栓接式钢壳在转体桥合龙施工中的应用.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）０８００４５０４・桥梁工程・栓接式钢壳在转体桥合龙施工中的应用宋伟贺海军陈志（中铁十七局集团第三工程有限公司河北石家庄０５０２００）摘要：目前国内转体桥转体到位后主要是依靠挂篮或吊架进行中跨合龙段的施工，需要垂直天窗时间长。模板拆除时安全风险较大。钢壳法具有结构简单、施工速度快、造价低且模板不需拆除等特点，大大提升了转体桥中跨合龙的施工效率。本文以郑万铁路河南段跨宁西铁路转体连续梁为依托，详细介绍了合龙段栓接式钢壳从生产到安装，再到混凝土浇筑的整个过程。钢壳集模板、结构于一体，施工先进、应用前景广阔，可为以后类似工程提供借鉴。关键词：栓接式钢壳转体桥合龙中图分类号：Ｕ４４５．４６５文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１８．０８．０１ｌＢｏｌｔｅｄＳｔｅｅｌＳｈｅｌｌｓＡｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅＣｌｏｓｕｒｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＳｗｉｖｅｌＢｒｉｄｇｅｓＳｏｎｇＷｅｉ，ＨｅＨａｉｊｕｎ，ＣｈｅｎＺｈｉ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ“１７ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ３一ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＨｅｂｅｉ０５０２００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ，ａｆｔｅｒｔｈｅｓｗｉｖｅｌｂｒｉｄｇｅｓａｒｅｐｕｔｉｎｔｏｐｌａｃｅ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅ－ｓｐａｎｃｌｏｓｕｒｅｓｅｇｍｅｎｔｍａｉｎｌｙｄｅｐｅｎｄｓｏｎｈａｎｇｉｎｇｂａｓｋｅｔｓｏｒｈａｎｇｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｎｅｅｄｓａｖｅｒｔｉｃａｌｓｋｙｌｉｇｈｔｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅ，ａｎｄｉｓｅｘｐｏｓｕｒｅｔｏｈｉｇｈｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙｒｉｓｋｓｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｌａｔｅｉｓｒｅｍｏｖｅｄ．Ｔｈｅｓｔｅｅｌｓｈｅｌｌｍｅｔｈｏｄｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｉ【ｇｈｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｐｅｅｄ，ｌｏｗｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔａｎｄｎｏｔｄｉｓｍａｎｔｌｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｌａｔｅ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅ－ｓｐａｎｃｌｏｓｕｒｅｏｆｓｗｉｖｅｌｂｒｉｄｇｅｓ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｗｉｖｅｌｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍｓｉｎＨｅｎａｎｓｅｃｔｉｏｎ（ａｃｒｏｓｓ’Ｎａｎｊｉｎｇ－ＸｉａｎＲａｉｌｗａｙ）ｏｆ—ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＷａｎｚｈｏｕＲａｉｌｗａｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓｔｈｅｅｎｔｉｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｂｏｌｔｅｄｓｔｅｅｌｓｈｅｌｌｓｆｏｒｔｈｅｃｌｏｓｕｒｅｓｅｇｍｅｎｔｆｒｏｍｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｔｏｃｏｎｃｒｅｔｅｐｏｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔｅｅｌｓｈｅｌｌｉｓａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｆｏｒｍｗｏｒｋａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ａｎｄｈａｓａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｉｔｃｏｕｌｄｂｅｓｅｒｖｅｄａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｅｌｔｅｄｔｙｐｅ；ｓｔｅｅｌｓｈｅｌｌ；ｓｗｉｖｅｌｂｒｉｄｇｅ；ｃｌｏｓｕｒｅ１工程概况由中铁十七局集团第三工程有限公司承建的跨宁西铁路（４０＋７２＋４０）ｍ转体连续梁位于河南省南阳市境内。该工程桥梁基础采用钻孔灌注桩，桥墩为圆端形实心墩，上部结构为变截面单箱单室箱梁结构，跨越段长度为７２ｍ，悬臂浇筑共９个节段。在墩底设置转盘，箱梁通过连续千斤顶牵引装置顺时针转向８７０到达设计位置进行边跨、中跨合——收稿日期：２０１８０６２１基金项目：中铁十七局集团第三工程有限公司科研计划（２０１６－０７）作者简介：宋伟（１９８６一），男，工程师，主要从事高速铁路现场技术管理工作。龙，中跨合龙采用钢壳法，转体重量４８００ｔ。本文从栓接式钢壳的加工、钢壳的安装、钢壳防腐及防静电和钢壳混凝土施工几个方面进行阐述。２转体连续梁与既有线路位置关系转体连续梁主跨的两个主墩３８１｛｝、３８２＃分别位于既有宁西铁路两侧。整个转体过程梁底到接触网承力索最小距离：３８１＃侧位于９＃段下方１．４１ｍ；３８２＃倾１］位于８＃段下方１．５４ｍ。整转体过程梁底到接触网电杆最小距离：３８１＃侧不过杆；３８２＃侧过９７＃接触网立杆，位于８缎下方１．２２ｍ。转体到位后，梁体最外侧混凝土边缘至相邻接铣道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（ｏｓＪ４５万方数据・桥梁工程・触网电杆水平距离：３８１＃侧梁最外侧距离９８＃接触网立柱水平距离３．８５ｍ；３８２＃侧梁最外侧距离９７＃接触网立柱水平距离２．２ｍ。根据以上实测数据分析，现场受净空限制已不具备采用挂篮施工条件。采用吊架法时，受限于既有铁路空间狭小、交叉作业时间长、无法就地拆卸，最终选用钢壳作为合龙段模板的施工方式。３栓接式钢壳加工３．１钢壳情况介绍由于钢壳合龙方案能够成功解决施工空间有限的难题，具有技术安全可靠、操作简单、施工速度快、造价低等特点，非常适合于预应力混凝土结构合龙段施工。