大跨度连续梁-拱组合结构钢管拱肋安装工艺研究.pdf

工程技术与应用 702023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：梁-拱结合结构钢管拱肋部位是大跨度连续梁拱组合桥设计的关键部位，其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要。文章结合具体工程实例，阐述了大跨度连续梁-拱组合结构拱肋分段布置方案，对支架抗倾覆稳定性进行了分析，并就大跨度连续梁-拱组合结构 G2 G5 节段拱肋安装施工技术要点展开了详细的研究，以提高钢管拱肋施工效率，确保桥梁工程整体施工质量，促进桥梁工程事业的长远发展。关键词：连续梁；拱肋；支架；大跨度连续梁-拱组合结构Abstract:The steel pipe arch rib of beam-arch composite structure is the key part of the design of large-span continuous beam-arch composite bridge,and its mechanical performance is very important to the bearing capacity and spanning capacity of the whole bridge.Combined with specific engineering examples,this paper expounds the segmental arrangement scheme of arch ribs of large-span continuous beam-arch composite structure,analyzes the anti-overturning stability of the support,and studies in detail the installation construction technical points of G2-G5 segment arch ribs of large-span continuous beam-arch composite structure,so as to improve the construction efficiency of steel pipe arch ribs,ensure the overall construction quality of bridge engineering,and promote the long-term development of bridge engineering.Key Words:continuous beam;arch rib;support;large-span continuous beam-arch composite structure分类号：U445.4大跨度连续梁-拱组合结构钢管拱肋安装工艺研究王建红中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部，上海 200000Research on Installation Technology of the Steel Pipe Arch Rib in Large-span Continuous Beam-Arch Composite StructureWANG JianhongShanghai Railway Center Engineering Construction Headquarters of China Railway Shanghai Bureau Group Co.,Ltd.,Shanghai 200000,China023.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.1 工程概况沪苏湖铁路工程浦特大桥（金泽桥段）D1K055+825.373 D1K056+274.573 处采用（112+224+112）m连续梁-拱式桥组合结构跨越太浦河，（112+224+112）m连续梁拱桥拱肋采用竖直平行拱，拱肋中心间距为12.2 m，跨度为 224 m。4、5 号是主墩，3、6 号是边墩，线路间距为 5 m，与河流中心线之间的夹角是 50。2 施工重点钢管拱分 8 个节段拼装，G1 节段包含拱脚预埋段，采用原位支架拼装。浮吊大节段（G2、G3、G4、G5）拼装段分为 6 个节段，为单肋大节段大吨位浮吊吊装。为减少对永久结构的影响，提高施工安全水平，支架安装、拆除和主拱安装等均遵循“尽可能对称”原则1-2，即左、右半跨以主跨中心对称，上游或下游侧以桥梁中心对称，上、下游不能同时安装时，先安装上游侧（面向里程增加方向左侧为上游）3。