高速铁路大跨连续刚构拱桥施工关键技术

朱金彪

（中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司新建福厦铁路FXJL-6 标， 福建 泉州 362000）

1 工程概况

泉州湾跨海大桥位于东南沿海地区，受台风影响较大，施工风险高，难度大。（76+160+76）m 连续刚构拱桥位于6 号墩～9 号墩，主桥墩采用双壁墩结构，上部结构采用变截面连续刚构，箱梁与墩柱采用固结形式连接。连续刚构拱桥跨越既有泉州绕城高速，交角30.5度，高速总正宽32m，通行净高5.5m。

1.1 主拱构造

主跨设下承式系杆拱，跨度160m,拱肋为钢管混凝土结构，采用叠合拱截面形式，上下拱肋计算跨度为L=160m，设计矢高为f=34.5m、29.5m，上下刚构拱轴线均采用抛物线，上拱肋设计拱轴线方程：y=(-67/12800)*X2+(67/80)*X+1,下拱肋设计拱轴线方程：y=(-61/12800) *X2+(61/80)*X-1。拱肋预设6cm 上拱值，施工矢高为34.56m，29.56m，上拱肋施工拱轴线方程：y=(-67.12/12800)*X2+(67.12/80)*X+1,下拱肋施工拱轴线方程：y=(-61.12/12800)*X2+(61.12/80)*X-1。两榀拱肋间横向中心距11.8m。拱肋上下弦管直径φ1.2m,由δ=28、32mm 厚Q345q-D 钢材的钢板卷制而成，采用上下钢管均为钢-混组合结构，钢管及腹腔内填充C55自密实补偿收缩混凝土。上下拱肋除拱脚一定范围内采用哑铃型结构，其余均为分离结构，用竖向腹杆连接。

1.2 原设计主拱施工工艺

原设计主梁施工完成后，即开始安装主拱，采用竖转工艺施工。在桥面架设拼装拱肋用钢管支架，架设拱肋竖向转体用塔架，于桥面钢管支架上拼装拱肋钢管，安装拱肋间横撑拼装拱肋钢管，安装拱肋间横撑。拱肋钢管竖向转体就位当气温与主梁合拢温度相近时，合拢拱顶，焊接拱脚嵌补段，合拢拱脚，固结拱脚；拱脚处联接铰在上下弦管焊接固结后拆除。

1.3 设计变更后主拱施工工艺

为避免移动模架现浇施工台风多发期抗风抗台等安全风险，更好地保证施工质量，建议将泉州湾跨海大桥大里程段26 孔现浇简支梁由移动模架施工变更为预制架设施工。因此，小里程160m 主跨连续刚构拱增设辅助措施，拱肋的施工工艺调整为先架梁后安装，调整主拱安装方案，采用原位支架法进行安装。

2 施工特点

本桥钢管拱安装位置特殊，主跨上跨高速公路，地处台风气候区，跨度大，安装高度大，主要技术难点如下：

（1）主梁混凝土施工完成后需满足架桥机运梁施工。

（2）主拱上跨高速公路，拱肋全重约900t，安装施工期间桥宽内支架、拱肋结构重等施工荷载总重沿顺桥向的总荷载集度不得大于96KN/m。

（3）季风气候条件拱肋焊接均需达到1 级焊缝标准。

3 运梁施工关键技术

3.1 运梁施工分析

运梁施工选用YLSS900B 型架桥机和JQSS900B 型运梁车。

由于架梁作业时，架桥机作用荷载加大，本刚构连续梁仅通行运梁车，因此本梁仅考虑在运梁车驼梁过孔和运梁车驮运架桥机过孔施工荷载作用下对（76+160+76）m 刚构连续梁拱做纵、横向检算，主要包括两个工况：

