铁路桥梁转体平转法钢壳合龙施工技术

■ 文 / 李 强

连续梁中跨钢壳合龙技术在近年来的桥梁转体施工中多有应用，该技术采用在连续梁两个T构的中跨端预埋钢壳，待T构转体到位后，中跨合龙钢壳与两端预埋钢壳连接，形成封闭作业环境，合龙段混凝土浇筑后，与中跨合龙混凝土共同受力。对比原有的挂篮合龙施工，在铁路既有线上方避免了挂篮体系的行走、拆除作业，减少了对下方既有线的干扰，极大地降低了施工安全风险，但同时合龙段钢壳如何安全准确就位也成为施工中急需研究解决的难题。

1 工程简介

某高速铁路**特大桥与某铁路相交处以连续梁形式进行跨越，连续梁采用（48+80+48）m跨径组合，即264号～267号墩，梁段按施工顺序共划13个梁段，采用水平转体施工，钢壳合龙的施工工艺。连续梁转体时重5800t，转体角度逆时针78°。梁体转动过程中距接触网塔顶的最小垂直距离为2.0m。

2 钢壳合龙施工工艺及流程

钢壳合龙施工工艺流程如图1所示。

3 施工工艺及控制要点

钢壳分为预埋段钢壳、合龙段钢壳。预埋段钢壳在T构施工时预埋于T构中跨端头。T构转体后，合龙段钢壳从梁体合龙处顶部下放，与两端预埋段钢壳焊接成整体。每个预埋钢壳一端设锚固加劲肋板，锚固于梁端混凝土中；另一端为光滑面，与合龙钢壳搭接。为避免转体时梁端钢壳位置冲突，预埋钢壳搭接端加工成斜口形式，转体后梁端钢壳间缝隙为平行四边形，缝宽70cm。合龙钢壳为转体完成后封闭梁端钢壳缝隙的构件，其纵向与梁端预埋钢壳搭接，搭接长度为20cm；轮廓比梁端钢壳略小确保其能嵌入梁端钢壳中，内侧设锚固加劲肋板。

3.1 钢壳加工

3.1.1 工艺要求

钢壳材质采用Q345D型钢，厚度20mm，钢壳合龙时套模应精准对位，应选择具有专业加工设备和能力的厂家生产精准加工。

3.1.2 预埋钢壳加工要点

预埋钢壳加工需考虑挂篮构件冲突和工厂下料合理分区及现场组装分区，工厂下料合理分区旨在解决曲面不可展问题和设备加工能力的限制，现场组装分区旨在便于现场拼装和最大限度减少现场焊接工作量。设置出厂分区时，应考虑钢壳组件出厂过程中的交通运输条件限制及现场组装的可行性。需注意，钢壳组件是在挂篮就位的情况下进行吊装，挂篮主桁架、悬挑系统、模板系统削减了吊装作业空间，出厂分区的合理设置直接关系到预埋钢壳能否顺利安装就位。本工程设置6块出厂分区，分区预留焊接处预先开设坡口，如图2所示。

钢壳现场拼装时为横向拼装，为避免尺寸超宽，坡口开设时适当放大坡口根部间隙，为拼装误差提供补偿余量，单块板件下料时必须精准控制误差，同步完成加劲肋板焊接。板件组焊采用熔透焊，并进行探伤检测。出厂前按《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》（Q/CR730——2019）中第五套防腐体系做法对钢壳外侧涂刷防腐涂层。

3.1.3 预埋钢壳下料及出厂分区合龙钢壳加工要点

合龙钢壳尺寸及安装精度受两端预埋钢壳制约，加工前需对已成型的预埋钢壳进行测量，按预埋钢壳的尺寸及位置对合龙钢壳的设计轮廓进行拟合并辅以必要的调整，确保合龙钢壳能顺利下放嵌入预埋钢壳中。T构浇筑完成后及时拆除挂篮，沿预埋钢壳端头均匀布设测量激光反射贴片，分布于合龙钢壳与预埋钢壳搭接区域两侧断面上，观测点在结构有明显几何特征变化的点进行加密，间距30～40cm；对梁端钢壳测量点坐标进行采集，利用CAD进行空间展绘，按设计对实测钢壳断面进行旋转模拟转体完成后钢壳姿态，使两钢壳中线重合；利用CAD将预埋钢壳实测的空间展绘点位同时向梁面中心线方向进行投影，得到四断面的叠合图像，如图3所示；图像反映两个T构的预埋钢壳施工偏差对合龙钢壳下放位置的影响，对四断面进行包络求出合龙钢壳的内轮廓拟合情况，对照合龙钢壳原设计尺寸，对包络线进行适当调整可得到合龙钢壳实际加工尺寸。

