某跨度150m的下承式钢管砼系杆拱桥钢管桁架拱肋千斤顶斜拉扣索悬拼施工.docx

钢管桁架拱肋千斤顶斜拉扣挂悬拼 深圳北站大桥位于深圳市火车北站，主桥为单跨150m的下承式钢管砼系杆拱桥，拱肋为钢管桁架拱，共设两片分离式平行无铰拱，拱肋中心距为18.5m，之间以“一”字横撑及“K”型横撑相联。拱肋矢跨比为1/4.5,横截面高宽=3.02.0m，为等高度悬链线体，由4根75012mm的钢管组成上、下弦管，其间以上、下平联管，直、斜腹管联接成空间四肢格构式桁架。单片拱肋分七段在工厂加工成型后运至工地组拼成拱。由于主桥一跨跨越深圳市火车北站站场的29股轨道，下有广深、广九高速列车及其它客、货车频繁通过，站场内调车频度也极高。且拱肋分段多、吊重大（最重达37t），在考虑施工安全和施工的可操作性时，经多方论证，主拱肋的吊装采用缆索吊机与千斤顶斜拉扣挂相结合的施工方案，下面就这一技术的工艺设计和实施作一简述：1.工艺技术设计1.1 钢管拱肋1.1.1 钢管拱肋分段及大段接头全桥共设拱肋两片，单片拱肋分七段预制，其分段情况如下： 节段分项1（拱脚段）2（次边段）3（第三段）4（合拢段）质量（t）37.2t29.5t29.05t27.8t成拱水平投影长（m）19222222拱肋接头在施工时均采用内导管作为衬套并兼作导向,螺栓与马板相结合的联接方法，每根主管设4颗M27的螺栓和4块马钣，螺栓系安装时连接，而马钣则待分段安装好，并调整好轴线和标高后再安装焊接，段间接头间隙均为6mm，合拢段在工厂加工时设有制作余量，安装时根据现场实测数据进行现场下料，并设可移动的内衬套，以减少环境变化及安装精度的影响，保证合拢精度。(见图2)1.1.2 拱脚铰支为使悬拼时拱肋具有适当的转动性，消除拱座弯矩，方便拱肋轴线和标高的调整，拱脚设置有临时施工铰，合拢固接后不拆除而直接埋入拱脚实腹段砼中。(见下图) 图31.2、缆索吊运系统及扣索系统1.2.1、缆索吊机系统本缆索吊机3跨连续，其索道跨度为118m+197m+128m，两端塔架设于主桥墩柱以外，用N型万能杆件拼装，门柱结构，塔高66m，宽28m，塔脚铰接。两组立柱的肢数为“4.3.3.4”形式，单肢截面为“十”字型。东塔距主桥东墩37m，兼作吊装场地，西塔距主桥西墩10m。缆索吊机设主缆一组（由四根55的密封式钢丝绳组成），辅助工作索道两组(由2根47.5的钢丝绳组成,主缆设跑车两个，采用619+1的21.5钢丝绳作牵引绳，走2布置，619+1的19.5钢丝绳作起重索，走8布置，设计吊重40t。利用10t和8t的慢速卷扬机作牵引和起吊动力。工作索道设跑车（搬运器）各一个，采用637+1的19.5钢丝绳作循环绳，以637+1的15.5的钢丝绳作起重绳，走4布置，并采用2台双卷筒卷扬机作动力，工作索道设计吊重为5t。塔顶设可移式索鞍，通过横移索鞍达到覆盖全桥的吊装要求。缆索系统依靠塔架的背、侧缆风索和塔间的对拉缆风绳稳定，主地垄采用重力式地垄，关于缆索吊机的设计其它资料已详述，故本文不再重复。1.2.2、扣索系统由于本桥跨距大，特别是受铁路限制多，施工场地极为狭窄，经多次论证，决定采用钢绞线作扣索，利用千斤顶进行张、放，并采用主、扣塔共用。扣索系统主要由以下几部份组成：拱端扣梁、塔部扣鞍、扣索地垄体系及钢铰线等。1.2.2.1、拱端扣梁（即前锚系统）根据扣索索力计算，确定扣点挑梁及挑梁座的规格及焊接要求，其中拱脚段及次边段扣点挑梁采用匚28a，第三段采用匚40a作梁。为方便施工，扣梁座除座面角度有变化外，其他都相同。扣梁布置在拱肋上弦管距拱肋接头后2m处。考虑到每组扣索钢绞线的受力不可能很均匀，且施工又处台风区，钢铰线使用应力低（仅到极限应力的0.3左右），钢绞线容易发生滑动，为保证扣梁处钢绞线锚固效果，在扣梁处采用P型锚具对钢绞线进行锚固。