工况一：运梁车驮梁过孔；

工况二：运梁车驮运架桥机过孔。

经检算，运梁车驮运预制梁及架桥机过梁面时需在梁体边跨进行配重以及中跨梁底采取临时支撑保证措施。

3.2 运梁施工关键技术

3.2.1 主梁材料

主梁采用C60 高强度混凝土：fc=40.0MPa，fct=3.50MPa，Ec=3.65×104MPa。预应力束采用фj15.2高强度、低松弛钢绞线，fpk=1860 MPa，Ep=1.95×105MPa。

3.3.2 边跨压重施工

主梁单悬臂浇筑过程中，由于中跨单悬臂浇筑两个梁段（16'，17'）不对称荷载导致需要在边跨15-12号梁段压重，浇筑16'梁段压重集度为200kN/m，共计330t。浇筑17'梁段混凝土前，在边跨15-12 号梁段压重，压重集度为400kN/m（包含浇筑16'梁段压重200KN/m），共计660t，压重荷载采取在梁底悬挂压重吊架的结构。

12#～15#梁段在混凝土浇筑时预留穿精轧螺纹钢的孔道，进行压重施工时，在梁面布设双拼工25 型钢，采用直径32mm 精轧螺纹钢穿过双拼工25 和梁面，在梁底下放的精轧螺纹钢上安装压重吊架，然后在梁底下放的精轧螺纹钢上安装压重吊架，压重架分为两层，为顶面不封闭的结构，底层采用双拼工25a、工40a 铺设形成，横向分配梁为工40a，100cm 间距布设共计18 根。上层采用横向分配梁为工40a，50cm间距布设共计32根，上下层之间采用两层3 拼HN700 纵梁支垫。

吊杆受力计算：660t/66=10t,60t/10t=6，安全系数6＞5，受力安全。

吊架分配梁最大应力σ=1/8*8.48*10800*10800*20 0/217000000=114MPa，结构受力安全。

精扎螺纹钢采用标准的连接器进行接长，接长前在精扎螺纹钢端头做好刻度标记确保安装时连接器居中。吊杆下穿吊架底纵梁（双拼工25）时，通过精轧螺母调整纵梁水平。避免吊架左右两侧高低不平而引起偏载。

压重材料采用预制混凝土块，便于统计压重重量以及卸载。

吊架加载前、加载过程中及加完成后对吊架展开沉降观测，如变形超过预期值，应立即停止加载，采取加固措施。

3.2.3 中墩临时支撑施工

考虑架梁工况，架桥机经过时主梁竖向荷载总计2800t（考虑1.1 的冲击系数），在中墩（7#、8#墩）中跨距离中支点12.1m 和21m 处分别设置临时支撑，临时墩的承重结构采用钢管混凝土立柱型式。12.1m 处在原0#块支架基础上进行接长，顶至梁底。21m 处在横桥向设置单排3 根φ1200*14mm 的钢管混凝土立柱，钢管立柱均设置在箱梁腹板下方。钢管混凝土立柱之间通过平联[]32a 连接，立柱基础采用φ2000 的钻孔灌注桩，灌注桩通过系梁连接，混凝土均采用C30 混凝土。

灌注桩采用冲击钻成孔，灌注水下混凝土。钢管支架结构连接均采用焊接，钢管混凝土浇筑前在柱顶盖板下方管身设置灌注口，采用天泵泵管与灌注口连接，浇筑完成后，对灌注口进行封堵。随后在柱顶（盖板下口）设置2cm 左右小孔，通过重力灌浆法采用高强砂浆对柱顶不密实部位进行注浆填充。注意柱顶盖板安装时必须与梁底密贴。

3.3 运梁过程监控数据量测

架桥机过跨及运梁车驮运梁过程中，对桥面沉降及应力变化展开监测，监测范围主要为中跨。

沉降监测点分别设置在8#墩9’#块、7#墩9’#块以及合龙段位置共三个断面，每个断面设置左、右2个测点。

应变监测利用主梁内埋置式应变计读取施工过程中监测数据。通过应变计对架桥机及运梁过孔前后应力变化来反映主梁结构实际受力状态。

4 拱肋安装施工关键技术

4.1 拱肋安装支架施工

4.1.1 拱肋安装支架简介

拱肋支架为钢管立柱支架， 钢管规格为Φ377×6mm，钢管材质为Q235 钢，支架截面尺寸为2500×3000mm。支架顶横梁采用双拼工40a 工字钢。支架高度最低为7.7m，最高为29m，采用分节制造成格构式钢管柱，除柱顶节外标准节段长12 米，利用法兰+高强螺栓进行连接。柱顶横梁与立柱顶面盖板焊接，支架柱底与主梁之间通过在梁面预埋的锚板（随主梁混凝土浇筑一起预埋）焊接。

4.1.2 拱肋安装支架施工

由于拱肋拼装施工是在主梁合龙之后进行，为保证支架基础与梁体形成整体，在主梁节段浇筑时提前预埋柱脚锚板。锚板尺寸为650*650*20mm 钢板（Q235B）加工而成。锚板底面焊接2 根HRB400 φ20 锚筋，锚筋与锚板之间采用双面满焊。锚板安装时，将锚筋与主梁钢筋焊接固定。锚板安装完成后，在锚板中间开孔，混凝土浇筑过程中注意对锚板底部的混凝土振捣，确保锚板与混凝土之间密实无空隙。

钢立柱之间接长采用法兰连接，法兰与钢管端头焊接（满焊）。

支撑在梁面的钢管立柱通过与梁面预埋锚板焊接相连，并设置柱脚加劲板。钢管立柱安装时采用汽车吊装安装，将加工好的钢管立柱按编号转运至桥面，吊车将立柱一端提起，保持立柱处于竖直状态，另一端采用手拉葫芦配合，对准法兰（或锚板），调整钢立柱的垂直度，满足设计要求后，及时对钢立柱进行连接加固。

平联斜撑与立柱间的焊接均在加工区内制作成整体吊装至桥面再进行安装，不得在立柱接长作业时进行平联、斜撑的高空焊接施工。吊装前应检查平联、斜撑的焊接质量，不得出现虚焊、假焊等现象。

柱顶防护平台主要用于拱肋节段安装时现场接头焊接防护。要求能够负载所需操作人员和器械的重量，平台上采用3mm 花纹钢板满铺，平台四周做好临边防护，采用“防护栏杆+防护网片”的型式，将平台四周封闭，护栏底部用3mm 花纹钢板施作踢脚板（与平台板焊接封闭），防止高空坠物。

4.2 主拱吊装

主拱肋共计划分为26 个节段（含预埋段及合龙段），单节拱肋最重达38t，钢管拱肋制作采用以折代曲，通过控制实际拱轴线与理论拱轴线之间的偏差来保证节段圆顺[1]，构件均在工厂内制作完成，采用陆路运输的方式运至现场进行安装。

拱肋预埋段安装完成后拱座在浇注混凝土前，依照设计要求，通过测量进行拱脚预埋段放样，拱脚预埋段安放至拱座内后通过测量对拱脚预埋段平面、轴线进行复测调整，利用主梁0#块预埋的角钢劲性骨架（拱座范围内）对预埋段进行加固。

拱肋安装方向由拱脚向跨中方向，左右对称安装。主拱肋节段采用2 台130T 汽车吊抬吊安装，配重45 吨，由于受地理位置及节段大体积限制，拱肋节段无法直接运至桥面，节段运至桥下后，由1 台260 吨汽车吊从桥下吊至桥面。桥面设置一台平板运输车，将转运至桥面的拱肋节段运至安装位置。

吊装前将拱肋轴线引至临时支架顶端分配梁上，并用样冲做好轴线标记，为保证高程精度，支架分配梁安装时应低于弦管底部300mm，支架安装后根据分配梁顶面标高测量结果焊接相应高度的凹型支撑板。钢管拱肋吊装就位后，后端与上一节段环口对齐，经测量复核轴线、高程后，环口两侧利用4 块码板（t=20 钢板）进行限位临时加固，随后对前端弦管上的控制点利用20t千斤顶配合手拉葫芦进行微调。经测量无误满足要求后，将拱肋下弦管与支架横梁支撑板焊接加固，同时增加后端码板数量，确保当前节段与上一节段连接牢固。为保证拱肋安装时的轴线及高程测量，拱肋弦管制作时在每个节段的上弦管的下端口100mm 处、中间、上端100mm 处各设置一测量点。

