京沪高速铁路特殊桥梁施工方法研究

许三平

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

1 概述

京沪高速铁路徐州至上海段正线大中桥总数138座，共521.9 km，占正线建筑长度的81.2%。徐沪段由于路网发达、控制点多，特殊结构多是京沪高速铁路桥梁的一个显著特点，全线共设特殊结构300余处，主要结构类型有连续梁拱、系杆拱、连续梁等。鉴于此，特殊结构桥梁的施工是京沪高铁能否顺利完成控制因素。一般情况下，连续梁拱采用“先梁后拱”的施工方法，系杆拱通常采用“先梁后拱”，主跨48 m及以下连续梁宜采用膺架法现浇的施工方法，主跨48 m以上连续梁采用悬臂灌注法施工。

随着现场施工的不断深入，部分架梁控制工点特殊结构施工已制约了架梁工期，还有部分航道交通管制等因素，常规施工方法无法满足现场需要。在充分论证的前提下，设计提出了系杆拱采用“先拱后梁”法施工、连续梁拱拱肋施工采用“整体纵移”、大跨度连续梁采用膺架施工等“非常规”施工方法。结合京沪高速铁路徐沪段施工组织，研究了主跨56～100 m连续梁针对不同支架条件下膺架施工方法施工图，目前，以上特殊结构桥梁施工均已完成，并已顺利通车。

2 施工方案研究

京沪高速铁路特殊结构桥梁施工方法根据不同结构类型主要分整体膺架施工(主要使用小跨度连续梁)、大节段膺架施工(大跨度连续梁)、悬臂灌注法施工(组合结构主梁、大跨度连续梁)、先梁后拱及先拱后梁施工(系杆拱)、拱肋支架拼装(拱肋)、拱肋整体纵移(拱肋)等。由于膺架施工周期短，在受工期控制或施工组织控制的预应力混凝土连续梁(如在梁场附近，控制架梁工期)最适合采用;悬臂灌注法施工主要适用于跨越航道及立交的大跨度连续梁;先梁后拱施工方法主要适用于可搭设支架的系杆拱桥，先拱后梁施工主要适用于受立交、通航限制无法搭设支架的系杆拱。拱肋支架拼装适用于具备搭设支架条件的拱肋;拱肋整体纵移适用于工期受限制的拱肋施工。

2.1 系杆拱

京沪高速铁路徐沪段共设系杆拱21处，其中大部分系杆拱具备搭设支架条件，设计采用“先梁后拱”的施工方法，主要施工步骤为:搭设支架→支架预压→现浇拱脚及系梁混凝土→张拉系梁预应力→系梁上搭设拱肋支架→安装拱肋→泵送钢管混凝土→张拉吊杆。“先梁后拱”施工方法工艺成熟、施工周期快，是系杆拱桥的理想施工方法。但由于苏南河道航运繁忙，部分系杆拱跨越受通航限制的航道，由于航道部门要求，通航水域无法搭设支架，设计研究采用“先拱后梁”的施工方法，其主要施工步骤为:支架施工拱脚→缆索吊装拱肋节段(或采用浮吊整体吊装)→合龙后灌注管内混凝土→张拉系杆→支架现浇靠拱脚段系梁→拱肋钢管混凝土灌注→分段挂篮现浇各节段系梁混凝土。目前，“先拱后梁”施工系杆拱设计及施工处于国内同行业先进水平。图1为“先拱后梁”法施工吊装拱肋实景。

图1 “先拱后梁”法施工吊装拱肋

2.2 连续梁拱

连续梁拱一般采用“先梁后拱”施工方法，主要施工步骤如下:利用挂篮悬臂浇筑主梁→合龙主梁边孔→拆除临时支墩→合龙主梁中孔→以桥面为工作面，支架拼装钢管拱肋(或原位拼装竖向转体)→依次灌注拱肋上弦管、下弦管、缀板内混凝土→按指定次序张拉吊杆，调整吊杆力→张拉主梁后期钢索→施工桥面系→调整吊杆力到成桥设计索力。

京沪高速铁路徐沪段丹昆特大桥跨娄江采用(70+136+70)m连续梁拱，主桥墩号716号、717号。由于该工点为控制工点，若采用常规先施工主梁再拼装施工拱肋的施工方法，则无法满足铺设无砟轨道工期要求。为了满足工期的要求，在京沪高铁(70+136+70)m连续梁拱北侧引桥710号墩～715号墩五孔简支梁桥面范围，搭设钢管桩拼装拱肋支架，用汽车吊将钢管拱拱肋逐段吊装到支架上进行焊接拼装。按相关要求将拱肋、拱肋横撑及相关配件在地面上分节段焊接到位后，由汽车吊将拱肋逐段吊装到梁面预先搭设的钢管支架上，吊装拱肋时遵循左右对称、前后对称的原则，最大不平衡安装不超过1个吊装节段。

