上海金山铁路黄浦江大桥钢梁安装技术
2017-12-04
“十二五”规划纲要提出加快转变经济发展方式，当前大力提倡发展低碳经济、绿色经济、循环经济，钢结构可以回收再利用、节约能源、减少排放，同时钢结构由于其材料高强度、高弹性模量、构件轻，因此桥梁设计选型过程中钢结构桥梁逐步取代混凝土桥梁，钢梁安装已经成为一个重要的研究课题。
1 工程概况
上海金山铁路支线改造工程黄浦江特大桥为4×112m无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式简支钢桁梁，由主桁、桥面系、平纵联、横联及桥门架等部分组成，两片主桁中心间距11.2m，节间长度为14m，桁高15m，道砟槽内宽9.5m，人行道悬于走道外侧，净宽1.0m，每孔钢梁自重约1900t，线路法线方向与河道成正交跨越黄浦江。
2 施工特点及悬拼架设钢梁适用范围
2.1 施工特点
黄浦江大桥主跨为112m简支钢桁梁，跨度较大，同时黄浦江为通航河道，航运繁忙，施工时为不影响航道的通行，黄浦江大桥钢梁安装采用支架法和单向悬拼架设法相结合的方法由北岸向南岸逐跨安装。
2.2 悬拼架设适用范围
悬臂法架设钢梁是在桥位上不用临时脚手架支撑，而是将杆件依次悬拼至另一桥墩上。此法适用于跨径大、桥梁高度高、通航河流水深流急；有流冰或者较多木排的河流以及连续钢桁梁、悬臂钢桁梁、多孔简支钢桁梁等的安装。
3 施工方案及总体布置
3.1 钢梁架设方案
根据现场工况及钢梁技术特点，以单向悬拼架设法为主从北岸向南岸进行钢梁安装，同时因为工期紧张，南岸第一跨采用支架法进行安装，合龙段设置在北岸第三跨与南岸第一跨连接处。
钢梁为4跨简支梁，为满足钢梁悬拼架设要求，施工时钢梁由简支变为连续，施工完成后拆除临时连接杆件，调整回设计的简支状态，为满足钢梁悬拼架设的抗倾覆稳定系数>1.3的要求。在北岸侧搭设T1～T6共六个临时支墩，T1～T3墩之间搭设膺架（图1：钢梁架设施工方案图）预先架设一跨压重跨（采用第三跨钢梁）作为平衡梁，待50#～51#墩跨钢梁安装完成以后，拆除平衡跨。钢梁架设过程中由于悬臂长度达112m，在每个主墩处设置墩旁托架，减少安装时有效悬臂长度。前端变形仅仅依靠墩顶支反力无法满足前端顺利到达下一主墩，采取顶落梁措施，即架设时预先使钢梁往架设方向倾斜向上，使向上的梁端倾斜值大于钢梁悬拼架设时的变形值，使钢梁顺利到达下一主墩支座顶面。
3.2 施工准备
3.2.1 主要机械准备
（1）架梁起重机：钢梁架设选用50t全回转架梁起重机，该起重机能够在钢桁梁上弦行走，底座覆盖钢梁两片主桁，可完成钢梁的悬拼架设，具有提升、变幅、全回转、整机前移及锚固的功能。该起重机最大功率为150kW，最大起重重量为25m×50t，吊臂长39m。全桥共投入该型号吊机1台，用于钢梁架设，拼装后的整机重量约为128t。
（2）门式起重机：在T1～50#墩桥正上方设置一台50t/20m/30m门式起重机，用于拼装临时支墩、施工平台、平衡跨钢梁起吊安装以及正跨钢桁梁杆件提升。
3.2.2 架梁材料准备
架梁用高强度螺栓的准备，含M24和M30两类；架梁用辅助材料包括钢轨束、钢垫块、工钢束、滑车、倒链、撬棍、手锤、扁铲等的准备。
3.3 钢梁预拼场布置
黄浦江大桥钢梁预拼场和存梁场设置在T1～50#墩之间，面积约16000m2，场内设置桥面板组拼区、杆件预拼区、钢梁杆件运输通道及吊机走道，同时场地内还设置有工具房、高栓库、电工房、油漆房、机具修理房、值班房等临时设施。预拼场布置有1台50t门式起重机，用于钢梁转运、预拼及平衡跨钢梁安装；1台50t履带起重机和1台100t汽车起重机，用于钢梁预拼及辅助材料等的转运。
3.4 钢梁杆件预拼
（1）杆件预拼目的：为便于钢梁安装，架设前在预拼场将部分零小杆件组拼成一大部件，将拼接板、填板和其它杆件组拼成一个整体，在钢梁杆件吊装时不单独起吊拼接板。
