铁路上跨高速公路钢桁梁桥拖拉法施工关键技术研究

何明贵

摘 要：本文结合某铁路上跨高速公路钢桁梁桥拖拉法施工工程实例，系统分析了当前铁路上跨高速公路钢桁梁桥托拉法施工面临的主要问题以及技术难点，研究提出了变导梁设计、前后换位拖拉法、便捷线型控制测量法、拖拉过程实时纠偏系统等创新技术措施并在实例中成功应用，能够为类似工程施工提供参考与借鉴意义。

关键词：铁路上跨高速公路钢桁梁;拖拉法施工;关键技术

1 工程概况

某铁路上跨高速公路大桥全长210.705 m，设置5墩2台，桥跨布置为1-24 m简支T梁+1-64 m钢桁梁+1-32 m简支T梁+3-24 m简支T梁。钢桁梁为下承式简支钢桁梁，结构为单线整体节点平行弦三角桁架，计算跨度64 m，全长66 m，节间长度为12.8 m，桁高12.8 m，两片主桁中心距8.5 m，总宽度9.18 m，钢桁梁自重585吨，位于直线、平坡地段。高速公路为双向六车道，宽约30.8 m，公路与线路大里程夹角为73.18度，钢桁梁梁底距高速公路6.5 m（公路限高5.5 m）。

2 面临的主要问题

2.1 拼装场地狭小且上方有高压线

本工程位于丘陵地带，高速公路两侧为山坡，地势起伏大，无平整场地;台后属于半挖半填路基，挖方高度大于20 m，填筑高度大于15 m，最宽处仅有15 m，场地狭小。且台后钢桁梁拼装场地位置上方架设有35 kV高压线（如图2），高压线与钢桁梁顶面高差为9.47 m，影响E2'～E0'（第一节）节间拼装。

2.2 拖拉过程上跨运营高速公路

该铁路钢桁梁桥上跨某高速公路，高速公路车流量大，公路宽约为30.8 m，在拖拉过程中不允许坠物、倾覆等危及高速公路正常行车的安全隐患。

2.3 受拼装场地影响拖拉距离长

由于钢桁梁桥周边地理位置及上方高压线影响，为确保拼装过程安全，钢桁梁拼装位置须避开高压线，在后台路基进行拼装，再纵向拖拉一次到位，导致拖拉距离长达97 m。

3 需解决的技术难点

结合其他铁路上跨高速公路钢桁梁桥拖拉法施工工艺，铁路上跨高速公路钢桁梁桥拖拉法架设须解决的技术难点有：一是设计适合的临时支架与导梁结构。二是选择适合的拖拉方法。三是建立有效的拖拉精度控制体系。四是采取一定的安全保证措施。五是设计可行的高速公路防护方案。

3.1 临时支架与导梁设计要求

因该高速公路宽30.8 m，加上高速公路两侧临时支架各保持与高速公路3 m左右的安全距离，临时支架在高速公路处的最大跨度达到37.2 m，不设导梁进行拖拉施工，抗倾覆稳定系数为0.72，远低于钢桁梁拖拉施工抗倾覆稳定性系数不小于1.3的要求。为确保拖拉施工安全，需设计导梁提前上墩，减小主梁悬臂长。

3.2 拖拉方法选择要求

钢桁梁桥架设拖拉方法主要有前端拖拉、后端拖拉。本工程拖拉距离长达97 m，后端拖拉不利于线形控制;前端拖拉千斤顶需安装在高速公路对面支架上，牵引钢绞线需横跨高速公路，在拖拉过程中有滑丝、断丝风险，会长时间影响高速公路运营。为确保施工安全，同时减少对高速公路运营影响，需设计更加安全合理的拖拉方法。

3.3 拖拉方向与位置精确控制要求

受拖拉系统左右侧动力不均衡、左右滑道阻力不一致等潜在因素的影响，钢桁梁桥在拖拉过程中随着拖拉持续进行，非常容易出现拖拉方向存在微小偏差，如果没有纠偏装置的话，微小方向偏差将不断积累，进而形成大的横向偏差，导致拖拉到位后难以按设计位置进行落梁。为确保拖拉精度，需设计便捷有效的钢桁梁拖拉过程纠偏系统，在钢桁梁移动过程中对钢桁梁移动方向与位置不断进行纠偏，确保拖拉到位后不出现大的偏差，保证落梁要求。

3.4 拖拉过程安全控制措施要求

跨高速公路钢桁梁桥拖拉过程中存在一定的倾覆风险，为确保拖拉工程安全可控，需采用一定的安全控制措施。

4 采用的关键技术措施

为解决上述影响该铁路上跨高速公路钢桁梁桥拖拉法施工存在的主要问题与技术难点，在综合应用国内钢桁梁托拉法施工现有技术的基础上，研究提出并在实例中成功实施了以下关键技术措施：

4.1 采用变导梁设计方案

采用变截面导梁设计，將导梁分为前半部分和后半部分。导梁前半部分长18 m，高3 m，采用贝雷片拼成;导梁后半部分长14 m，采用变截面结构，导梁结构如图3。采用变截面导梁设计，可减小导梁自重，最大程度地增加钢桁梁的跨越能力，降低拖拉过程安全风险，同时能够有效降低施工成本。

4.2 采用前后换位拖拉方案

针对前端拖拉与后端拖拉法在拖拉过程中的种种不利影响，通过技术创新，研究提出了前后换位拖拉施工工艺。具体操作（如图4）为：将拖拉千斤顶安装在1#墩支架上，前期拉锚器设置在梁体前端，采用前端拖拉法拖拉31 m;钢桁梁梁体前端抵达1#墩后，不变拖拉千斤顶位置，将拉锚器转移至梁体后端，采用后端拖拉法拖拉66 m。整个过程牵引钢绞线不用横跨高速公路，不会对高速公路正常运营造成干扰，同时也可减少最大拖拉距离，提高拖拉精度。