1.2.2、扣索钢绞线为简化场地布置，降低投入，本桥扣索采用1860MP15.24的钢绞线（因使用应力低，使用时间短故可以回收利用），扣索布置在拱端两侧，其中拱脚段，次边段布置4根钢绞线，第三段布置10根钢绞线，呈对称布设，即一、二段每侧2根，第三段每侧5根。合拢段不再设扣，扣索在扣梁处锚固后，经塔体扣鞍转向后进入地垄锚1.2.2.3、扣塔及扣鞍因受场地限制，无法单独设扣塔，故本桥施工时采用缆索主塔与扣塔共用的形式，部位因设扣鞍的需要，故对塔体进行了加强。根据预应力设计规范，预应力束弯曲半径不小于4m，要在塔上两米宽的范围内设这么大的圆弧且要与前、后出绳角度相适应，显然是十分困难的。考虑到本桥钢绞线使用应力低，使用时间短的实际情况，并通过模拟实验（实验时钢绞线应力达极限强度的0.700.75），证明在一定的小弯曲半径下钢绞线的使用情况是正常的，因而我们采用了400mm的滑轮作扣索索鞍，共布置3排扣鞍分两层布置，第一组扣索在下层，二、三组在上层，为保证拱肋起吊时安全穿越已吊安段扣索，扣鞍向拱轴线外侧作了移动，具体结构如图：1.2.2.4、扣索地垄体系扣索地垄体系包括扣索地垄，张拉系统和转换体。（1） 扣索地垄采用重力式地垄，为了系统转换和穿束方便，地垄前端预留明槽，地垄计算方法属常规计算，此处不再详述，仅将最终的计算结果给出，安全系数取值如下：抗拔K1=12.2 抗滑K2=3.02 抗倾覆K3=4.08（2） 张拉系统和转换件用千斤顶斜拉扣挂法安装拱肋，其拱肋标高的调整需通过千斤顶对钢绞线的放、张来实现，为方便扣索的张、放，在地垄部设置了转换装置，扣索的放、张通过精轧螺纹钢的放、张来实现，即第一、二组扣索利用转换梁将两根钢绞线转化为一根精轧螺纹钢上，第三组于单侧为五根钢绞线，通过转换梁转化为两根精轧螺纹钢，然后利用千斤顶放、张精轧螺纹钢达到调整拱肋的目的，张拉端钢绞线锚具采用OVM151型自锚锚具，以防止夹片滑落，具体的转换与张拉布局如图：（3） 减震装置：为减少风动及钢纹线受力不均而出现的振颤现象，除在拱端扣梁、扣鞍及扣索转换梁端捆扎减震胶皮外，还参照高压输电线的减震方式，在塔架与扣梁、塔架与地垄之间的钢绞线上设置了双减震器，并用木夹板在间距1520m处将钢绞线两定位卡死，以减少振动，增大安全可靠度。减振器布置图示：1.2.5、拱肋侧缆风：每段拱肋在端头对称设四根15.5钢丝绳作侧缆风，每侧两根，第三段在其段中再增设4根，拱肋侧缆风主要作为横向稳定和控制、调整拱肋轴线，其索力基本控制在2.54.0t之间。1.3、扣索索力计算 扣索索力计算按两种情况进行，一是螺栓连接时按铰接计算，其二是加焊马钣后按刚接计算，因已有专文对计算方法进行论述，故本文从略，仅给出计算简图及计算结果。扣索索力计算值与实测值对比表索号工况1工况2工况3工况4（合拢）abab东端1理41.16664.754.554.854.51实34.360574545452理59.859.859.859.859.82实525353.153.2533理43.543.552.63实393943西端1理61.760.646.446.746.71实53524242422理58585858582实51515151513理45.745.7553实414147根据上表可以看出,其每根扣索的实际张力均小于理论计算值，究其原因，主要是因为在计算时，取其质心在水平投影的中点上，而实际上对于悬链线的拱除中间对称段其质心在水平投影的中点外，其余6段实际上均是下偏，同时在实际施工中挂篮及其它施工荷载运没有计算的大，故理论计算值比实际测试的结果偏大。