沪昆高铁北盘江特大桥墩拱同步施工技术研究

廖云沼

（中铁港航局集团有限公司，广东，广州，510660）

【摘要】本文简要介绍了沪昆高铁北盘江特大桥交界墩及钢管拱劲性骨架架设概况，结合项目的实际情况，研究了墩、拱同步施工方案的可行性，重点分析了该方案实施过程中，对交界墩主体结构的稳定性、钢管拱劲性骨架架设线形及质量控制以及同步作业安全等方面的影响。该项目采用墩拱同步施工的方法，在工期、成本等方面优势明显。本施工方法有效结合现场实际，为钢管拱桥的施工提供了一个新的思路，对以后类似工程的施工提供借鉴及指导。

【关键词】墩拱同步；交界墩；钢管拱劲性骨架；结构；控制

1、工程概况

沪昆客专北盘江特大桥主桥为445m上承式混凝土拱桥,2#-3#交界墩为H型双肢空心薄壁墩，墩高102m，混凝土强度为C40，墩柱间设三道横梁，宽度均为5m，高度均为4m，采用翻模分段施工。主拱圈采用钢管拱劲性骨架法施工，拱圈劲性骨架由上、下游桁架拱肋及其间的横向联接系构成，采用悬臂扣挂吊装施工，全桥拱圈劲性骨架划分为40个安装节段。每个节段分上下游拱肋和横向连接系三部分三次吊装成型，每两个节段设一组扣背索共20组，均采用钢绞线钢束。施工照片见图1。

2、墩拱同步施工方法

此项目为初步设计招标，投标施工方法为拱座浇筑完成后，在拱座顶拼装150m高钢结构扣塔，按照扣挂法架设完劲性骨架节段后，拆除扣塔进行交界墩施工。为了避免独立扣塔拼装拆除的工期及材料浪费，经深入研究论证，拟采用永临结合的方式，利用交界墩作为底部S1#～S3#三组扣背索的扣塔，分别锚固在三道横梁顶部；交界墩顶先施工T构0#块，其顶部拼装20m高钢结构扣塔，锚固剩余S4#～S10#七组扣背索。交界墩上横梁至顶帽施工过程中架设劲性骨架1#～7#节段，待0#块及扣塔施工完成后架设剩余S8#～S20#节段。设计图如下：

3、墩拱同步施工控制要点

3.1交界墩主体结构验算

主要验算主拱节段架设过程中扣锚索不平衡水平力产生的弯矩对交界墩的影响，本钢管拱2个节段安装一组扣背索，偶数节段设置扣背索。主要架设工序为：每个偶数节段架设→连接好临时螺栓→扣锚索对称分级张拉、松勾→下一个奇数节架设→连接好临时螺栓→松勾。架设过程中，交界墩受到的不平衡力不断变化，最不利工况为钢管拱骨架第7节段架设松勾后，该节段自重420kN，产生最大不平衡弯矩M=49350KN.m，墩底面尺寸为8.49m×7.5m，纵向采用直坡，壁厚为150cm；横向采用两次放坡，空心段壁厚采用分节段等厚设计，内侧壁厚从墩顶到墩底分别是80cm、80cm、90cm、100cm：外侧刻25cm深的槽，壁厚从墩颈到墩底分别是55cm、55cm、65cm、75cm，墩底12m以上为实心段。经检算交界墩可承受100000KN.m不平衡弯矩，所以结构是安全的。

其次是分节架设过程中，上、下游不均衡作用产生的顺桥向错动扭矩对交界墩的影响。现场设置2组缆索吊机，同一位置的上下游拱肋、横向连接系这三部分分三次分别吊装成型，上下游拱肋不能同时起吊，所以对交界墩双肢产生顺桥向错动趋势。为保证交界墩的安全，委托设计单位对施工过程中出现的各种荷载工况进行了验算，同时，在每道横梁加设10~12组预应力钢束，每组配置12根15.24预应力钢绞线，单端张拉加强横向预紧力，确保了结构安全。设计图如下：

扣锚索齿块局部强度验算：1#~3#扣锚索张拉端最初考虑设置于墩壁，因墩壁仅80cm验算通不过，后来考虑设置在内腔底倒角处但张拉空间缩小操作不便，最后设置于三道横梁顶部内壁中间，单点最大初始张拉力380kN，考虑后续节段架设引起的拉力增量最大160kN,最不利荷载为540kN。设计院考虑局部承压等安全储备，设计结构尺寸2.3m*1m*1.5m梯形齿块与相应横梁同时浇筑，预留孔道出入口加设螺旋筋，孔道周边加设井字钢筋骨架，满足要求。

