液压提升装置安装在胎架顶端，用于钢拱架的提升，在利用大吨位电动平板车在轨道线路上完成运送。支架安装就位以后，下一步针对的便是提升系统与拱肋鞍座的安装作业，多是采用液压的方法连续提升千斤顶。液压提升技术的操作由控制系统来完成，一般是在利用柔性钢绞线以及刚性立柱支承顺利的将拱肋段提升到设计位置，并按照要求完成安装[2]。其中，为确保钢拱肋安装的安全性与精确性，在提升的全过程中均需要对构件的运动姿态和应力分布做好分析与控制，根据现场情况来对构件进行灵活调节，确保拱肋段被提升到空中后，可以做轴线旋转的动作，以此来为精确对接打好基础。

2 施工流程

虽然目前钢拱肋安装技术并未完全成熟，但是在不断的实践操作中也已经积累的诸多的经验，技术工艺在不断的完善，施工流程也更为明确，通过针对性的管理措施可达到良好的施工效果。外倾式非对称钢拱肋安装流程共分为以下几个步骤：厂内制作与预拼装、运输到场、栈桥运输、安装支架、支撑系统预压、安装拱脚、钢拱肋提升与合拢[3]。其中，在工厂加工制造阶段需要做好规划设计，确保每一项参数的精确性，这直接关系着构件的性能与质量。

3 钢拱肋安装施工措施

3.1 工程概况

以某外倾式非对称拱桥项目为例，研究钢拱肋安装施工技术。目标工程的主拱与副拱分别是绕线旋转轴向外旋转 16°与 18°，选择应用变截面六边形钢箱结构进行拱肋施工，单拱重量可以达到1500t以上，所设置的拱肋总重可以达到近3000t[5]。进行钢拱肋安装时，是以分块空中三维定位吊装的方式作业，单根构件最大重量可达110t，长度最多可达22.25m，最大吊装高度为55m。

对工程结构受力体系进行分析，可确定整体受力复杂性高，钢拱肋线性与空中存在外倾变化，在进行高精度提升以及安装作业的难度比较高。并且，通过对工程现场环境的勘察，发现可利用的施工场地十分狭窄，同时为软弱地基、浅水位，整体吊装难度非常高无法实现。面对重量较大的拱肋构件，想要进行精确的水平运输和垂直吊装施工对人员的技能要求十分严格，如果无法准确预估可能会遇到的问题，且提前采取措施应对预防，就有可能因为结构受力持续改变而影响安装效果[6]。为达到最佳施工效果，最终确定本工程择的是现场设置双栈桥运输轨道，同时搭配超高装配式支架提升安装方式，以及安排了多台连续液压千斤顶来完成拱肋段提升作业，按照设计在空中进行三维安装，确保钢拱肋安装精确度达标。

3.2 施工措施

3.2.1 明确施工流程

钢拱肋安装施工必须要严格按照流程进行，不得随意调整工序，见下图1。

图1 钢拱肋安装流程图

3.2.2 建立运输通道

为便于拱肋段的运输，在现场可以通过基底处理、设置轨道以及电动平板车来建立一个专门的运输通道。运输通道的基底处理前，需要确定的是拱肋投影位置，然后根据此来进行延伸并铺设轨道，就可以利用平板车通过轨道运输拱肋段，在安装支架的下部穿过。基底的处理方式需要根据现场地质条件选择，确保基底处理的稳固性，分为路面段与栈桥段两部分，前者设置在地面上，后者则设置在水里。基底被设置成“人”字形，两端分别设置在河岸的两侧，交叉点则需要设置在搭建完成的整根拱肋中部[7]。主通道所处位置是拱肋投影处，通过岔道平板车便可进入此轨道，将位于通道一端的拱肋段运输进主通道。

3.2.3 安装支撑支架

应用钢梁连接的格构式支架进行钢拱肋支架的安装，保证其能够完全满足拱肋段、鞍座以及提升系统的承重需求，同时在后续的拆卸操作中也更为方便。在对拱肋段做提升操作时，要提前拆除影响正常善生动作的钢梁结构，可以等到提升动作完成后再次安装恢复原样。现场一般是在主通道沿线搭设多个支架，使其排列在一起。支架上端均需要设置支架顶，然后就支架顶来配套设置提升系统，以及每个支架对应安装一个鞍座。

