天兴洲公铁两用长江大桥墩顶节间钢梁架设施工技术

【摘要】本文通过对墩顶节间钢梁架设施工技术研究，运用预应力+钢结构的墩旁托架受力体系，钢梁在临江面拼装成整节间，顶推至设计位置，通过700吨架梁吊机整孔架设其余节间的施工技术，成功的解决了7000吨级钢梁的假设难题，为类似工程施工提供了一定的借鉴和参考意义。

【关键词】桥梁工程；公铁两用斜拉桥；墩顶节间；钢梁架设；施工技术

Tianxingzhou rail-cum-roof section between the Yangtze River pier beam erection technology

Wang Ji-lian1,Chen Kai-qiao1,She Shao-bin2

(1.Seventh Railway Bridge Bureau Group Co., LtdWuhanHubei430050；

2.MBEC Design DivisionWuhanHubei430050)

【Abstract】Based on the top section of pier between the steel beam erection technology research, the use of prestressed + steel pier next to the bracket by the force system, assembled into a steel beam in the Riverside area the entire section between Pushing to the design position, through 700 tons crane girder machine set up the entire hole between the remaining section of the construction technology, the successful resolution of 7,000-ton steel beam challenge assumptions, provide for the construction of similar projects and learn from some reference value.

【Key words】Bridge engineering;Rail-cum-cable-stayed bridge;Pier top internode;Girder erection;Construction technology

1. 工程概况

武汉天兴洲公铁两用长江大桥全长2842.1m，按上层公路，下层铁路布置。公路桥技术标准按城市桥梁快速路标准设计，铁路桥梁技术标准为正线四线，客运专线双线，Ⅰ级标准设计。货运线按中――活载设计，客运线间距5.0m，客运线与货运线间距8.6m，货运线间距4.2m。0#～5#墩为南汊正桥，5#～20#墩为南引桥，0#～028#墩为北引桥。总长1750.1 m南北引桥均为跨径40.7m简支梁桥，铁路40.7m跨采用等高度预应力混凝土简支箱梁，客运线箱梁重量约1300t，Ⅰ级线箱梁重约1260t。公路40.7m跨采用等高度连续箱梁，单幅单跨箱梁重950t。引桥公铁合建段采用双层桥墩布置形式，下层铁路采用板式桥墩，上层公路采用框架墩。南汊主桥为（98+196+504+196+98）m双塔三索面斜拉桥。上层6车道公路为正交异性板和混凝土结合桥面板，沥青桥面；下层4线铁路（客、货运各2线）为道碴桥面，主桥立面布置见图1。

图1天兴洲长江大桥主桥立面布置示意图(单位：m)

南汊主桥斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁，N形桁架，三片主桁，桁宽2×15m，桁高15.2m，节间长度14m。钢桁梁工地连接均采用M30、M24高强度螺栓。全桥钢桁梁重达4.3万吨，钢桁梁安装步骤为：先散拼主塔墩顶四个节间在散拼节间上拼装2台700t步履式架梁吊机整节段架设钢桁梁钢梁合拢。钢桁梁墩顶四个节间总体布置见图2。

2. 墩顶四个节间钢梁架设方案

为了满足后续700t架梁吊机和整节段钢桁梁的安装，墩顶四个节间采用散拼安装的方式进行，需要重点考虑的方面包括：⑴钢桁梁每个节间重700t，单根杆件最重达到65t，而正交异形板尺寸为14m×13m，重量为63t，钢桁梁上弦杆距离水面高度最大达到50m以上，这就需要起重设备参数达到起重高度60m，起重幅度45m，起重重量65t以上；⑵由于受主塔墩和墩旁托架的空间限制，起吊设备的吊臂将与倾斜的主塔墩相碰，起重设备将无法安装倾斜主塔柱正下方的钢桁梁；⑶钢梁杆件较多，拼装时间较长，而主跨侧位于长江主航道上，钢梁散拼过程中吊机站位、钢梁运输船的抛锚都会加大对航道通航的影响。为解决上述问题，经过细致的分析和周密的计算，研究，提出了节间散拼，多次纵移到位的钢梁安装施工方案，即在主塔墩两侧对称设置墩旁托架，吊船站位在主塔墩边跨侧，对主航道不产生影响，然后利用吊船在墩旁托架上逐杆件、逐节间安装钢梁节间，每安装完一个节间后，利用设置在墩旁托架上的纵向移动装置，向主跨方向移动一个节间（14m），反复循环施工，直至完成墩顶四个节间的安装。

