内河航道桥梁斜靠式系杆拱施工关键技术研究.pdf

2024 年第 1 期147中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通内河航道桥梁斜靠式系杆拱施工关键技术研究王选军中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏 苏州 215151摘要：文章针对内河航道桥梁施工技术的特殊要求，以昆仑桥工程为实例，提出了一套切实可行的施工技术方案。首先分析了内河航道桥梁施工的特点，包括施工场地狭小、船舶交通频繁等限制因素。而后详细探讨了昆仑桥工程的概况和主要技术难点，包括钢桥线性控制和钢梁拱吊装施工等方面。在此基础上，提出了解决难点的具体措施和施工关键技术，如大节段整体吊装、横梁片拼装精度控制措施等。通过对昆仑桥的实例研究，文章提出的施工方案可为类似工程提供借鉴。关键词：斜靠式系杆拱桥；钢桥线性控制；节段划分；整体吊装；精度控制文献标识码：A中图分类号：U611文章编号：2096-4137（2024）01-147-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.44Research on key techniques for construction of oblique tied arch of inland waterway bridgesWANG XuanjunChina Railway 20th Bureau Group First Engineering Co.,Ltd.,Suzhou 215151,ChinaAbstract:This paper proposes a practical and feasible construction technology plan for the Kunlun Bridge project,taking into account the special requirements of construction technology for inland waterway bridges.The paper first analyzes the characteristics of bridge construction in inland waterways,including limited factors such as narrow construction sites and frequent ship traffic.Afterwards,a detailed discussion was conducted on the overview and main technical difficulties of the Kunlun Bridge project,including linear control of steel bridges and lifting construction of steel beam arches.On this basis,specific measures and key construction technologies were proposed to solve the difficulties,such as overall lifting of large sections and precision control measures for beam assembly.Through the case study of Kunlun Bridge,the construction plan proposed in this article can provide reference for similar projects.Keywords:inclined tied arch bridge;linear control of steel bridges;segmentation;overall lifting;precision control本文结合芜申线溧阳城区段昆仑桥工程实例，针对内河航道桥的施工技术难点，提出了一套切实可行的施工技术方案。昆仑桥位于江苏省常州溧阳市昆仑北路，北接城北大道，南与南环路相交。原桥为预应力混凝土连续梁桥，芜申运河交通繁忙，过往船只多，由于不能满足日益增长的航运需求，目前由级航道（通航孔 38m 宽 5m 高，实际运河宽 50m）单边（向北岸）拓宽升级为级航道（通航孔 60m 宽 7m 高，实际运河宽 70m），现场不具备设置水中墩及长时间封航的条件。