下承式钢管混凝土系杆拱整体吊装施工技术.pdf

浙 江建 筑 ， 第 2 9卷 ， 第 l 0期 ， 2 0 1 2年 1 0月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ， V o 1 2 9 ， N o 1 0 ，O c t 2 0 1 2 下承 式钢管混凝 土 系杆拱 整体 吊装施工技术 I n t e g r a l Ho i s t i n g Co n s t r u c t io n Te c h n o l o g y o f T h r o u g h Co n c r e t e f i l l e d St e e l t a b u l a r Ti e d Ar c h Br i d g e 高 少勇 ， 王金 海 ， 张 国勇 G AO S h a o y o n g，WA NG J i n h a i ，Z HA NG G u o y o n g ( 浙 江湖州 市建工集 团有 限公 司 ， 浙江 湖州 3 1 3 0 0 0 ) 摘 要 ： 湖州 市东部 西区升山大桥工程主桥上部结构计算跨径为 8 0 in的下承式钢管混 凝土系杆拱 ， 工程的特点 是跨 度大 ， 起 重 吊装 高度高 ， 钢 管拱的重量大、 稳 定性及 抗变形 要求高 ， 为了保证 长湖申航线的通航 ， 采用无支架施工技术 ， 可供类 似工程参 考。 关键 词： 拱架结构 ； 钢管拱 ； 无 支架 吊装 ； 吊装 验算 中图分类号： U 4 4 5 4 6 4 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 3 50 3 1工 程概 况 湖 州 升 山 大 桥 是 长 湖 申航 道 升 山段 的 一 座 桥 梁 ， 升山大桥起点接升山镇现有道路 ， 往北跨过长湖 申航道和国道 G 3 1 8后顺接南太 湖大道 ( 路线 中线 正对南太湖大道中线 ) ； 路线平 面为直线 ， 未设平曲 线 ， 全长 9 0 5 2 1 6 1T I ； 升山大桥终点 ( 北岸 ) 路线 中线 与南太湖 大道路线重合 ， 升山大桥桥跨布置为 4 1 6+5 X l 6 +5 X 1 6 +8 2 8 + 2 X 4 0 +4 l 6 +4 1 6 i n ， 桥梁全长 5 l 8 8 1T I ， 主桥上部结构计算跨径为 8 0 m 的下 承式 钢 管混凝 土 系杆 拱 。 全桥共有 2片拱肋 ， 5道一 字钢管风撑。钢管 拱 肋采 用 哑 铃 型 断 面 ( 见 图 1 ) ， 上 下 钢 管 直 径 为 6 9 0 0 mm， 腹部宽度为 5 0 0 m m， 高度为 5 5 2 m m， 壁厚 为 1 4 mm。拱肋高为 2 0 0 0 m m， 宽为 9 0 0 r fl m。钢管 拱肋 曲线长 约 为 8 4 2 I n ， 重 量为 6 0 6 t ， 内部 吊杆 处 加劲板重量约为 0 5 t ， 每片拱肋的起 吊重量为 6 2 t ， 风撑单根起 吊重量大约 5 0 t 。 本工程 的特点是跨度大 ， 起重吊装高度高 ， 钢管 拱的重量大 、 稳定性及抗变形要求高。本工程在施 工过程中要确保长湖 申航线的正常通航 ， 为了尽 量 图 1哑 铃 断 面 少影响航道的通行 ， 我们采取无支架拱施工 ， 钢管拱 在岸上施工完成后整体一次性 吊装的施工方法 ， 在 吊装 和安 装过 程 中有一 定 的施工 难 度 。 