连续钢桁梁大悬臂横移上跨营业线施工技术研究

杨仲会

摘要：随着高速铁路的快速发展，新建高速铁路上跨既有营业线施工日益增多，确保既有高速铁路运营安全已成为邻营业线施工的主体，本文以新建潍莱铁路右线跨青荣铁路特大桥31～33号墩设1-（120+82）m钢桁梁施工为依据，通过精细的施工组织，对钢桁梁进行侧方位整体焊接拼装，并进行大悬臂横移就位施工技术研究，工艺成熟，方法简便，及确保了上跨营业线施工安全，又保证了施工工期，也为类似工程的施工提供了重要的指导和借鉴意义。

关键词：钢桁梁;大悬臂;上跨营业线技术

1.引言

我国铁路网日趋密集，新建铁路跨既有运营的高速铁路、客运专线、城际铁路等施工成为一种常态化施工技术，新建铁路特殊孔跨材质、跨度、施工条件也越来越复杂，面临的施工问题主要是新建铁路特殊孔跨施工对营业线铁路运营安全，以及既有铁路运营与新建铁路施工过程中的相互干扰影响。

本文结合新建潍莱铁路右线跨青荣铁路特大桥（120+82）m钢桁梁施工，精心组织，通过对大跨度钢桁梁侧向高位拼装后，整体进行悬臂拖拉横移跨越营业线的施工技术研究，有效克服了新建高铁在施工中存在下坡、曲线、斜交临近营业线的难题，完善了施工技术方案，高效经济合理，确保施工安全及工期。

2.工程概况

新建潍莱右线跨青荣铁路特大桥31～33号墩设1-（120+82）m为连续钢桁梁，钢桁梁与青荣铁路呈约8.5°斜角。线路纵坡度10‰，位于半径R=2000m曲线上，钢桁梁为直梁，采用桥面加宽保证线路线型。（120+82）m连续钢桁梁为下承式钢桁梁，主桁类型为有竖杆整体节点三角桁架、变桁高，桁高13-25m，节间长度9-13m，主桁中心距10.0m，主材为耐候钢，桥面采用不锈钢复合钢板321-Q370qENH。钢桁梁主体钢结构总重为1985.4t。

3.施工重难点分析

潍莱右线跨青荣铁路特大桥（120+82m）钢桁梁上跨青荣城际，钢桁梁位于曲线上施工线性控制精度要求高;钢桁梁与青荣铁路呈约8.5°斜角，本桥位于10‰的下坡段，31号墩与33号墩高差在2米以上，施工时均为营业线施工和邻近营业线施工。施工过程安全压力大、风险高。

4.施工方案比选

方案一：钢桁梁在平行于既有青荣铁路进行旁位高位拼装，拼装完成后以31号墩为圆心旋转8.5°落梁就位。

优点：施工临时支撑数量少。

缺点：旁位高位拼装，拼装支架距回流线2m，支架高20m，倾覆后影响青荣铁路上、下行行车，安全压力大;钢桁梁拼装均为邻近B类（夜间天窗点内）施工，工效极低。

方案二：钢桁梁在远位高位焊接拼装完成后，利用31、32号墩两道滑道梁，悬臂82m直接横移落梁就位。

优点：减小钢桁梁焊接拼装支架及焊接施工对既有青荣铁路的影响;远位高位拼装可采用大型机械辅助作业，提高工效。

缺点：需增加横移支架及滑道梁。

综合分析：青荣铁路是客运专线，行车密度大，速度快，施工以确保营业线行车安全为首位因素，选用方案二组织实施。

5.总体施工方案

5.1支架施工

5.1.1钢桁梁拼装支架

钢桁架的拼装支架采用在扩大基础加钢管柱支架的形式，在每个节点下设C30扩大基础，地基承载力应满足大于360Kpa，基础尺寸为3.6×2×1m（长×宽×高），基础顶纵向设两根直径630mm，壁厚为10mm的钢管立柱，间距2.0m，纵向连接采用[20槽钢，横向连接采用426×10mm钢管。鋼管顶设置厚度为20mm钢板。

钢管上部结构：钢立柱顶横桥向设一组双拼I40工字钢横梁，分配梁长度为12m，工字钢横向错开1.0m满足设置人行通道。在下弦杆节点下方纵向铺设40工字钢（或者40H型钢），在下弦杆与纵向工字钢间设置垫块及钢管调整标高。在下弦杆外纵向铺设双扣槽钢，槽钢上铺设木板作为人行通道。

5.1.2 31号墩横移支架

横移支架每个承台下纵桥向设2根C30钻孔桩基础，直径1.25m，桩尖伸入1500kpa大理岩3.0m前提下，桩长最小长度6.0m，承台尺寸为4.5×2×1.2m（长×宽×高），承台横桥向间距为6.0m，在靠近31号墩处临时支墩间距为5.0m。