因此国内外已广泛使用，国内部分应用实例如表ｌ所示。表１国内钢壳使用情况项目名称上跨既有铁路施工单位施工完成时间集包铁路霸王河１号京包四线铁路中铁十二局２０ｌＯ年特大桥宝兰客专南河川渭河陇海铁路中铁十二局２０１５正特大桥武九客专西南下行联络京九铁路中铁四局２０１６矩线特大桥联络线右线杨家门特大桥昌九城际中铁四局２０１６年京张高铁土木特大桥大秦铁路中铁大桥局２０１７拒郑万铁路白河特大桥宁西铁路中铁十七局２０１７薤郑万铁路北汝河特大桥孟平铁路中铁二十局２０１８越太焦铁路晋中特大桥晋太城际铁路中铁三局２０１８笠后再安装合龙接口的一块，实现模板全封闭。钢壳预埋长度１ｍ，在底板呈楔口状，外露混凝土长度３０一１１０“”ｃｍ，可保证两个Ｔ构同时转体相遇时不发生冲突。合龙段封闭钢壳宽度１．２ｍ，与预埋段钢壳各搭接３０ｃｍ，二者之间采用预留螺栓固定牢靠。横隔板相应位置预留钢绞线和梁体主筋过孔，梁体钢筋位置与加劲肋冲突时，适当调整钢筋通过孔位置。加劲肋钢板上按照普通钢筋布置预先切割槽口，方便横向钢筋安放【１］。钢壳成品及栓接见图１。３．４钢壳加工３．４．１钢壳加工工序图１钢壳成品及栓接现场原材料采购、下料一钢板折弯＿÷预成型－÷拼焊－÷加强肋板组焊＿＋整体组装。３．４．２钢壳加工要求（Ｉ）钢壳各部件的外形尺寸及公差符合设计图纸要求。（２）各部件焊接时依照焊接工艺要求操作，严格控制焊接变形。焊缝应光滑平整，无咬边、气孔、夹渣等缺陷。（３）两个钢壳截面尺寸误差都应在２ｍｍ之内。（４）钢壳边缘各点高程误差不大于Ｉｍｍ，不得有挠曲变形。（５）两个钢壳的中心轴线和标高误差不大于１姗。３．２钢壳模板原材料３．４．３钢壳原材料进场把控钢壳模板的力学性能和防腐能力是合龙段施钢壳的原材料主要包括耐候钢板和涂层油漆。工质量控制的重点。为满足设计功能和后期养护“”首先检查耐候钢原材的产品质量证明书，然后进要求，钢壳材料采用Ｑ３４５ｑＮＨＤ耐候钢材，外模厚行原材进场后的复验，采用超声波无损检测方法，度１４ｍｍ，加劲肋钢板厚度１０ｍｍ，采用热轧方式制确认合格。防腐涂料底漆、中间漆和面漆的检测报作，不得使用正火，生产工艺及各项性能指标符合告由具备检测资质单位提供。加工厂家有相应资《桥梁用结构钢》（ＧＢ／Ｔ—７１４２０１５）相关规定。要质证书和营业执照。求钢板拉伸试验屈服强度不小于３０５ＭＰａ，冲击试３．４．４建立钢壳制作模型验中的冲击吸收能量不小于１２０ｋＶ：／Ｊ。由于钢壳的制作和安装精度要求较高，正式加３．３钢壳模板设计工前必须认真审查图纸，并利用计算机软件进行建—中跆龙钢壳供蛀要由三大揪，厚度１４砌，模。通过模拟，我们在理解设计意图的同时，还可悬臂９＃段浇筑前在中跨梁端各预埋一块，转体到位以检验现场施工与设计是否有冲突，比如合龙段钢４６铁适建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０Ｔ８ｆＤ８Ｊ万方数据・桥梁工程・筋在钢壳横隔板位置的穿孔、加劲板位置横桥向钢筋的切槽安装、钢绞线预留孔与加劲板位置是否重叠，还有楔口留置方向是否正确等等。模拟完成后，积极与设计院沟通，对不影响使用功能的部位进行优化，以求最大限度地提高钢壳安装效率和施‘工安全性２｜。３．４．５钢壳现场加工钢壳模板采用分块式加工，底板及翼缘板各两块，中间以栓接方式连接。既能满足使用要求，避免过多焊接影响外露部分涂装质量，又解决了上跨营业线大型吊装设备受限的难题。（１）根据事先建立的钢壳模型，使用等离子切割机进行钢板精确下料，并采用大型钢板弯折机按照图纸标明位置进行弯折。侧面腹板弯折角度稍大于设计值，后续在模板内侧用千斤顶回顶校正，保证弯折尺寸达标。（２）首先对钢壳外模与横隔板部分进行焊接，焊接位置用石笔在模板上划线准确定位。