鞍座的安装目的是确保拱肋段可以稳定支撑在连接位置，均会根据图纸设置支撑口，然后将拱肋段卡入到与之对应的鞍座支撑口内，确保其姿态与位置与设置一致，检查确认支撑口与拱肋段的两者对位准确。鞍座所处位置是安装支架提升系统的下部，在拱肋段提升动作完成后，再将其调整安装到相应位置。支架的安装对于后续作业的执行效率有着较大的影响，必须要保证整个工序执行的精确度，安排经验丰富的技术人员负责焊接处理，并且检查螺栓安装效果，确保牢固度满足施工要求[8]。待拱肋支架完成安装后，还需要做进一步的预压试验，检查排除支架搭设问题，以及有效去除栈桥和支架结构的非弹性变形问题，避免各方因素带来不利影响。

3.2.4 建立提升系统

3.2.4.1 提升系统选择

支架安装后的下一道工序便是建立提升系统，并完成鞍座安装。智能系统的应用可进一步提高液压技术的控制效果，通过联合应用柔性钢绞线与刚性立柱支撑，保证拱肋段可以提升就位安装。液压提升技术的应用优势非常明显，可以完成难度更高的安装作业，包括大跨度、大吨位、大面积类型构件的提升安装。现在所用的提升系统主要包括两个横移千斤顶和两个提升千斤顶，分别负责完成不同的操作内容。例如提升千斤顶利用吊索便可完成拱肋段的连接操作，注意要将两根吊索的连接点相互错开；横移千斤顶则是可以调节拱肋宽度方向的位置。在相邻两个提升系统配合下，便可以完成拱肋段倾斜度的调整，争取通过对三维空间位置的调节来完成拱肋段的就位安装[9]。

3.2.4.2 提升系统建立

①支架安装且预压试验完毕后，便可组织进行提升系统的安装，先是完成支架顶部支撑梁与锚具的安装。②按照设计来安装千斤顶③安装扁担梁与千斤顶；④安装智能控制系统，确保可以做到与拱肋同步提升，满足施工液压压力数值要求；⑤连接扁担梁和拱肋段。

3.2.5 拱肋安装

为降低操作难度，较低位置的拱肋段可选择履带吊辅助安装，相对应的较高位置的安装作业，就需要利用桥梁拱肋安装系统进行空中就位安装。现场安排2台履带吊来将运输到现场的拱肋抬吊到电动轨道运输上，然后运输到待安装位置的下放，通过支架上安装的连续千斤顶系统来提升拱肋到预定高度。其中，拱肋到达支架连接系部位后，可将改道连接系拆除，当通过后便可将改道连接系恢复原状，直到拱肋达到鞍座上方部位。注意要对拱肋倾斜度、标高以及平面位置进行调整，并检查对接口焊缝宽度以及错边量，按照图纸进行细微调整，选用螺栓和码板进行连接，最后核查无误后便可进行接口焊接作业[10]。吊装前要将鞍座安装就位，施工人员要对就位位置进行精确测量，确定就位位置后做好标记然后退位，下一步是继续提升拱肋段，同时推动鞍座到达标记的位置，并对拱肋位置进行复测，控制偏差在允许范围内。

3.3 加强施工过程控制

加强整个施工过程的管理控制，对提高钢拱肋安装效果具有重要的作用，可以及时发现存在的问题和隐患，以确保在第一时间提出策略应对解决，减少安全以及质量事故的发生。并且，通过过程控制还可以及时掌握拱肋受力与空间线性，确保安装作业的精确性。因此需要利用专业设备对拱肋安装及提升阶段的临时墩、拱肋高支模状态进行监测，掌握其实际状态。以及重视钢箱梁应力与线性状态的监测，根据实际情况来确定监测点位置和数量。另外，在进行临时墩与拱肋高支模拆除作业时，同样要做好施工监控，监督确认每个环节执行的规范性。

①通过对拱肋安装过程的监控，确认实际安装偏差量是否超出最大限值，以及监测获得的支撑结构变形信息要综合分析，确认支撑胎架状态是否稳定安全。②对合拢段前两个工况采取的精细化管理，影响着合拢后的主拱线形以及内力分布状态。待主拱合拢完毕后，依然需要胎架的多点支撑，结构处于多点约束状态，本身的应力水平较低，而拱脚应力比较大，监测结果为合拢时的实测值接近于理论值。③待全桥落架后拆除胎架支撑，再次检测确认钢拱肋的变形情况，可达到预期的成桥效果。通过应用有限元模型计算的方式，来对比确认实测值与理论值的差距，结果确定左右拱跨中处均达到最大外倾值，理论值和实际检测值存在较高匹配度。

4 结束语

钢拱肋安装施工对技术工艺的要求较高，在实际施工中必须要综合现场条件，因地制宜的确定施工方案，并严格按照施工流程作业，保证每道工序执行的规范性，排除各项因素带来的不利影响，达到最佳施工效果。