昆仑桥工程的特点在内河航道桥梁施工中具有代表性，本文通过对昆仑桥施工方案的研究，以期为类似工程提供借鉴。1内河航道桥梁斜靠式系杆施工概述1.1内河航道桥梁施工技术难点1.1.1场地狭小内河航道桥梁施工的第一个难点是施工场地狭小。由于内河航道的狭窄，施工空间受到限制，特别是在航道上方搭建施工平台和支撑体系较为困难。这就需要施工团队在有限的空间内合理布局施工设备和材料，确保施工的连续性和安全性。解决方案：针对场地狭小的问题，施工团队可以采取模块化的施工方式，将大型的构件在工厂制造，并在施工现场进行拼装，减少对施工场地的占用。同时，充分利用岸边等附近区域作为临时施工场地，分阶段进行施工，以确保施工顺利进行。1.1.2场地和吊装重心距离受限昆仑桥因拼装场地有限，拼装场地的选择为本项目的关键。现场基本条件如下：最大吊装节段重量 850t，占地宽度 17.3m；可实现大节段吊装用的最大浮吊作业时，重心必须在距船艏 9m 范围内；拼装支架要避开挡墙；施工作业须保证与热力管道的安全距离。解决方案：根据上述受限条件，通过向河内打桩拓宽拼装场地宽度，拼装平台支撑为水中桩基和岸上独立基础结合，拼装场地基础布置图见图 1。岸堤顶与管道之间设置运梁与吊装设备通道，根据节段划分重量，选择260t履带吊进行拼装作业。图1基础布置图1.1.3船舶通行与施工影响内河航道是重要的船舶通道，施工过程中需要兼顾船舶 2024 年第 1 期148中国高新科技道路交通|ROAD TRAFFIC通行的需求，避免对船舶通行造成不必要的影响。船舶通行频繁，对施工的连续性和施工设备的移动形成一定的挑战。解决方案：施工团队需要与海事部门进行沟通，提前向航道海事部门申报封航计划（封航时间和次数），避免浮吊船进行吊装时船舶通行冲突。1.2斜靠式系杆拱桥概述斜靠式系杆拱桥是一种新型的桥梁结构形式，它在桥面两侧设置斜靠式系杆，将桥面与支撑点之间的垂直距离拉近，形成类似拱形的结构。斜靠式系杆拱桥的特点是采用系杆支撑，使得施工过程中桥面与水面之间的距离减小，有利于在内河航道中搭建临时支撑体系，提高施工的安全性和效率。2依托工程概况及主要技术难点2.1工程概况昆仑桥的孔跨布置为：625m+90m+425m+525m，桥梁全长 471.09m（含两侧耳墙长度）。其中，主桥为斜靠式系杆拱结构，主桥长 90m，计算跨径 88m。主桥为主、斜拱水平力自平衡体系，主拱依靠钢主系梁平衡水平推力，斜靠拱依靠体外预应力系杆平衡水平推力。主拱承担主桥行车道荷载和车辆荷载及部分非机动荷载、人群荷载和部分挑梁荷载。斜拱承担大部分非机动荷载、人群荷载和部分挑梁荷载。主拱之间不设置风撑，其面外稳定依靠斜拱及斜拱吊杆侧向力提供。昆仑桥平面布置图如图 2 所示。图2昆仑桥平面布置图2.2主要技术难点2.2.1钢桥线性控制主拱圈、斜拱圈均采用大截面矩形断面，板厚大，焊接点数量庞大，焊接质量稳定性和焊后变形控制难度大。拱轴线呈二次抛物线，锚杆等角度精度要求高。针对难点，采取以下应对措施：（1）针对空间曲面钢拱三维坐标点位复杂、深化设计建模难等特点，开展空间多曲面钢拱深化设计技术研究，采用“Tekla structures+AutoCad+CATIA”3 种软件的集成应用，实现对空间异形拱结构的快速精准建模和出图，保证图纸的准确性。（2）针对钢拱结构箱体内部隔板较多、空间狭小、隐蔽焊接量大且中厚板焊接易变形等特点，重点关注中厚板焊接变形控制、锚箱板的定位精度、整体预拼装尺寸精度控制、拱脚装焊顺序研究等，保障工厂节段制造的线型精度。2.2.2钢梁拱吊装施工本项目工期紧，现场航道繁忙，最终选择岸边场地整体拼装，浮吊安装，减少封航次数。单次吊装最大吨位近千吨，施工危险性大，是工程施工的重难点。针对施工难点，采取以下应对措施：（1）用数字化虚拟预拼装技术进行钢拱结构的节段预拼，校验节段制造精度，开展狭小场地大节段整体拼装技术研究，保证现场拼装的流水节拍。（2）针对本项目一次吊装千吨的特点，开展大节段整体安装技术研究，进行拱肋大节段安装过程中的结构安全施工模拟计算，研发整体吊装工具。（3）通过施工监测对桥梁主要施工过程进行控制，确保成桥后的几何线型和内力状态符合设计要求。主要监控内容包括：系杆和拱肋标高、拱肋支架应力及初张拉索力。3昆仑桥斜靠式系杆拱施工关键技术3.1整体吊装上跨运河的主桥钢结构大多采用浮拉+顶推、浮托+顶推等常用的施工工艺，需要租用驳船改装，占用航道时间长，安全风险高。