横隔板使用等离子切割机加工成设计断面，并提前在主筋和波纹管穿过部位打孔。由于横隔板与外模接触面为Ｕ形曲线，故横隔板也是分块制作，接缝要求焊接牢靠，并与外模栓接部位错开［３］。（３）对预成型好的钢壳进行拼焊，拼焊时进行定位，焊缝坡口焊接，焊接方式为手工电弧焊。钢壳焊接要求全熔透角焊缝Ｉ级，满足《铁路桥梁钢结构设计规范》（ｒＩ＇Ｂ—１００９１２０１７）的相关要求。焊接完毕打磨掉焊缝余高。（４）加强肋板组焊前，可在面板适当部位焊接辅助性槽钢，控制钢壳面板的变形。先对加劲板进行点焊，复核完钢筋安装槽口的线形后再焊接到位。用于连接预埋段及合龙段钢壳的螺栓采用石笔划线定位，位置距离合龙段钢壳外缘５ｃｍ，沿着外模横断面呈ｕ形布置，并与加劲板错开。直线段螺栓间距３０ｃｍ，曲线段加密至１５ｃｍ。（５）细部焊接完成后，进行整体试拼装，对偏位部分进行纠正，确保接口位置钢壳衔接平顺，尺寸符合图纸设计要求。（６）组装试拼完成后，对钢壳模板进行打磨，确认表面平整无毛刺、凸起，进行分层涂装作业。（７）钢壳加工完成后出厂验收，邀请设计、监理单位进行现场验收，使用游标卡尺、焊接检验尺、直尺等工具进行外观尺寸检查；内控资料主要包括“”“”“钢壳出厂合格证，钢壳质量合格证书和焊接”材料质量证明书等项内容，确保出厂成品符合设计要求。４钢壳安装钢壳安装分预埋段及合龙段两大部分，其中预埋部分跟随悬臂９＃段浇筑。外露混凝土梁端呈楔—口状，超出混凝土边界３０１１０ｃｍ。由于悬臂９＃段采用挂篮平行于既有线浇筑，钢壳不具备整体吊装条件，所以预埋段钢壳分为４块进行加工和安装，即底腹板２块，翼缘板２块。将分块钢壳采用人工配合叉车的方法，按照先底腹板后翼缘板的顺序逐块进行安装Ｍ。５Ｊ。鉴于该项施工属于高空作业，各项工作开展前，必须严格按照批准方案进行安全及技术培训交底，制定责任分工表和工序要点卡控表，确保各项作业安全可控，并制定专项应急预案。合Ⅱ龙段钢壳安装为级天窗施工，分两次各１１５ｍｉｎ钟完成。现场管理人员、驻站联络员和上道防护人员经郑州铁路局培训合格上岗；施工用叉车、倒链葫芦、钢丝绳、电焊机、千斤顶、工字钢和精轧螺纹钢等设备构件提前就位ＭＪ。在远离营业线一侧将叉车吊放至梁面０蛾上，整个过程配备专职安全员指挥。由于转体完成后球铰结构已浇筑混凝土实现固结，边跨均已合龙，使用叉车吊装作业对Ｔ构平衡无影响。在钢壳加劲板上设置吊点，叉车钢叉上焊接两个角钢卡住吊装用钢丝绳，防止钢壳运输和安装时滑落。钢壳起吊后，叉车缓慢向前移动，运至合龙段梁端时，为防止叉车越过梁端混凝土，在梁端横断面设置２０号工字钢，并采用梁面植人钢筋的方法对工字钢进行限位。钢壳安放到位后，利用钢垫板压紧预埋段螺栓，拧紧螺母，使钢壳模板密贴，并固定牢靠。模板缝隙较大，螺栓无法直接拧紧时，使用千斤顶辅助压平，再拧紧螺母【＿７｜。微小缝隙采用玻璃胶封堵，辅以加胶水泥二次封边，可避免中跨混凝土浇筑时出现漏浆，也消除了焊接高温对钢壳防腐涂层的影响。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（０８１４７万方数据・桥梁工程・５钢壳防腐及防静电５．１钢壳原材根据耐大气腐蚀性要求，钢壳用钢板选用Ｑ３４５ｑＮＨＤ型耐候钢材，按《桥梁用结构钢》（ＧＢ／Ｔ—７１４２０１５）附录Ｃ中的条文评估，耐腐蚀性指数应达到６以上。５．２钢壳涂装为进一步提高耐候钢的防腐能力，钢壳在进行涂装后方能使用，涂装外观采用铁锈色。涂装要求为《铁路钢桥保护涂装及涂料供货技术条件》（ＴＢ／Ｔ—１５２７２０１１）第六套涂装体系，见表２。表２钢壳涂装要求部位涂装用料道数每道厚／¨，ｍ车间喷砂除锈Ｓａ３级，Ｒｚ５０．１００钢底漆无机富锌车间底漆ｌ≥２０壳喷砂除锈Ｓａ２．