浮吊吊装过程中需进行河道封航，施工中应尽可能缩短封航时间4。3 拱肋分段及加工26 个节段共同拼装成钢管拱肋，其中，拱脚段的拱脚预埋段（4 个大节段 4G1 组成）单独安装。12 个大节段拼装成浮吊大节段，分别是 4G2、4G3、2G4、2G5，横撑的节段有 11 个。该工程采用的钢管拱拼装方法是浮吊吊装与原位支架相结合的方式，具体施工原理如下：拱肋部分，利用浮吊机械将两侧大节段一起起吊后，及时组装横作者简介：王建红，男，本科，工程师，研究方向为铁路建设管理与施工技术。工程技术与应用 71工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月撑部位的构件，使拱肋不断延长，最终全部连接合龙5；拱脚部分，运用汽车吊机械进行吊装组装6。4 支架抗倾覆稳定性验算施工支架不仅要能承受所有构件的自重和支架本身的重量，还要考虑到施工时在支架上运输工具、管道和各种临时堆放材料的重量，因此，要确保支架在强度、刚度、荷载方面的承受能力。文章采用 MIDAS模型，以均布线的形式加载风荷载力，选用 4#最高支架，同时采用一般支承方式与主梁连接，开始进行风荷载和自重作用力下的抗倾覆稳定性计算测试7。支架抗倾覆稳定性验算结果如表 1 所示。表 1 支架抗倾覆稳定性验算结果汇总表当 G2、G3 节段组装完成，并安装横撑后，要精准测量轴线、标高及里程数据和理论数据是否吻合，相吻合后焊接拱肋下面和支架，焊接牢固拱圈环扣，同时借助 2 台 10 t 千斤顶辅助调节，最后对 G1+G2、G2+G3 进行包板安装，才可松开吊钩9-11。5.3 半封航 1 d 安装 4#墩 G2 节段4#墩施工需占用 40 m 航道，因此要对航道进行半封闭作业，半封闭航道要采取的措施如下：作业区域设置必要的防撞墩、反光贴、爆闪灯等装具，以提醒来往船只；统一按照海事部门管理航向要求，在施工上下游 1 000 m 处各设置 1 条海巡艇，每条巡艇上配备 2 3 名船员和相应的通信设备12。当处于半封闭时，海事部门可以采取护航、伴航或监护的形式，允许上下游单只船通行，并进行通行巡护13。4#墩侧的 G2 节段是单次起吊质量最大的，为86.58 t，具有很强的代表性。文章以此段为例，对吊钩、吊点、钢丝绳夹角位置关系及此节段现场挂钩、起重、指挥、防护、就位、固定措施等加以说明。G2 节段吊装时吊钩、吊点、钢丝绳夹角的夹角位置关系如图 1所示。加强窗加强窗加强窗加强窗钢股绳46吊耳吊耳图 1 G2 节段吊装时吊钩、吊点、钢丝绳的夹角位置关系具体施工工艺如下：在工厂内预制时，将吊装时用的吊耳焊接在拱肋上，每节拱肋焊接 2 个吊耳将预制好的拱肋放置在桥梁上或周围场地在拱肋吊耳上装置卸扣并用钢丝绳与浮吊连接利用浮吊将拱肋缓慢起吊至安装位置测量技术班组对标高、里程等参数进行复合标记放置调节短墩将短墩与拱肋和分配梁临时焊接固定将吊装好的拱肋与上一节拱肋包板固定，并设置定位槽钢和侧撑浮吊可松开吊钩搭设焊接平台对拱肋的对接环扣进行永久焊接完成拱肋安装。需要注意的是，槽钢要采用 14 槽钢，并设置在安装拱肋段和上一节段的中心线 2.5 m 处14。项目数值部位最大正应力/MPa59.734#支架最大剪应力/MPa 3.454#支架临界荷载系数35.054#支架结果表明，支架抗倾覆稳定性满足要求。5 拱肋安装施工工艺要点5.1 不封航安装 2#、3#、4#、6#支架在桥面完成钢管桩支架组装后，使用浮吊吊装2#、3#、4#支架。该工程使用的是宽 22.75 m、长49.85 m、满载吃水 2.2 m 的 610 t 浮吊，浮吊需设置在5#桥墩内侧实施起吊作业。经施工判断，浮吊并未侵入航行道路影响航行，因此可以不封航作业。浮吊施工前，须对浮吊进行锚定，锚定位置离船 20 m。浮吊锚定由水泥墩系统自行锚定，要设置明显标记，且提醒来往船只，防止发生碰撞事故。浮吊施工作业完成后，要仔细回收锚定，确保河底安全8。其中，4#支架 66.01 t，是支架最重的。经测算，当 610 t 的浮吊倾角处于 65、平伸 42.3 m 时，吊高可达 90.6 m，最高吊重可达 360 t，完全符合要求。5.2 不封航安装 5#墩 G2、G3 节段及其间 2 件横撑对 5#吨侧的 2 节 G2 段和 G3 段采用不封航作业，G2、G3 节段单件质量为 86.58 t，起吊高 61 m。经查询，该浮吊的起重高 90 m，大于 61 m，起重质量为 252 t，大于 86.58 t，完全符合施工要求。当 5#墩侧的 G2、G3 节段组装完成后，及时安装横撑，以增强拱肋的抗倾覆能力。工程技术与应用 722023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究4#墩侧的 G2 节段的拱肋要在实施半封航的 1 d 内完成，同时要完成 5#支架的吊立，4#墩侧 G2 节段之间的横撑要采用汽车吊装方式。