2 安装设备 ( 1 ) 1 1 0 t 浮 吊 1台 ： 本船为组合式起重船 ， 由主 船体 、 2只边 浮箱 和 2只后压载浮箱 组成。主船体 甲板 总长 3 1 5 m， 船 宽 6 5 m， 深 2 2 m。边 浮 箱 甲 板长 2 0 0 m， 宽 5 0 m， 深 1 8 9 m； 后压 载浮箱 长 4 0 m， 宽 5 m， 深 1 4 I n 。空载吃水深度为 0 7 4 8 m， 满载吃水深度为 1 2 7 7 m。起 重臂长为 3 7 m， 仰角 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 62 8 作者简介 ： 高少勇( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 湖北仙桃人 ， 工程师 ， 从事市政工程施工管理工作 。 3 6 浙江建筑 2 0 1 2年第 2 9卷 为 6 0 。 时 ， 起重 安全 负荷 1 1 0 t 。 由于本 桥最 大 起 吊重 量 为 6 5 t ， 在 臂 长 不 够 的 情 况下 ， 臂 长可 加 长到 3 71 1 0 6 5= 6 2 6 m。在 现 有臂长不够的情况下 ， 一般至少可接长 5 m。 f 2 ) t h 2 1 5钢丝绳长度若干。 ( 3 ) 3 t 手拉葫芦 5只( 其 中 1只备用) 。 3技术准备及作业条件 ( 1 ) 用 全 站 仪 测 定 两 拱 座 间实 际距 离 及 标 高 ， 办 好交验 手续 ； ( 2 ) 端横梁混凝土强度达到设计要求强度 ， 且 预应力束已张拉 ； ( 3 ) 钢管拱肋 已于岸边加工成整体 ， 排气 、 增压 孔 已开好 ， 并且排气管道已焊接好 ； ( 4 ) 航 道 已封 ， 并有 巡 逻船 只巡逻 ； ( 5 ) 浮 吊已调试 就绪， 作业人员也 已处于待命 状态 ， 各项 机械 设 备 经 吊装 前 全 面 调试 ， 运转 灵 活 ， 达到施工条件 ： ( 6 ) 钢管拱肋四周 已安装好临时脚手架 ， 拱 轴 线标 志 已用褪 色 白线 划好 ； ( 7 ) 钢管拱肋内的焊皮、 垃圾等污垢处理干净 ； ( 8 ) 端横梁下面的位移挡块间空隙已用钢板填 塞 紧密 ； ( 9 ) 对所有人员 已进行安全及技术交底 ， 使 参 与 安装 的每个 工人 都充 分 了解拱 肋安装 过程 及相 关 注 意事 项 ， 并 且人 员分 工合 理 ， 职 责 明确 ； ( 1 0 ) 安 全 标 志 齐 全 ， 船 上 工 作 人 员 穿 好 救 生 衣 。 4施工进度计划 钢管拱 肋采 用 1台 1 1 0 t 浮 吊吊装 ， 浮 吊在 吊装 前 1 0 d内进 场进行 吊装前准备工作。在正常情况 下 ， 每片拱肋 3 h内可安装就位 ， 同时考虑到拱脚 固 定及焊接时间较长 ， 故计划单片拱肋 吊装施工时间 为 1 d 。全桥 2片拱肋 及 5道 风撑 一般 情况 下 5 d内 可安 装就位 。 5 安装方案 5 1 安 装顺序 钢管拱肋在桥位北侧河岸上拼装成整体后， 用 1台 1 1 0 t 的浮 吊进行两点捆绑吊装( 吊点 间距 以设 计单位提供为准 ， 吊环应专门设 计) 。考虑到施工 方便 ， 拱肋安装按照横桥向从东到西顺序依次进行。 风撑 的安装顺序 ： 横桥向先东边桥位 ， 后西边桥 位 ； 纵桥 向从 边到 中、 两侧对 称进 行 。 