图2钢桁梁墩顶四个节间总体布置图

3. 起重设备选择和布置

墩顶钢梁节间散拼所用吊船的参数必须满足起重高度60m，起重幅度45m，起重重量65t以上的要求，经过多方面论证和经济上的比选，最后选定中铁大桥局自发研制的WD120型桅杆起重机，由于吊高不够，需要对其进行改造。改造的方法为：将2艘800t的铁驳并排成双体船，然后在上面拼装22m高的万能杆件支架，支架顶设置在摆放WD120型桅杆式起重机。改造后，吊机的参数为：吊船额定起重为80t，最大起重高度为70m，最大起重幅度达到45m，当起重幅度为34m，吊重高度为60m时，吊重能力为65t，完全满足墩顶钢梁散拼的需要。改造后的吊机起重曲线见图3。吊船布置在主墩边跨下游侧中心线位置，起重臂转动中心距墩中心距离45m，抛锚固定在河床中。起重机结构及布置图见图4。

图3起重机机起重量及起重曲线图

图4起重机结构及布置图

4. 墩旁托架系统

4.1墩旁托架的要求。

作为墩顶四个节间主要支撑结构，墩顶托架系统必须满足以下几个要求：⑴在挂第一对斜拉索之前，墩顶8个钢梁节间（包括4个整节段架设的节间）及2台700t架梁吊机重量主要由主塔横梁和墩旁托架承受，按照钢桁梁安装顺序，总载荷量在4000t左右；⑵墩旁托架顶部必须设置滑道梁，钢梁每散拼一个节间之后，通过牵引能滑移至指定位置，一次最多需要拖拉3个节间；⑶墩旁托架顶部必须设置顶升装置，在钢梁散拼后支座安装时，能够将钢梁顶升至指定位置。

4.2墩旁托架的实施方案。

本墩旁托架系统采用设计采用对称倒三角的形式，结合大桥三片主桁的特点，墩旁托架也采取三榀顶托桁架，每榀顶托桁架下部通过埋件固定在塔座上，顶部与横梁固接。为避免横梁出现拉应力，对主体结构产生影响，通过对拉钢绞线束连接在主塔横梁的侧面，对托架施加足够的预加力，另外，在墩旁托架的顶部设置滑道和顶推结构，实现横移和顶升的目的。

4.3墩旁托架的具体结构。

4.3.1一般结构。

每个主墩设墩旁托架两套，沿顺桥向对称布置在主塔横梁的两侧。托架杆件采用各向同性的钢管结构，主压杆为1400×δ22mm钢管，顶横梁采用800×δ22mm钢管，腹杆及相关的连接系采用500～600×δ10mm钢管，各杆件之间采用相关焊，为了运输和安装方便，各主压杆分为2两节运至现场，采用法兰对接的形式进行连接。横梁预埋件包括承压预埋件和预埋件波纹管，目的是将托架稳定安全地固定在主塔横梁上。

4.3.2预应力结构。

经过计算分析，在主塔前八个节间悬臂拼装的各个工况中，悬臂吊装第四个节间时对墩托架的受力最不利，钢管中的最大轴力为750t，墩顶托架处的拉力为350t。350t的拉力全部传递到主塔横梁上，对主体结构会造成损伤，另外如果墩旁托架的杆件与预埋件直接焊接，而需达到350t抗拉强度的焊缝，设计比较困难，同时由于焊缝是在工地施焊，焊接质量难以保证，墩旁托架的安全性难以保证。