5.4 半封航 2 d 安装 4#墩 G3、G4 节段及其间 2 件横撑4#墩侧的 G3、G4 节段及中间横撑的安装施工要在半封航的第 2 天完成。当 G3 节段组装完成并安装横撑后，要精准测量轴线、标高及里程数据和理论数据是否吻合，只有吻合才能实施后续施工。在施工安装完成后，要以事先测定好的标志点和高程点作为基准点，对比检测的精度与基准点，从而确认钢架顶部的变形情况15。5.5 全封航 2 d 安装 G5 合龙节段及其间 1 件横撑G5 节段、1 件横撑及 4 件 K 撑的安装需要在全封航 2 d 内完成。因为 G5 段是钢管拱肋的最后合龙段，所以要采用“预留合龙口、瓦片现场坎补”的方式进行合龙安装，具体安装流程如下：工厂内预制 G5 段，预留 400 mm 的合龙坎补量将 G5 节段吊装至 G4 与G3 对接处将 G5 的下端口与 G3 的环口对齐，利用千斤顶进行纵向调节将对接好的管内四个环向焊接并包板连接固定 G5 和 G4，并用瓦片立即坎补合龙处缝隙通过码板对瓦片进行焊接固定合龙用火焰将焊接缝口的码板切除打磨焊接处，检测合格后，即完成腹板的坎补施工。在施工中一定要注意，当合龙段拱肋吊装到位后，采用码板和千斤顶对节钢管管口，错台偏差小于 2.0 mm。将拱肋前端下部和支架分配梁之间焊接牢固，同步吊装相应横撑单元，从而提高安装的稳定性。坎补的腹板内拉杆要手工焊接，焊缝要严格满足设计要求，防止在混凝土浇筑时发生爆裂现象。5.6 全封航 1 d 拆除 3#、4#、5#支架当整体桥梁焊接处检测合格后，才可以拆除支架。支架拆除采取结构柱整体根部切割后吊出，平放于岸边，配合汽车吊火焰切割的方式，在支架拆除过程中，一定要派专人观察钢管拱线形的变化，一旦出现异常，立即停止作业，排除异常后方可继续拆除。支架 3#、4#、5#的拆除要在全封航的 1 d 内完成。架的具体拆除卸载顺序如下：解除用于标高调节的短墩与钢管拱的临时连接，前提是确保合龙段施工完毕切割卸载短墩保持临时支架和拱圈间距 20 m 拆除临时支架上全部短墩利用浮吊将支架挂钩着力，一般挂钩在支架的 1/3 处用切割刀对支架根部和预埋件的焊接处进行切割当临时支架全部与钢管分离后，浮吊再次起吊支架钢构柱，横移出桥梁断面，平行放置在河岸边完成临时支架拆除。5.7 桥面汽车吊拆除 1#、2#支架采用 80 t 汽车起吊机械，对桥面 1#和 2#支架进行分节拆除，充分利用汽车吊在吊装钢管拱时剩余的机构连接泄浆胶管、组装顶升泵管等，拆除支架前，要预约汽车泵，并做好混凝土顶升工作准备。6 结束语文章以实际施工工程为案例，细致探究了连续梁-拱组合结构钢管拱肋的安装施工工艺，该实例表明，连续梁-拱组合桥梁具有造型美观、结构科学、施工技艺成熟、成本经济等显著优势，它汲取了连续梁桥和拱桥构造的综合优势，进一步降低了施工风险，提升了工程质量，具有广泛的应用前景。参考文献1 王学瑞,陈权,王丽娟,等.连续梁拱组合桥拱肋竖向转体施工方案研究J.福建建材,2023(2):81-84.2 白利勇.中承式提篮钢管拱桥拱肋及钢梁安装技术研究J.住宅与房地产,2023(14):30-33.3 陈序.大跨径预应力混凝土连续梁桥施工监控分析J.福建交通科技,2020(3):85-89.4 于明.钢管混凝土拱桥的钢管拱肋施工关键技术J.北方建筑,2020(5):54-56.5 张凌.连续梁拱组合桥梁设计关键技术对策研究J.运输经理世界,2021(25):80-82.6 刘明虎.桥梁钢-混凝土结合技术工程实践与展望J.桥梁建设,2022,52(1):18-25.7 陈宇.高速铁路钢桁梁-拱组合结构桥面系设计:以重庆至黔江高铁清水坪乌江大桥为例J.工程技术研究,2022,7(5):165-167.8 梅达放.梁拱组合结构桥梁步履式顶推施工控制研究D.西安:长安大学,2021.9 郁龙清.顶推工艺在下承式梁拱组合桥施工中的应用J.城市道桥与防洪,2021(1):140-142.10 姚金水,闫赫赫,胡甄巍,等.梁拱组合体系桥梁的结构及抗震性能分析J.工程抗震与加固改造,2023,45(3):199.11 朱锡东.梁拱组合体系刚构桥合理成桥状态及其施工控制方法D.重庆:重庆交通大学,2022.12 刘明虎.桥梁钢-混凝土结合技术工程实践与展望J.桥梁建设,2022,52(1):18-25.13 龚俊虎.大跨度单线铁路连续梁拱空间稳定性分析J.交通科技,2020(2):20-23,40.14 侯立超,朱冰,李振源.一种梁拱组合框架墩的方案设计J.工程建设,2022,54(12):36-42.15 张蕾.高速铁路连续刚构加拱组合结构设计及创新技术:以西延高铁王家河特大桥主桥为例J.铁道标准设计,2023,67(6):86-92.