5 2 拱 肋 吊点 选择 和计 算 根据其它系杆拱桥钢管拱肋的安装经验， 每片 拱肋可采用两点对称 吊装。根据钢管拱肋的几何特 性建立模型， 考虑拱肋 自重 、 吊杆处加劲板重量及支 架重量， 取 吊点水平间距为 2 0 m和 2 5 n l 两种工况 ， 钢丝 绳最 小 角 度 为 4 5 。 ， 对 拱 肋 进 行 计 算 分 析 。 由 于起 吊过 程缓 慢 ， 钢 丝绳 对 拱 肋 吊点 的 冲击 影 响 较 小 ， 计算 中不 予 以考 虑 。计算 结果 如下 ： ( 1 ) 吊点水平间距 为 l = 2 0 m时 ， 起吊阶段 ： Nm 。 =3 7 2 6 t ； 。 =1 1 4 9 7 MPa21 0 MPa， o r =1 1 81 3 MP a 21 0 MPa； 6 =1 3 5 c m( 向内 ) ， 6 =2 9 9 c m( 向下 ) ； 拱 脚一 端就 位时 ， 该边 的钢 丝绳 松 弛 ， 基本 不 考 虑受 力 ： N=5 2 5 6 t ； or。=1 1 4 97 MPa21 0 MPa， or =11 9 3 9 MPa 21 0 MP a； 8 = 2 2 1 e m( 向内) ， 6 = 4 5 9 c m( 向下) ； 计算结果表明， 吊点水平 间距 为 2 0 m时， 拱肋 在起 吊过程中的内力能够满足施工 阶段 内力要 求 ， 拱脚 的水平位移在安装过程中始终 向内侧 ， 可 以满 足 安装需 要 。 ( 2 ) 吊点水 平 间距为 1 = 2 5 m时 ， 起 吊阶段 ： N 。 =3 7 6 6 t ； or ：9 6 6 9 MP a 21 0 MPa， or = 9 9 8 4 MP a 21 0 MPa； 6 =1 2 0 c m( 向内 ) ， 6 ： 2 5 8 o m( 向下 ) ； 拱 脚一 端就位 时 ， 该边 的钢 丝绳 松弛 ， 基本 不考 虑受力 ： N=5 2 2 2 t ； 。 =9 6 6 9 MPa21 0 MPa， o r = 1 0 0 9 6 MPa 21 0 MP a； 6 =1 7 9 e m( 向内 ) ， 8 =3 5 9 e m( 向下 ) ； 计算结果表明 ， 吊点水平 间距为 2 5 m 时， 拱 肋 在起 吊过程 中的内力能够满足施工阶段 内力要求 ， 拱脚 的水 平位 移在 安 装 过 程 中始 终 向 内侧 ， 可 以满 足安 装需 要 。 比较上 述 两 种 工况 ， 在 内力 均能 满 足 施 工 阶段 内力要求的前提下， 主要 比较拱脚 向内侧的水平位 移 。吊点水平 间距越小 ， 拱肋端部扰度越大 ， 安装越 第 1 0期 高少勇等： 下承式钢管混凝土系杆拱整体吊装施工技术 3 7 方便 。同 时 ， 吊点水 平 间距 越小 ， 对 浮 吊起 吊 的有 效 高度要 求越 低。 因而， 在 此 建议 吊点 水平 间距 取 2 0 m较为合适 ( 最终施工将 以设计单位对上述情况 进行 验 算后 确认 的数据 为准 ) 。 5 3 缆 风 绳及 地锚 计 算 根 据 现场 情 况 ， 钢 管 拱 肋 缆 风 绳锚 固地 垄 采 用 混凝土地垄 。混凝土地垄 长宽高分别为 1 0 0 0 mm、 1 0 0 0 m m、 7 0 0 m m， 埋置深度不小于 1 0 0 0 mm， 根据 能量法推导其侧倾临界荷载 ， 确保安全承载力不小 于3 0 t 。 浇筑混凝土地垄 的同时 ， 埋设 一根 2 0钢 筋 ， 以便 与缆 风 绳连 接 。