3.2 预埋钢壳安装

3.2.1 施工工艺

T构最后一个节段挂篮就位后，预埋钢壳安装。安装时在挂篮模板上放样并标记钢壳预埋端头位置和梁体轴线，于钢壳上标记钢壳纵向轴线，按轴线控制钢壳安装偏位，按钢壳端头标记控制钢壳安装里程，由下至上的顺序进行分区块安装。

3.2.2 施工要点

预埋钢壳安装偏位过大会引起合龙钢壳无法就位或间隙过大，应对轴线偏差和净空尺寸进行重点控制。预埋钢壳就位后复核测量翼缘、腹板方向是否与设计一致，及时纠偏调整；梁端因存在接茬钢筋占用部分梁端净空，影响合龙钢壳安装，采取人工反弯的方式避免对合龙钢壳就位时的影响。需注意合龙钢壳设计的外包络尺寸等于合龙段尺寸，钢壳两端异侧必将与梁端重合，导致接茬钢筋与合龙钢壳存在冲突，需对T构最后一节段的梁端位置进行调整，将梁端预埋钢壳向中跨侧移动约10cm，梁端接茬钢筋同步移动以避让合龙钢壳，确保合龙钢壳顺利下放；钢壳内净空控制主要为安装时的变形，其变形主要来自于腹板自身重力作用下的挠曲、焊接时温度应力变形，而焊接时温度应力变形最为严重和难以控制，可采取以侧模为承力面，利用千斤顶対撑或者在模板上就近焊接临时反力座进行顶压来调整应对钢板挠曲。进行焊接作业时，采取错断焊接来减少单次焊缝长度，减少钢材因焊接高温引起的变形。预埋钢壳安装完成后进行净空尺寸校验和焊缝检查，对存在的变形进行及时矫正。

3.3 合龙钢壳安装

合龙钢壳安装施工难点在于如何在有限的天窗时间内安全快速地转运至合龙位置并完成安装。若采用起重设备吊运方案，吊运重量不超过5t，最小吊运幅度51m。吊臂与接触网保留不少于5m的垂直安全距离，加之考虑翼缘处高3m声屏障及遮板高度预留，其最小吊运高度为38m，吊臂最小需求长度64m，最小仰角37°，查起重机性能表：主臂最大臂长70m，支腿宽度8.6m，配重100t计算，其臂幅为52m、臂长65.6m工况下，最大起重量为8.5t，满足本方案要求。但采用大吨位起重机吊运设备市场需求较小，难以寻求合适的出租方；另本工程中的荷载和吊运跨距组合已接近设备极限工况，不可避免会导致设备动作缓慢，导致降低了天窗点的有效作业时间。从设备成本、吊运安全、天窗时间利用率三方面考虑，起重设备吊运都并非最佳方案。

为此，本工程设计了合龙钢壳驮运工装。该工装设计时考虑了与挂篮构件的通配性，绝大部分构件采用挂篮构件进行组装。先将合龙段钢壳与驮运装置在既有线范围外的梁面上进行拼装，利用驮运装置将钢壳驮运至梁端。在合龙天窗点时间内将钢壳从梁端下放至预埋钢壳内即可。整个钢壳下放过程中无需使用大型起重设备，最大限度地减少了施工对既有线的影响。