每个基础上纵向设置2根直径为630mm，壁厚为16mm的螺旋焊管，钢管纵向间距2.5m，支架钢管设纵向及横向连接，纵、横向连接均采用[20槽钢。钢管顶设置厚度为20mm钢板。

钢管上部结构：钢立柱顶纵桥向设一组双拼HN700×300mmH型钢，H型钢上安装滑道梁，滑道梁高度800mm，滑道梁上安装20mm后钢板及不锈钢板，然后安装MGB滑板，滑板上安装滑块。

5.1.3 32号墩横移支架

横移支架每个承台下纵桥向设2根C30钻孔桩基础，直径1.25m，桩尖伸入1500kpa大理岩3.0m前提下，桩长最小长度6.0m。承台尺寸5.6m×2.5m×2m承台混凝土等级为C30混凝土。承台顶面预埋厚度为20mm钢板，每排临时支架采用三排钢管柱，钢管柱与承台顶预埋板相连。钢管直径为630mm，壁厚16mm，钢管柱顶设置顶板，厚度为20mm。钢管之间采用φ426mm钢管做平、斜联，将支架连成整体。

钢管上部结构：钢立柱顶纵桥向设一组双拼HN700×300mmH型钢，H型钢上安装滑道梁，滑道梁高度2.0m，滑道梁上安装不锈钢板，然后安装滑板，滑板上安装滑块。

5.1.4 滑道梁安装

31号、32号墩滑道梁均为箱形钢结构，材质为Q235钢材，其中31号墩滑道梁宽1.6m，长60m，滑道梁设三道腹板，顶底板、腹板及加劲板厚度均为20mm。31号滑道梁共分为5节，每节长度12m，滑道梁每节采用栓接连接。

32号宽2.2m，长60m，滑道梁设三道腹板，顶底板、腹板及加劲板厚度均为28mm。滑道梁共分为5节，长度分配12×4+18.2m，滑道梁每节采用栓接连接。

5.2桁片组拼、吊装、焊接

主桁杆件全桥分6次预拼装，采用“3+1”模式进行。

为保证钢桁梁施工线性控制、钢桁梁焊接拼装进度、尽量减少高空作业的原则，将钢桁梁主桁结构纵向划分为10个吊装桁片，全桥工20个吊装桁片，其最大吊装重量为94.71t。主桁杆件共计吊装20次。

5.2.1 桁片组装

将上弦杆件摆放在胎架上，调整弦杆位置，检查精度满足规范要求，将下弦杆件摆放在相应的胎架上，调整上下弦杆中心距、对角线差及平面度，满足规范要求;安装直腹杆，检测上下弦杆中心距、对角线及平面度，调整精度，满足规范要求后，用码板临时定位;安装斜腹杆，检测上下弦杆中心距、节间长度、整体对角线差及平面度，满足规范要求后，用码板临时定位。检测弦杆节段长度、对角线、接口错台、接口间隙、标高、测点等项点，合格后按照焊接工艺进行焊接。完成全部杆件的预拼装，检测拱高、预拼装全长、对角线、接口错台、接口间隙、标高、测点、预拱度等项点。

5.2.2桁片吊装

根据钢桁梁构造及桁片、桥面板吊装过程中稳定，利用650t履带吊进行吊装，先吊装桥面板，再吊装两侧桁片，然后吊装纵平联、桥门架及横联。每节段桁片组拼完成后，焊接形成整体。桁片吊装顺序自小里程至大里程逐片吊装。

5.2.3 桥位现场焊接

为减小因焊接而产生的附加应力和焊接残余应力，焊接顺序和方向总的原则是：横向焊缝应从桥中轴线向两侧对称施焊;一端有自由端的长焊缝，从另一端施焊，向自由端前进;并采用分中、对称分段施焊。

5.3钢桁梁横移

5.3.1 第一次体系转换

钢桁梁整体焊接拼装完成后，进行钢桁梁第一次体系转换，将31至32号墩120m钢桁梁重量落于滑道上，32至33号墩剩余80m钢桁梁处于悬臂状态。

在E10节点滑道梁在桁片下部位置设置牛腿，预留安装千斤顶条件，体系转换在起顶时需在32号墩设置4台800t千斤顶，在31号墩设置2台300t千斤顶完成顶升。设置两套控制系统，完成顶升落梁体系转换。

5.3.2 拖拉橫移

1）滑块安装

滑块上部为20mm橡胶垫块，贴于钢桁梁下方，用于增大滑块与钢桁梁摩擦力;中间为钢材制作的滑块主体，作用为支持梁体，并承受拖拉牵引拉力;下部为20mmMGB滑板，与滑道不锈钢板接触。MGB板涂抹油脂后与不锈钢板间的摩擦系数一般小于0.1。