见 图 2 。 图 2混凝 土地 垄设置图 缆 风绳 采用 2 1 5 m m 的钢 丝 绳 ， 安 全 系 数 为 5的条件下， 钢丝绳 的容许拉力为 4 t 。缆风绳在拱 肋起 吊前 已系在拱肋 上， 与拱 肋 以捆 绑方式连接 。 一 般情况下 ， 拱肋两端插入拱脚后 ， 缆风绳与地垄连 接 ， 在拱肋轴线偏位很小 的情况下 ， 浮吊吊钩方可松 懈。假设拱肋上缘轴线偏位 5 0 0 m m( 通常情况下不 可能如此 大) 时， 浮 吊脱钩 ， 拱肋支撑于拱脚上 ， 依 靠缆风绳稳定。由于拱脚未焊接 ， 拱脚形 同铰接。 根据铰接点弯矩为 0的原理 ， 可得 G 筹 5 0 一 2 6 2 0 si = 0 G为拱 肋 自重 ， G= 6 2 t ( 含 吊杆 处加 劲板 ) ， T为 缆风绳垂直拱肋 的分力。拱肋重心到铰接点垂直距 离为 1 0 9 2 4 I n ， 直线距离为 1 5 2 2 8 IT I ， 缆风绳捆绑 于拱 肋 三 分 点 处 ， 到 铰 接 点 垂 直 距 离 为 1 2 6 2 m。 根据上式可计算出 T= 2 4 9 t 。 因为每根拱肋侧面有两根八字形 的缆风绳 ， 实 际每 根 缆风 绳 拉 力 为 2 4 9 =1 7 6 t 4 t ( 钢 丝 绳 的 容 许 拉 力 ) 。 可 见 ， 选 择 的 缆 风 绳 是 安 全 可 靠 的 。 5 4安 装 步骤 ( 1 ) 拱肋 分 段 从 厂 内运 输 到 现 场 ， 放 置 在 已 布 置好 的拼装 场地 进行 拼 装焊 接 。拼装 场地 安 排在 桥 位北侧河岸上进行 ， 拱肋应按照安装顺 序尽量靠岸 边放置。东边桥位的两片拱肋拼装结束并安装就位 后再 安装 西边 桥 位 的 两 片拱 肋 ， 同 时也 可 以避 免 众 多缆风绳交织在一起造成最后两片拱肋安装不便 。 ( 2 ) 钢 管 拱肋采 用 1台 1 1 0 t 浮 吊安 装 ， 钢 管 拱 肋在北侧岸边拱架上拼装成整体， 验收合格 ， 拱肋上 的临时脚手架 已安装 好并且在拱肋 的三分点处 用 4根足 够 长 2 1 5 m m 的钢 丝绳 绕 在 拱 肋 上 ， 在 天 气晴朗、 无 台风、 不涨落潮水时开始 吊装 。 ( 3 ) 浮 吊岸边起 吊拱肋。浮 吊停靠在桥位西北 侧河岸边 ， 浮吊通过前后 四根锚 固于河岸地垄的钢 丝绳 临 时 固定 ， 启 动 浮 吊上 的 卷扬 机 牵 引 钢 丝 绳 可 以控制 浮 吊的移 动方位 。浮 吊吊钩 钩住拱 肋 吊点 钢 丝 绳 ， 缓慢 起 吊 ， 拱 肋 吊在 空 中时 ， 考 虑 到 钢 拱 肋是 细长结 构 ， 对起 吊变形控 制 是一难 点 ， 为此 采 用空 中 起 翻的方 法 ， 即 1 1 0 t 浮 吊配 以两 台 7 0 t 汽车 吊进 行 吊离胎架 ， 在空中进行起扳 ， 起扳后需马上测量变形 梁 ， 若过大需马上放下重新对吊点进行调整后再吊。 ( 4 ) 浮 吊吊起拱肋移动就位 。依靠钢丝绳牵引 浮吊缓慢转身 ， 使其正面朝 向桥位东侧 ， 然后再启动 移位装置 ， 浮吊朝着桥位东边缓慢移动。在拱肋靠 近拱脚正上方约 5 0 0 mm时， 待浮 吊稳定后 ， 将拱肋 缓慢下放 ， 此时利用拱肋上的绳索通过 l t 手拉葫芦 缓慢牵 引拱肋靠近拱脚 ， 直到拱肋缓慢插入拱脚 ， 并 顶住拱脚。拱肋一端插入后 ， 另一端再采用 同一方 法 插入 。 ( 5 ) 浮 吊扒杆放 松 ， 拱 肋两端均顶住 拱脚。