在左右侧同一拱肋节段安装完成后即可开始安装相应节段位置的横撑，以增加已安装拱肋横向稳定性。横撑与主弦管之间通过短接头连接， 短接头在安装前根据横撑位置提前安装至拱肋弦管上，有利于横撑安装时定位。

拱肋合龙段安装前，对已经安装好的拱肋节段端口进行复核，每个端口测量4 个点（上、下弦管分别测量其顶面及底面中心），做好数据记录，并将结果反馈给第三方监控单位进行验算，出具合龙指令。合龙段长度出厂前预留一定的富余量（一侧约10cm）。确认合龙段实际长度后，将富余量予以切除。合龙时机宜在当日气温15℃-20℃之间进行。合龙段安装完成后按主拱安装时连接方式进行加固。

拱肋构件临时连接完成后，即可开始相关焊缝永久性焊接。主拱肋环口焊缝均为开坡口全熔透焊缝，焊接前将焊接坡口和焊缝边缘每边30 ～50mm 范围内的铁锈、毛刺、污垢以及影响焊接质量的漆膜等采用打磨机清除干净，露出钢材金属光泽，检查构件的坡口尺寸和接头的组装质量及焊接区域的清理情况，符合要求后，方可允许施焊。焊接方法根据焊接工艺评定试验确定，管管对接及管管相交焊缝均由底部向顶部对接施焊。焊接作业应避开大风、大雨等恶劣天气，环境相对湿度在80%以下。拱顶合龙段焊缝焊接宜在气温15℃-20℃之间时进行。

4.3 安全、质量措施

4.3.1 交通布控

主梁上跨泉州湾绕城高速，根据涉高速拱肋安装支架及拱肋节段安装时投影与行车道占用情况对高速公路车道进行交通布控疏导，交通布控疏导工作由高速公路布控单位施行。涉高速拱肋节段安装过程中 ，设置交通警示标志，提醒过往车辆注意安全。支架安装时涉及焊接作业需要全程布控。拱肋节段吊装完成后因支架顶端设置防护平台，焊接施工时在防护平台内作业，焊接作业期间不需要进行交通布控。

锥标及防撞桶等设施仅在支架安装和拱肋吊装作业中布置于路面，在支架安装和拱肋吊装作业完成且加固定位后撤除锥标及防撞桶，布控区开放正常交通，仍保留路侧施工警示及提示标志。

4.3.2 焊接作业平台

拱肋焊接作业平台设置于支架顶部，截面尺寸为1.6m*2.3m，高度约7m。平台两侧及顶部采用 “0.5mm钢皮+铆钉”封闭，拱肋两侧采用油布封堵形成集防风、防雨、安全作业为一体的焊接施工作业平台，可周转使用。平台底部与支架平台横梁焊接，平台中间在上下弦管镂空处设置对拉，保证平台横向稳定。横撑焊接施工时采用 “挂篮”作业，根据横撑管径在挂篮顶部设置弧形限位板挂于横向钢管上，四周采用“0.5mm 钢皮+铆钉”封闭，平台底部利用钢跳板满铺作为作业人员的平台。管口底部焊接时设置吊篓防止焊渣飞溅至桥面或高速路面。

5 结语

在大跨连续刚构拱在拱结构未安装的情况下进行运架梁施工在高速铁路工程中并不多见。通过边跨压重与中跨临时支撑等辅助措施，保证了运架梁施工过程中主梁的结构的安全。

采用原位支架法进行拱结构安装，有效减少了材料浪费，有利于焊接施工及焊缝质量，同时降低了安全风险，便于拆除，且支架可进行回收周转，节约了施工成本。