滑道采用不锈钢板与MGB滑板组成摩擦副，MGB板厚度为20mm。

滑道板采用4mm（304-Q235B）热轧不锈钢复合板组成，复合界面抗剪强度一般在300MPa以上。复合钢板与滑道梁顶部20mm厚钢板进行焊接。不锈钢板表面粗糙度小于Ra5μm。滑块表面涂硅脂油或黄油以减少拖拉摩阻力，滑道表面的粗糙度要光滑、保持清洁并避免划伤。

2）拖拉设备布置

32号墩水平拖拉系统由2台250t连续千斤顶、牵引钢绞线、反力座、滑座、液压泵站及控制系统组成。31号墩水平拖拉系统由2台100t连续千斤顶、牵引钢绞线、反力座、滑座、液压泵站及控制系统组成。

32号墩支座反力按照2000t计算，拖拉横移施工采用MGB板与不锈钢板摩擦，静摩擦系数按0.1计算，则水平最大拉力为：P=2000×0.1=200t，则每台千斤顶的水平拉力为：P=200/2=100t。每台千斤顶配备12根Φ15.24mm钢绞线，钢绞线穿过水平千斤顶空腔，固定在32号墩滑道梁上的反力架上。钢绞线的安全系数为：12根/台×26t/根÷100t=3.12。

31号墩支座反力按照300t计算，拖拉横移施工采用MGB板与不锈钢板摩擦，静摩擦系数按0.1计算，则水平最大拉力为：P=300×0.1=30t，则每台千斤顶的水平拉力为：P=30/2=15t。每台千斤顶配备6根Φ15.24mm钢绞线，钢绞线穿过水平千斤顶空腔，固定在31号墩滑道梁上的反力架上。钢绞线的安全系数为：6根/台×26t/根÷100t=10.4。

牵引钢绞线采用直径为φ15.24mm，强度为1860Mpa高强度低松弛钢绞线进。

3）拖拉横移

钢桁梁拖拉横移行程共计46m。首先横移18m，保证钢桁梁不侵入铁路安全限界，然后利用天窗点内进行剩余28m横移施工。

为保证在一个天窗点内钢桁梁横移至设计位置，悬臂端横移出既有青荣铁路，在确保导梁不侵入铁路安全范围内首先试拉18m。

钢桁梁横移：钢桁梁拖拉横移在封锁点内进行。在拖拉过程中统一指挥，保持钢桁梁两端应基本同步前进。当两端移动距离相差超过10cm时，或限位板与下滑道梁翼板间隙小于1cm时，立即进行调整。拖拉到位立即对上滑道梁设挡限位。

4）钢桁梁横移过程监测

为确保悬臂钢桁梁结构在整个拖拉位移施工过程始终处于安全可控状态，在钢桁梁整体横向移位过程中有必要对桁架梁横移全过程进行跟踪观测，包括：钢桁梁横移同步性监测;滑道梁挠度监测;钢桁梁倾斜度监测;滑道梁梁段翘起高度检测。

5）滑道梁拆除

钢桁梁拖拉就位后，在31及32号墩处设置千斤顶，利用千斤顶将钢桁梁顶升，拆除滑道梁连接螺栓及钢板，青荣铁路上方段滑道梁先拖拉离开铁路范围，并用吊车将滑道梁吊离。

6）钢桁梁落梁施工

钢桁梁32号墩落梁利用4台800t千斤顶实现，钢桁梁落梁高度2.2m，距离支座中线1.5m，沿钢桁梁大小里程侧各设置1台800t千斤顶，千斤顶下垫高度为1.2m左右垫块，与支座垫石上垫块交替下落完成钢桁梁落梁施工。32号墩钢横梁顶距钢桁梁底0.8m，千斤顶高度为56cm行程10cm，开始落梁时先小形成落梁每次落梁4cm，落梁三个循环后每次落梁8cm。

7）支架拆除

钢桁梁横移就位后，先拆除拼装支架然后拆除横移支架。支架拆除遵循自上而下逐层拆除，拆一层清一层，再进行下一层结构拆除;一般后搭的先拆，小的构件先拆，拆除一个构件后支架整体稳定性不受影响。

6.结束语

本文通过新建潍莱右线跨青荣铁路特大桥（120+82）m连续钢桁梁施工，对钢桁梁桁片采用远高位分组拼装、整体吊装、CO2气体保护桥位焊接、悬臂拖拉横移施工技术研究，既确保铁路营业线安全、稳定，又有效的提高了钢桁梁施工工效，对今后全国范围内新建高速铁路跨高速铁路、客运专线、城际铁路等类似工程的施工具有重要的指导和借鉴意义。

参考文献：

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