拱 肋两端插入后 ， 拱肋三分点处 4根与拱轴线大约成 4 5 。 的缆风绳分两侧拉紧， 缆风绳采用 2 1 5 m m钢 丝 绳 ， 用 3 t 手拉 葫芦 进行 收 紧 。 拱肋初步定位后 ， 对拱肋进行垂直度 、 拱肋轴线 的贯通 测 量 ， 确 保 吊装 过程 中拱 轴线 不会 出现 偏差 。 如有偏 差 ， 应通 过 缆 风 绳 调 整 。拱 肋 经 调 整 达 到设 计 要求 后 ， 进行 拱脚 处连 接 钢板 的焊 接 。 ( 6 ) 用 同一方法安装另外一片钢管拱肋。 ( 7 ) 风撑的安装方法为 ： 拱肋在厂 内加工时侧面 先 焊接约 4 0 0 5 0 0 m m 长风撑 ， 并在 挑 出的风撑外 侧 中下方焊接风撑限位板。风撑通过浮吊按照安装顺 序吊装 ， 只需将风撑缓慢放下搁置于限位板上就是。 所有的直撑 吊装就位后， 工人在空中操作平台上焊接 风撑对接焊缝 。最后安装斜撑并进行焊接。 ( 8 ) 在 安装拱 肋 、 风 撑 的过 程 ， 应 实 测 端 横梁 的 水平位移 ， 决定是否张拉体外束 z 。 ( 下转第 4 7页) 第 1 O期 牟军东 ： 粉砂地层土压平衡盾构下穿既有线路的施工实践 4 7 少地 层损 失 造成 的地 层位 移效 果 明显 。在 穿越 该 区 间 推 进 过 程 中 土 压 力 设 置 值 为 静 止 土 压 力 的 1 0 0 81 0 8 5倍( 0 2 6 0 2 8 MP a ) ， 实际控制值为 静 止土 压力 的 0 9 3 01 1 6 3倍 ( 0 2 4 0 3 0 MP a ) 。 现场监测数据表明 ， 在掘进过程中刀盘前方 隆起值 在 5 m m 以 内 。 4 2 合理选用注浆工艺， 有效控制地面沉降 4 2 1 同步注浆 为确保既有盾构隧道及本区间 隧道累积沉降小于 5 m m， 施工过程 中采用同步注浆 和二次注浆相结合的措施 ， 为填充脱出盾尾的管片与 土体间的间隙及浆液收缩间隙 ， 同步注浆量往往超过 理论 空 隙体积 ， 每 环 同步 注浆 量 均控 制 在 4 8 5 1 t n ( 设计每环注浆量 3 4 m ) 。注浆浆液配 比为 ： 水泥： 粉煤灰： 膨润土： 砂： 水 =1 2 0 ： 4 0 0 ： 1 0 0 ： 8 3 0 ： 7 2 0 ( 质 量 比) 。 4 2 2 二次注浆 因同步注浆浆液早期强度低 ， 隧道受侧 向分力影响大 的问题 ， 在管片脱 出盾尾 8 1 O环后 ， 结合监测数据 当沉降达到 5 mm时 ， 及时 进行二次注浆 ， 浆液采用单液浆 ， 每环注浆量控制在 0 5 IT I 以 内。 为增 强 扰 动 后 地层 的稳 定 性 ， 在 盾 构下 穿 及 盾 尾 出既有 隧道 结构 交 线前 、 后 1 O环处 通 过整 环 6个 注浆孑 L 位注入单液浆进行封环 。 4 2 3 注浆孔布置 ( 1 ) 盾构下穿 既有隧道前对 同步注浆 系 统进 行 系统 的检修 ， 确 保注 浆管 路 畅通 ， 保证同步注浆饱 满。减少现施工 隧道 的沉降量 ， 并 有一定量的隆起。( 2 ) 根据监测数据从 1 5点、 1点 两个注浆孑 L 隔环注入单液浆。 4 2 4 注浆压 力及速度控 制 ( 1 ) 整个注浆过程 中， 同步注浆压力控制在 0 4 5 MP a以内， 每环注浆量 均 控制在 4 8 5 1 m 范围 内( 如 出现漏 浆等 异常 情 况时， 根据实际情况调整注浆量 ) 。