1.4、监测、监控因受铁路运营所限，所有吊装工作只能在夜间进行，故夜间对运作系统的监测、监控尤为重要，施工中，除了安排专人对缆扣系统检查外，还在各操作点配备了有线电话和对讲机，形成双向通讯网络，以加强联系，及时反馈各种信息，同时在重要部位安设了红外线监视仪，对其运行情况进行全工况监控。并对扣索及缆风索的实际受力情况进行了测试。对拱肋的安装精度测试采用两台全站仪进行监测，达到相互印证，保证施工精度，安装时的粗则测采用水平仪与悬尺控制标高，以经伟仪和刻度尺控制轴线。1.5、跨线防护为保证铁路正常运营，减少施工干扰，在桥下设置防护栈桥一座，栈桥长140m，宽25m，高7m。其立柱及纵梁均采用工字钢梁，纵梁上间隔1m铺50型钢轨横梁，上铺5cm厚的木板作桥面。两侧设置栏杆，形成全屏闭式防护体系，并在高压接触网跨区加设绝缘棚，以解除高压感应电流对施工的威胁。1、 钢管拱肋悬拼流程为尽量减少对铁路安全运营的威胁，减少大跨悬臂扣挂间时，根据现场实际情况，主桥拱肋的吊安采用单拱合拢的方式进行，吊装时，东、西端差时对称进行，为减少拱肋起吊穿越扣索的影响，吊装均按先西段后东段的顺序进行。2.1、悬拼流程图示：2.2、拱脚铰支及内导管的安装拱脚铰支安装是整个桁拱吊装的关键工序之一，是桁拱轴线调整的依据，铰支的安装精度直接影响到桁拱的合拢精度。因所设铰支的可调性差，横向不可调，故在铰支安装时必须对水平线进行精确的控制，并与拱肋上的半绞相对应，保证转动所需间隙。内导管在拱脚段吊装时起定位作用，由于内导管与拱肋主管内径间的间隙很小，一边仅有2mm，加上拱肋钢管失圆度的影响，有些部位甚至于是密贴的，因此，在内导管定位前，先将其与主管试装，并局部进行较圆调整，然后再根据实际的试装情况，把内导管与主管的相对位置定死，精确实测拱脚横截面，再放线定位，施焊内导管。2.3、中间接头的对接除合拢段外，其它各段的接头均在工厂预拼后再运至工地组拼，根据内导管的导向作用，在拱肋对接好后，先用高强螺栓临时连接，每大段接头共设M27的16颗螺栓。间隙用钢楔钣垫死，待标高和轴线调整好后，再加焊16块马钣进行补强。从安装情况看，总体还是较好的，未发生对接不上的情况。2.4、合拢段的切割与吊装为保证正确合拢，合拢段在工厂加工时留有预留长度，根据现场实测情况再对合拢段现场切割，从现场情况看，只要划线温度、测量温度及吊装温度三者较吻合，合拢就能顺利进行。合拢段的联接先焊螺栓座，采用螺栓联连后，再焊加强马板的办法。2.5、测量控制与拱形调整钢拱肋安装的主要控制指标是拱轴线位和标高，拱肋标高调整主要靠扣索的放、张来实现，而轴线调整则通过拱肋侧缆风及接头钢楔垫钣来调整。在本桥拱肋的架设施工中，测量工作坚持位移、索力双控，位移为主的原则进行，每一对接段就位后，待各项指标均达设计要求后，再紧固螺栓，焊接马钣，这对保证拱肋线型很为有利。2.6、段间焊接拱肋拱脚及接头的焊接待合拢后再焊接，焊接从拱中向拱脚对称进行施焊，且同一个接头的四根管也是对称施焊，以减少因焊接变形而对拱肋线型产生的影响。2、 结束语深圳北站大桥主拱共14段吊装段，采用千斤顶斜拉扣挂悬拼工艺，成功地解决了施工条件恶劣，悬拼节段多，风险大的施工难题，通过严格的监测、监控手段，未发生任何事故就顺利合拢，且拱肋成型好，成效显著，其主要优点如下：1、 设备简单，受力明确，因索力可测，使施工具有较大的可预见性，便于控制。2、 因施工时间短，钢绞线扣索使用应力低，可回收利用，经济效益显著。3、 拱肋轴线及标高调整方便可靠，施工精度高。4、 施工干扰小，由于采用无支架吊装方案，减少了对桥跨下方的施工影响，为大跨度跨线桥屏闭式施工拱供了可靠的施工经验。5、 因基本不对桥跨下方产生影响，安全度高，在大型跨线、跨航道桥修建中，能保证既有线安全畅通，经济效益、社会效益十分显著。6、 成功解决了大跨度拱桥多段悬拼，扣索系统操作复杂的难题，为多节段更大跨度桥的施工奠定了基础。