为解决上述问题，经过大量的计算分析和研究，采用在墩旁托架上施加预应力的方式来解决这一难题，结构的大样布置见图5。

图5墩旁托架预应力结构图

预应力采用3115.24钢绞线，钢绞线穿过预埋在横梁内的波纹管和托架顶部横梁内腔，用工作锚锚固在两端，单束对拉施加400t的预应力，确保主塔横梁不出现拉应力。

4.3.3纵横移及顶升结构。

（1）纵移结构。纵移结构主要包括纵移滑道、纵移滑座、纵移牵引三部分。纵移滑道设置在托架的顶面，对应主桥的三榀钢桁梁；纵移滑座和桁架下弦临时连接，靠近下弦杆节点布置，在纵移滑座上滑移，滑道与滑座见采用低摩阻的不锈钢板和MGB高分子材料摩擦副；纵移牵引系统含反力座、纵移千斤顶和钢绞线，将反力座固定在纵移滑道的另一端，钢绞线的一端连接在钢桁梁，另一端穿过反力座，用穿心式液压千斤顶张拉钢绞线，拖拉钢桁梁纵移滑行。钢梁纵移见图6。

（2）横移结构。在纵移滑座的两侧设置翼梁，在翼梁上固定横移反力座，通过横移千斤顶顶推钢桁梁下弦杆的腹板，达到钢桁梁横移或偏转的目的；在纵移滑座的底面设置限位挡块，卡住纵移滑道，限制纵移滑座和纵移滑道的相对位置。

图6墩顶散拼钢梁节间纵向移动示意图

（3）顶升结构。在纵横移滑道和钢桁梁下弦杆之间布置18台YSD500A型自锁式千斤顶，用于调整钢桁梁的水平和高程。

5. 钢梁散拼技术步骤

（1）钢梁杆件在工厂进行预拼，合格后进行逐一编号，作为单一杆件运至安装现场。在运输和存放过程中，对杆件进行重点防护，为有效地避免钢梁吊装过程中对钢梁的损伤，设计了专门的杆件翻身装置和专用的吊具，并制定了详细的操作细则。

（2）正式吊装前，对杆件的浮锈等进行清除，对各个杆件按照编号确定杆件重心、吊点布置位置、节点板型号和高栓数量。吊装时连同拼接板、填板、隔板等板件一同吊装。

（3）钢梁定位过程中，各重要位置均设置专人盯控，钢梁杆件对位后，先打设30%的冲钉定位，其它孔位用普通螺栓将板面夹紧，钢梁杆件对位成功后，逐步用高强螺栓替换出冲钉和普通螺栓。

（4）墩顶四个节间安装时，每安装一个节间，向主跨方向拖移14m，每次拖拉时，通过挡块等措施，将横向及纵向位置偏差调整在2mm以内，在四个节间完成后，再次对钢梁平面位置进行调节，通过纵横移结构，将钢梁平面位置误差控制在1mm以内。

（5）四个节间的标高调节，按照顶升装置安装设计院提供的监控指标，进行有效调节。

6. 结束语

武汉天兴洲钢铁两用长江大桥墩顶节间钢梁架设施工技术，有效地解决了主航道侧钢桁梁杆件散拼的技术难题，该技术从施工方案的选择、大型机械设备的选取等方面都有很大的创新，也取得了明显的经济效益，对大跨度跨越主航道的钢梁施工提供了借鉴作用。

参考文献

［1］高宗余•武汉天兴洲公铁两用长江大桥总体设计［J］•桥梁建设，2007（1）：5～9.

［2］胡汉舟•武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥上部结构施工方案［J］•桥梁建设，2007（1）：1～4.

［文章编号］1619-2737（2012）08-25-208

［作者简介］ 王吉连（1963-），男，职称：高级工程师，学历：大学本科，工作单位：中铁大桥局集团第七工程有限公司。