( 2 ) 二次注浆压 力 控制在 0 2 M P a以内 ， 浆液配 比采用水 ： 水 泥 =1 ： 1 的单液浆 或水 泥 浆 ： 水 玻璃 溶 液 =1 ： 1的双 液浆 ( 水： 水玻璃 =3 ： 1 ) ， 根据监测数 据控制注浆量 ( 本 区间每环注浆量约 0 5 m ) 。 4 2 5 注浆效果 盾构穿越既有隧道 的初期及稳 定后 ， 其监测数据显示沉降量均在 1 0 m m以内。 4 3 合 理设 置施 工 参数 ， 减 少地层 不正 常损 失 引起 的地层 位 移 在盾构掘进 中根据监测情况制定盾构总推力及 刀盘扭矩值 ， 加大盾尾油脂注入量至正常段 的 1 5 倍 ， 并 严 格 执 行 ； 盾构 姿 态偏 差 不应 大 于 3 0 m m， 每环波动位于 一l 0一+2 0 m m范围 ， 避免参数波动 过 大导 致 的不必 要 的地层 位移 。 5 结 语 盾构施工产生地面隆沉是必然的 ， 但是通过精 心施工 ， 合理设定 目标土压力值 ， 严格控制 出土量 ， 仔细调整控制盾构姿态 ， 均衡施工 ， 采用 同步注浆 ， 二次注浆 ， 加强变形监测 ， 采用信息化施工等综合技 术措施可以控制并将盾构法施工对土体的扰动降低 到最 小 。 本工 程在 不具 备 对既有 线 预加 固的情 况下 严 格 控制施工参数 、 加强注浆管理等 ， 成功地穿越了既有 线隧道 ， 在穿越过程中主要通过 同步注浆 、 二次注浆 和严控盾构施工参数来控制。同步注浆的浆液质量 对管片快速凝 固起决定性作用 ， 合理 的浆液配 比尤 为 重要 。 参 考 文 献 1 孙玉 勇 ， 周顺华 ， 向科 ， 等 近距离下 穿既有隧道 的盾构施工参 数研究 J 中国铁道科学 ， 2 0 1 0， 3 1 ( 1 ) ： 5 4 5 8 2 张凯 ， 贺婷 盾构 近距离下穿 地铁 营运隧道施 工技术 J 隧 道 建设 ， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 4 ) ： 4 8 3 4 8 8 3 汪春生 新建地铁 隧道下穿 既有地铁施 工技术 J 都市快 轨 交通 ， 2 0 1 0 ， 2 3 ( 1 ) ： 8 28 4 ( 上接 第 3 7页 ) 6 结 语 经过认真贯彻执行该施工方案 ， 本工程安全可 靠地完成 了钢管拱 吊装任务 ， 满足设计要求。有些 施工参考资料在对钢管拱的稳定性 、 就位 、 吊装过程 中的受力分析是将拱架作 为简支梁来验算 ， 我们认 为在 内河上安装 1 0 0 I T I 以内的钢管混凝土拱 ， 采取 先在岸上将拱肋施工完成后整体吊装的方法 比较合 适 ， 该桥在施工完成后达到我们预期的 目标。 参 考 文 献 1 陈宝春 钢管混凝 土拱 桥 M 北京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 6 ： 4 0 2 4 0 5 2 弓天云 ， 田克平 ， 荣学军 ， 等 J T J T F 5 O 一2 O l 1公路桥涵施工技 术规范 S 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 1 1 3 周水兴 ， 何兆益 ， 邹毅松 ， 等 路桥施工计算 手册 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 1 ： 4 8 15 0 8