为有效降低安全风险，目前芜申运河航道管理部门不允许长时间占用航道，故现场未采用上述方案，经讨论并充分考虑钢结构制造和现场浮吊吊装等相关因素的制约，决定昆仑桥主桥钢结构采用岸边拼装、分幅整体吊装的方案，采用 2 台大型浮吊进行对东、西幅钢结构（含主系梁、边系梁、主拱、斜拱、吊杆、吊索等）进行整体吊装，单次吊装最大重量 850t，降低对航道的通航影响，同时最大限度保证引桥同步施工，可节约工期 2 个月。3.2节段划分结合本工程现场施工工况及运输条件，本工程将主系梁纵桥向划分为 7 段（含拱脚），边系梁纵桥向划分为 7 段，主拱划分为 5 段，斜拱划分为 7 段，端横梁、小纵梁，设计图纸自然分段，中横梁根据本项目吊装特点，设置牛腿节点，牛腿长度 1.325m。分段形式见图 3。本项目大节段分别为：东西幅梁拱节段各1，横梁片4片，端横梁 2 根。其中，为配合浮吊起重量，东西幅梁拱间边横梁减少至 5 组（含之间小连梁）。端横梁单独吊装。剩余杆件为小构件单独补缺吊装。吊装节段统计见表 1。2024 年第 1 期149中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通3.3横梁片拼装精度控制昆仑桥东、西幅之间横梁长 21.2m，共 28 根，为降低高空作业风险的同时保证钢结构拼装精度，将横梁分为 4 片，单片长 18.6m、高 2m，共 14 个接头，通过选择焊接时机、预留余量、设置牛腿、空间定位测量等方法确保钢结构拼装精度。（1）横梁与主系梁设置牛腿节点，牛腿在工厂与主系梁拼装时，精确定位焊接在主梁上。（2）横梁在现场拼接成横梁片时，采用临时固定胎架，胎架线形与成桥线形一致。横梁片拼装过程中，以道路中心线为基准，重点控制横梁片横、档距、斜对角尺寸，档距预留 3mm 焊接收缩余量。吊耳设置在边跨横纵梁交接位置的横梁上，减少吊装过程的变形。（3）横梁片工厂两边预留 5mm 加工余量，吊装前用全站仪测量复测牛腿、横梁片接口三维坐标，与理论数据对比，复核和微调横梁片，切除余量。（4）吊装过程中，缓慢落梁，确保横梁与牛腿对齐，码固，最终焊接形成整体。3.4监测监控技术3.4.1桥梁结构监测吊装前应先复核土建下部结构，桥墩跨度与高度复核完成后再进行试吊工作，确保后续顺利吊装。（1）试吊前，仔细查询天气情况，确保试吊安全。（2）起吊设备按照指定位置就位。（3）试吊前复核起重性能，确保试吊的安全。（4）试吊构件起吊后，起吊构件正下方拉设安全防护绳，确保行人安全。（5）构件起吊后静止 12min，起吊高度 200mm，并指派专人看护，并实时进行监测。（6）构件试吊顺利通过后，进行结构正常吊装。3.4.2临时支撑监测（1）临时支撑安装过程中，必须时刻监测临时支撑的垂直度，发现偏差及时校正。（2）临时支撑安装过程中，需要时刻监测临时支撑底部的沉降及桥梁结构的变化情况，发现沉降过大或者桥梁结构异常，须立即停止施工。4结论本文主要讨论了内河航道桥梁斜靠式系杆施工技术，以昆仑桥工程为实例，旨在解决内河航道桥梁施工中面临的技术难点。（1）内河航道桥梁施工受到场地狭小、船舶交通频繁、水流湍急等复杂条件的限制，传统施工方法在这种环境下存在局限性，需要研究新型施工技术以满足内河航道的特殊要求。（2）昆仑桥主要技术难点包括钢桥线性控制、钢梁拱吊装施工。针对这些技术难点，采取了相应的解决措施，如空间曲面钢拱三维坐标点位的精准建模技术、大节段整体拼装技术、整体吊装工机具的研发等。（3）为了确保施工质量和安全性，昆仑桥主要采用节段划分方案、整体吊装方案以及横梁片拼装精度控制等关键技术，有效保障了施工的质量和效率。作者简介：王选军（1973-），男，江苏苏州人，中铁二十局集团第一工程有限公司工程师，研究方向：桥梁施工技术。参考文献1 潘寿东斜靠式系杆拱桥主、斜拱圈安装施工技术J石家庄铁道学院院报，2006（3）：123-1272 中华人民共和国交通运输部JTG D602015：公路桥涵设计通用规范 S北京：人民交通出版社，20153 中华人民共和国交通部JTG/T D60-012004：公路桥梁抗风设计规范 S北京：人民交通出版社，2004（责任编辑：肖央然）表1吊装节段统计序号名称宽度（m）高度（m）长度（m）数量单重（t）总重（t）吊装设备1东幅梁拱大节段17.520901850850浮吊双机2西幅梁拱大节段17.520901850850浮吊双机3横梁片1421.15218.55475300浮吊单机4端横梁2322251102浮吊单机5边横梁（补缺）0.551.57.8483.416325t汽车吊6小纵梁（补缺）0.40.531880.59425t汽车吊图3梁拱节段划分