（2）杆件预拼方法：下弦杆悬臂前方的节点板、拼接板、填板、平纵联节点板与下弦杆预拼装，为方便下个节间下弦杆安装入档，保留适量冲钉，所有高强度螺栓均未拧紧；上弦杆单独拧紧，为方便下节间上弦杆安装入档，上弦杆悬臂端上部拼装板暂不安装；斜腹杆单独安装。节点板、拼接板与杆件组拼时，先均匀分布打入钉孔总数25%的冲钉，再上50%的高强度螺栓进行初拧，检查合格后以白色油漆在螺栓头作标记后，再装25%空孔的高强度螺栓，并作一般拧紧，然后逐个把冲钉换上螺栓，亦作一般拧紧，再将第二批高强度螺栓进行初拧，经检查合格后亦用白色油漆作标记。然后按照规定，把全部高强度螺栓依顺序进行终拧，终拧后用红色油漆作标记，终拧的螺栓经过检查合格后，作出标记，组拼工作才算完成。在弦杆对接处，留出三排高强度螺栓不装。
（3）杆件预拼检查：每组杆件预拼后，均由检验员全面检查拼装杆件的各部分尺寸、编号、数量、位置、方向、各板层间密贴程度等是否符合设计图要求和拼装图要求，确认无误后，填写预拼杆件检查表，并在杆件上标识桥上安装位置及“合格”字样。
3.5 钢梁杆件运输
预拼完成的钢梁杆件由50t门式起重机提升至平衡跨桥面的运梁平车上，运梁平车将钢梁杆件运送至50t全回转架梁起重机起吊点，再通过50t架梁起重机将杆件提升，架设。 3.6 钢梁杆件安装
杆件拼装时，为保证拼装拱度，需按孔眼总数的50%冲钉均匀分布打入和上足25%～30%的高强度螺栓，并作一般拧紧后方能松钩。第二步将冲钉换成高强度螺栓，并作一般拧紧。将全部冲钉换成高强度螺栓后，按工艺进行初拧和终拧。为保证钢梁安全和设计预拱度实现，主桁节点高强度螺栓终拧应不落后于悬臂端两个节间。具体施工顺序如下：
（1）在T1～50#墩之间，以50#墩为基准，按14m（28m）间距向T1墩方向布设平衡跨钢梁临时支墩T6～T1，同时安装各墩支座，墩顶布置及锚固预埋。
（2）利用50t门式起重机在临时支墩上安装悬拼法施工用的平衡跨钢梁（此部分钢梁使用52#～53#墩跨钢梁，按正式结构要求施工）。钢梁架设至50#墩顶时，将下弦杆与墩顶抄死，墩顶杆件闭合且高栓施拧后，起顶50#墩顶钢梁至相对标高+600㎜，抄垫牢固。
（3）利用50t门式起重机安装50#墩顶临时连接杆件，然后从50#墩顶向51#墩顶方向悬拼安装1个节间，利用100t汽车起重机在50#墩顶钢梁上弦安装50t全回转架梁起重机。
（4）50t架梁起重机悬拼架设50#～51#墩间钢梁至51#墩旁托架，直至51#墩顶，将下弦杆与墩顶抄死，墩顶杆件闭合且高栓施拧后，拆除平衡跨钢梁，起顶51#墩顶钢梁至相对标高+600㎜，抄底牢固。
（5）与50#～51#墩间钢梁架设方法相同架设51#～52#墩间钢梁，同时用支架法架设南岸第一跨钢梁（即53#～54#墩间钢梁）。
（6）悬拼架设52#～53#墩间钢梁，与南岸第一跨钢梁在53#墩顶处合龙。
（7）利用50t架梁起重机依次将53#、52#、51#墩顶处临时杆件拆除，随后用100t汽车起重机将50t架梁起重机拆除，利用50t门式起重机将架梁起重机解体构件吊至地面。
（8）调整各跨钢梁纵、横向位置及标高，完成钢梁架设。
4 结语
随着钢梁悬拼架设工法的逐步完善，连续钢桁梁、悬臂钢桁梁及多孔简支钢桁梁的安装越来越多地使用悬拼架设法，该方法能提高施工进度，节约辅助材料，但钢梁架设前应进行详细的计算，保证支点处杆件受拉及受压部位在材料承载力范围之内，只有这样才能保证架梁质量，达到预期的效果。
参考文献：
[1]岳丽娜，陈思甜.钢桁梁桥施工架设方法研究综述[J].公路交通科技，2006，86～89.
[2]周远棣，徐君兰.钢桥[M].北京：人民交通出版社，1991.
[3]上海金山铁路支线改建工程112m下承式简支钢桁梁桥施工图.中铁第四勘察设计院集团有限公司，2009.12.