3.2施工质量控制

第一，墩身预留孔道的质量：在偶数节架设临时栓接完成后，牵引扣锚索通过墩身预留孔道至齿块张拉锁定，预留孔道的精度直接影响扣锚索角度和受力大小，且孔道的平顺可以保障钢束不出现死弯、不会对孔壁周边墩身混凝土局部破坏。孔道管在加工时应保证顺直，长度准确，制造好后，根据计算资料对孔道管进行切割，再在管壁上（上、下口平面）冲出轴线点，并用油漆准确标示，以利孔道管安装。在安装前，孔道管锚固加强钢筋也先与孔道管焊接准确、牢固。根据测量在钢筋骨架放点安装孔道管，临时点焊并设置微调装置。用全站仪复测孔道管上、下口中心，锚固点三维坐标，当满足规范要求后再进行固定。孔道管安装的误差施工中控制在：锚固点高程±5mm，孔道位置±5mm偏转角≤5’且两端同向。其安装完毕后浇筑混凝土过程中派专人负责严禁碰撞，有效控制了变形及位置移动。

第二，交界墩及钢管拱劲性骨架监控监测：钢管拱劲性骨架是施工拱圈混凝土的支架，在成桥后被混凝土包裹一起受力，与传统的钢管拱区别很大，国内目前无相关制造架设规范。本项目专门制作了“劲性骨架制作架设验收标准”，并通过专家论证认可。在墩拱同步施工过程中，交界墩必然因为不平衡力的作用产生偏位，其作为扣塔会影响1~7节段已架设劲性骨架的线形，且第二阶段后续节段劲性骨架架设过程中的反复作用也影响1~7节段已架设劲性骨架的线形。监控单位与设计院、项目部多次沟通验算，依据埋设在交界墩及劲性骨架的元件、测点实时采集数据，每节段架设前及时修正监控指令，至年初劲性骨架合龙所有偏差在验收标准范围之内，劲性骨架安装应力与设计值基本吻合，圆满完成质量控制目标。同步施工过程中线形及应力监测数据见下表：

表1钢管拱与交界墩同步施工关键部位线性值表

3.3施工安全控制

同步施工不可避免的存在上、下层交叉作业，上层的交界墩施工，下层架拱作业面的高空防坠尤为关键。项目部首先在交界墩翻模外侧设置全封闭围栏，并在每道横梁外侧利用永久栏杆平铺防护板，极大降低坠物伤害风险。另1~3#扣锚索比传统架设工艺提前约2个月张拉就位，钢束防锈采用无粘结钢绞线，确保大部分钢绞线不裸露于空气，且能增强防意外坠物割破的能力；第二阶段架设过程中1~3#钢束会随着节段的延伸其自身拉力不断减小，松弛，长期因风力等作用下振动，且因拱脚附近劲性骨架悬臂小，钢束初始张拉力都偏小，张拉端夹片不紧，容易松动脱落造成钢绞线滑掉，如滑掉钢绞线数量增加甚至会引起整体扣挂系统崩溃。项目部在每个扣锚索张拉端架设一副锚具及夹片夹紧索头，并在夹片涂油漆做好标记定期派专人检查夹片位置。施工过程中未发生一起高空坠物及夹片松动事故，有效的控制了交叉作业下施工安全。

4、墩拱同步施工的成效

因本桥施工图滞后，正式开工时间为2011年5月（合同初始工期2010年10月），工期紧迫，如果按照常规施工方法交界墩及0#块+扣塔施工完毕后再架设钢管拱劲性骨架，将对后续工序的施工带来更大压力。通过墩拱同步方法，提前架设1~7#节段钢管拱劲性骨架，节省主线工期1.5月，且桥位地处云贵高原陡峭峡谷，钢管拱劲性骨架预拼场地有限，提前架设的节段为后续节段的现场组焊预拼提供了便利，确保第二阶段架设的节段衔接及时。

5、结语

钢管拱桥在西南山区应用较为普遍，桥位多为陡峭河谷及偏远地区，场地狭小、交通不便、工料机组织困难，工序复杂且风险较大。该项目采用墩拱同步施工的方法，在工期、成本等方面优势明显。本施工方法有效结合现场实际，为钢管拱桥的施工提供了一个新的思路，对以后类似桥梁工程的施工提供借鉴及指导。

参考文献：

[1]中铁二院长昆线贵州段北盘江特大桥施工图

[2]四川万县长江公路大桥技术总结

[3]主塔、缆索吊机企业工法

作者简介：

廖云沼（1972--），男，高级工程师，从事桥梁工程技术管理工作。