3.3.1 合龙钢壳驮运工装构造

驮运工装主要由钢壳撑架、滑梁、轨道、滑车、转换柱5部分组成，滑车上设立柱及斜撑。滑梁安装于立柱上向T构中跨侧悬挑。滑梁上扣设吊环与钢壳撑架连接。钢壳与撑架采用吊绳连接固定；撑架与滑梁通过吊环连接，可与钢壳一并在滑梁上前后滑动，用以将钢壳及钢壳撑架整体滑运至合龙段上方。立柱与滑车固定，与滑车一起沿轨道行走，用以驮运立柱上承的滑梁、撑架、钢壳在梁面沿轨道滑动至梁端。轨道采用分节拼装，通过锚栓固定于梁面，具体如图4所示。

3.3.2 施工方法

（1）在梁面安装轨道和滑车。用锚栓固定轨道于梁面，对滑车进行临时固定防止溜车，同时在梁下场地将钢壳逐块安装并固定于撑架上。钢壳与撑架之间采用倒链进行柔性连接，控制因钢壳自身刚度不足而引起的变形。

（2）将钢壳撑架和钢壳一起吊装至滑车上，注意在钢壳及撑架吊装上梁之前，不得安装滑梁，防止阻碍钢壳及撑架吊装。吊装就位时将钢壳连同撑架一同居中置于滑车底梁上。

（3）安装并固定滑梁，将两支滑梁安装至立柱U型凹槽内，安装立柱盖梁，锁定滑梁，注意在滑梁安装前，需先将每支滑梁上的吊环穿入滑梁后再进行滑梁安装。

（4）连接钢壳、撑架与滑梁。将撑架及钢壳吊离滑车底梁，人工配合使撑架上的螺栓孔位与吊环上的精轧螺纹钢对齐并拧入旋紧后，撑架及钢壳重量逐步由滑梁承担。

（5）将撑架与滑梁进行锁定，防止驮运过程中撑架沿滑梁溜移。使用梁面卷扬机牵引，循环执行推移滑车、拆装轨道，使滑车驮运钢壳向中跨侧梁端移动。滑车前行至中跨侧梁端处减缓滑车前行速度，保证滑车的钢壳撑架滑梁悬挑前端不伸出梁端，对滑车进行锁定，在滑车对面梁端处安装转换柱及斜撑。

（6）进入合龙施工天窗，完成滑车支撑体系转换。合龙施工天窗开始后，解除滑车锁定，卷扬机牵引滑车沿轨道向合龙段处继续前行，直至滑梁悬臂端和转换柱完成搭接，锁定滑车，将滑梁与转换柱通过螺栓固结。拆除滑车前支点立柱和斜撑，完成支撑结构的体系转换。

（7）解除撑架与滑梁间锁定，拖拽撑架，使吊环滚轮沿滑梁向中跨前行至合龙钢壳到达合龙段正上方，将撑架与滑梁进行锁定。同步松弛钢壳与撑架间连接的倒链，匀速平稳下落至梁端预埋钢壳中。合龙钢壳下落一定高度后，在钢壳内部设置腹板水平对拉倒链，控制钢壳横向宽度。因合龙钢壳沿周边的相对刚度较小，下落过程中钢壳会发生翘曲、鼓出等弹性变形，可能产生与预埋钢壳接触无法下落的情况。可收、放水平对拉倒链，调整钢壳横向尺寸确保其下落。

（8）合龙钢壳下放就位后，倒链上提，解除撑架与滑梁间的锁定，拖拽撑架至滑车上，复位滑车前支腿，解除滑梁与转换柱锁定，退移滑车完全离开中跨合龙段上方。

（9）精细调整合龙钢壳位置，与预埋钢壳密贴。对于局部开缝较大的区域采用千斤顶顶压矫正。合龙钢壳与预埋钢壳焊接固定。焊接时应采取续断焊接，单次焊接长度以10cm左右为宜，防止钢材受热变形。

合龙钢壳就位后后续施工不再赘述。

4 结语

当前，建筑工程对于安全管理和技术的要求日趋严格细致，桥梁转体施工将得到广泛应用，钢壳合龙技术也将被广泛采用。然而，目前该施工技术的理论研究工作稍显滞后，相关行业及部门应组织开展相关工作，制定具体标准和规范，大力开发配套工装设备，以适应该项技术的发展。