５级，Ｐａ４０－８０外二次特制环氧富锌底漆２≥４０侧涂装环氧云铁中间漆ｌ≥４０灰色丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆２≥４０５．３钢壳防静电钢壳通过自身横隔板加劲肋部分与梁体防护墙下部专用接地钢筋焊接，连接钢筋为直径１６ｍｍ的圆钢。接地钢筋单面焊接长度不小于２０ｃｍ，双面焊不小于１０ｃｍ。焊接后经梁底接地端子，通过不锈钢连接线与墩顶预埋接地端子相连并传递至承台桩基以下，有效消除电位差影响喁Ｊ。转体前Ｉ临时连通接地系统，对钢壳接地电阻值进行测试，确认合格后进行正式转体。转体到位后，将上转盘预留钢筋与下承台预留接地钢筋搭接焊。合龙段钢壳安装完成后通过加劲板与预埋段钢壳焊接实现永久接地Ｈ１。６钢壳混凝土施工钢壳混凝土密实度是砼浇筑工序的重难点控制项目。中跨合龙段混凝土采用汽车泵配合地泵进行浇筑，总方量３１ｍ３，天窗时间６０ｍｉｎ。施工前一天使用汽车吊将地泵吊放至连续梁０＃块正上方，接好泵管，调试完成，现场配置备用钢管。选用混凝土为比梁体高一个标号的微膨胀混凝土，碎石粒４８铁道建筑技术径不超过３１．５ｍｌｎ【１０｜。配置混凝土时坍落度控制在１８０～２２０ｍｍ，使其具有良好的和易性及流动性，浇筑时能够快速填充空隙¨１｜。振捣作业时，技术人员全程现场盯控，保证振捣一处密实一处。合龙段顶板外侧设置挡板截水坎，挡板下部用泡沫胶密封，引导多余混凝土浆液沿梁面向两侧流动，同时在营业线钢轨上铺设彩条布防止混凝土污染ｕ２｜。７结束语钢壳模板的加工、安装和防腐是这项新技术的关键控制点，也是重难点，中铁十七局通过这个成功案例总结了大量施工经验。在追求压低纵断面减少投资的大趋势下，新建铁路跨越净空势必越来越小。钢壳这种集模板、结构于一体的施工方法应用前景将会愈发广阔，栓接式钢壳也会以它的施工先进性发挥出重要作用。参考文献［１］贾优秀．跨既有铁路转体连续梁钢壳法合龙技术［Ｊ］．—施工技术，２０１６（１１）：４２４５．［２］郭英．平面转体结构不平衡力矩法称重、配重施工技—术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１７（８）：５３５７．［３］袁定安．武咸城际铁路连续梁跨武广高速铁路转体施—工技术［Ｊ］．铁道标准设计，２０１２（４）：６３６９．［４］杨明亮．武黄城际铁路大跨度曲线Ｔ构上跨京广铁路施工技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１３（７）：ｌ一３．［５］董琴亮．跨既有铁路线大跨连续梁桥转体施工与控制—技术［Ｊ］．中外公路，２０１４（４）：１４３１４７．［６］武峰．跨既有铁路京包四线连续梁合龙段钢壳施工技—术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１２（１）：６３６５．［７］宋刚．Ｔ形刚构桥水平转体施工控制及施工风险评估研究［Ｄ］．西安：长安大学，２０１１．［８］程飞，张琪峰，王景全．我国桥梁转体施工技术的发展—现状与前景［Ｊ］．铁道标准设计，２０１１（６）：６７７１．［９］王宏利．１２８ｍ大跨连续梁低温合龙施工技术［Ｊ］．铁—道标准设计，２０１０（６）：３９４１．［１０］赵铁，黄琳．桥梁上部结构施工技术探索［Ｊ］．中国新技术新产品，２０１２（２４）：４５．［１１］张青春，刘德锋．沪杭高速铁路上跨既有沪昆铁路施工—安全技术研究［Ｊ］．铁道标准设计，２０１１（６）：１１４１１７．［１２］王晓明．跨武广特大桥转体施工技术［Ｊ］．山西建筑，—２０１１，３７（８）：１６９１７１．／：／ＡｌＬＷＡＹｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ｜ｏＮＴＥｃＨＮＯＬｏＧＹ２０１８１０８１万方数据