4.3 采用实时便捷线形控制测量技术

为对拖拉过程拖拉方向、拖拉位置进行准确测量，采用实时、便捷线形控制测量方法。在下弦杆侧面粘贴反光贴作标志作为监控点位，采用全站仪自由设站功能，由计算程序将测站三维坐标转换为与线路设计关联的里程偏距，通过全站仪免棱镜测量各节点侧面点位平面及高程的方式对拖拉过程进行线形控制测量，点位设置在下弦杆顶面以下固定高度位置，方便进行挠度监测。此方法较传统方法减少了测量人员投入，将测量精度提高至毫米级，监控点位设在反光贴上满足夜间施工监测要求，实现全过程进行线形控制测量。

4.4 采用拖拉过程实时纠偏方法

传统的钢桁梁拖拉小偏移采用调整自动连续千斤顶油压，改变两侧牵引力大小的方式，大偏移纠偏采用暂停拖拉，使用机械千斤顶顶推梁体侧面的方式。传统纠偏方式纠偏效果差，结构复杂，施工效率低，且容易导致梁体偏向设计中线一侧，降低横向抗倾覆稳定性，增加安全风险。为解决传统纠偏方法的不足，实例采用利用限位装置+三角导轨进行线形纠偏，两块三角钢板对角安装在梁体前后两端下滑道侧面，三角导轨纠偏装置横断面图如图5所示，三角钢板放置在支架纵梁与下滑道面板焊接连接，三角导轨长1 500 mm，宽50 mm，在梁體前进过中完成纠偏。三角导轨纠偏原理如图6所示，当梁体出现偏移时焊接三角钢板，利用拖拉力及三角钢板的导向作用完成纠偏，使用本方法纠偏，可以前后两端两侧同时进行，不会导致梁体偏向设计中线一侧。

4.5 拖拉过程安全控制措施

在跨高速公路钢桁梁桥拖拉法施工前、施工中，应用有限元分析、BIM技术、数值模拟、模拟试验、应力测试等新技术。一是采用Midas专业有限元软件对临时支架、钢桁梁、导梁进行有限元分析，可以使对结构受力的检算、抗倾覆性的验算更加精确。二是利用BIM技术模拟钢桁梁拖拉施工各工况，可以提前找出拖拉过程中可能出现的安全隐患，并加以规避或解决;利用BIM技术进行可视化交底，可将施工工艺要求及安全注意事项直观、形象的展示在现场作业人员面前，降低作业人员理解难度。三是对钢桁梁拖拉过程进行数值模拟可以在施工前期对施工过程各控制指标提前预测，调整必要的施工工艺和技术方案使结构的内力和线形处于有效的控制之中，确保施工安全和成桥状态符合设计要求。四是在钢桁梁拼装完成后，在各节点位置布置千斤顶，按实际拖拉工况下的支承点，顶升脱空节点，模拟拖拉过程。在模拟试验进行过程中检查各节点连接情况，监测各工况下的挠度，进行全桥的应力测试，与理论计算值进行对比，分析拖拉施工的可行性。采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法，对拖拉施工最不利工况下钢桁梁、导梁贝雷梁、导梁型钢、贝雷梁连接系等杆件最大拉、压应力进行数值模拟分析，掌握拖拉施工过程中各杆件的应力变化规律，并得出拖拉施工过程应力变化的计算数值。五是开展钢桁梁拖拉施工过程杆件应力变化测试，对现场实测结果与模拟分析计算数值不断对比分析，实时掌握钢桁梁应力变化情况，并在应力变化不正常时，及时进行预警，以便及时采取措施，防止安全事故发生或扩大。六是进行钢桁梁线形监控，在拖拉施工时，对拖拉体系主梁轴线和竖向线形、导梁挠度、支架沉降及纵向变位等进行全方位的实时线形控制测量。通过杆件应力测试与钢桁梁线形监控，精准掌握拖拉过程结构受力变化情况，对非正常状况提前预警，有利于保证拖拉过程安全。

4.6 高速公路安全防护措施

一是在拖拉施工前，将所有杆件连成整体，清除钢桁梁上所有剩余材料、垃圾、杂物，降低拖拉过程坠物风险。二是优化线形控制测量方法，将有可能掉落的棱镜头、水准塔尺等取消，通过在下弦杆侧面等高度位置粘贴反光条，采用全站仪免棱镜测量的方式进行钢桁梁拖拉线形控制测量。三是采用前后换位拖拉施工工艺，钢绞线不用横跨高速公路，对高速公路正常运营无影响。四是与高速公路管理局合作，在钢桁梁通过高速公路上方时，对高速公路进行临时管制，限速改道，消除安全隐患。

5 结束语

本文结合某铁路上跨高速公路64 m钢桁梁拖拉法施工工程实例，系统分析了铁路上跨高速公路钢桁梁拖拉法施工面临的主要问题与技术难点，研究提出了相应的技术解决措施与应用的关键技术。通过采用变导梁设计、前后换位拖拉、便捷线型控制测量、实时纠偏系统等创新工艺以及应用有限元分析、BIM技术、数值模拟、模拟试验、应力测试等新技术，大大提高了该铁路上跨高速公路钢桁梁拖拉法施工的精准性、安全性，对类似铁路上跨高速公路钢桁梁拖拉法施工具有重要的借鉴意义。

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