拱肋安装按照如下步骤进行:①确定支架在梁面上的具体位置并浇筑混凝土基础、插打拼拱钢管桩→②安装架拱钢管支架、钢管支架连接系及拉缆风绳→③检查架拱钢管支架、验收合格后进行拱肋节段及横撑的安装，边安装边调整线形→④两侧拱肋对称安装(预留合龙段)→⑤安装合龙段→⑥安装横撑→⑦整体焊接。

钢管拱拼装完成后，采用钢绞线将拱脚预紧;最后拆除支架，实现整个钢管拱整体滑移(图2)。滑移到位后浇筑拱脚混凝土。

图2 拱肋“整体纵移”

2.3 连续梁

一般来说，主跨 48 m梁联长 113.3 m，混凝土1 400 m3左右，采用支架施工一次成桥比较合理，但在无法搭设支架或地基处理困难的工点也可采用悬灌施工。主跨56 m及以上连续梁，从受力角度采用悬灌法施工是较为合理的，但考虑现场实际情况，在条件容许情况下，也可采用膺架法现浇施工。主跨56 m连续梁由于联长达到137.5 m，若采用通长索，预应力损失大，受力不合理。同时混凝土高达1 850 m3，混凝土浇筑困难。但考虑工期因素，在增加混凝土供应的前提下，综合考虑采用膺架法一次成桥也是可行的。主跨56 m以上由于混凝土方量大，预应力配置困难，无法采用一次成桥，若采用膺架法施工，必须分段。

(1)节段划分

主跨48 m梁及以下连续梁，联长均小于113.3 m，为方便施工，不宜分节段施工，采用一次成桥。主跨56 m连续梁虽然混凝土方量较大，而一旦分节段施工至少需分3个节段，加上合龙段，势必使工期加长，而悬灌施工节段也不多，相比之下膺架法采用现浇施工意义不大。考虑增加混凝土供应量，一次浇筑成桥相对合理一些。主跨64、72 m连续梁由于混凝土方量大，预应力配置困难，不宜采用一次成桥，设计采用分5个节段，2个合龙段。主跨80 m连续梁一般考虑采用分 5个节段，2个合龙段。但蕴藻浜特大桥DK1292+059.405 ～DK1292+237.105 处跨越翔江公路和顾江河，由于线路与公路交角只有34°，支架设置比较困难。若采用常规分节，跨中张拉时，跨中托空，支架受力不均匀，由于受道路限制，支架无法加强，合龙段支架不能满足要求。为此，设计研究了在跨中设合龙段方案，全梁设6个节段，1个合龙段。主跨100 m连续梁一般考虑采用分5个节段，2个合龙段。蕴藻浜跨沪宁铁路处既有线与高铁交角只有21°，跨铁路贝雷梁受铁路净空限制，无法加强。跨中张拉时，跨中托空，支架受力不均匀，合龙段支架不能满足要求。为此，设计研究了在跨中设合龙段方案，全梁设6个节段，1个合龙段，满足了支架受力要求。

(2)施工顺序

①(40+64+40)m及(40+72+40)m连续梁(图3)

②(60+100+60)m连续梁(一)(图4)

图3 (40+64+40)m及(40+72+40)m连续梁施工顺序(单位:mm)

图4 (60+100+60)m连续梁施工顺序(一)

③(60+100+60)m连续梁(二)(图5)

3 特殊施工方法桥梁设计要点

3.1 结构尺寸

为方便模板周转及配合下部结构及净空要求，系杆拱、连续梁拱、连续梁不同施工方法结构尺寸、材料类型原则上保持一致，连续梁内部轮廓根据受力计算确定。

3.2 纵向计算

图5 (60+100+60)m连续梁施工顺序(二)

由于采用不同的施工方法，各种施工工况下结构的体系、受力模式、工作特点各不相同，特别是“先拱后梁”施工方法系梁合龙前，由于拱肋承受的荷载不断增加，拱脚必然会产生较大的水平推力，设计考虑在墩顶设置临时固结，并张拉4束无黏结高强低松弛预应力钢绞线，以平衡墩顶产生的水平推力。因此不同施工方法的结构受力模式是不同的，结构计算时应结合施工步骤仿真计算。

纵向计算一般采用桥梁博士3.0、BSAS、MIDAS2006程序建立平面有限元模型进行施工阶段及运营阶段分析，计算恒载、预应力、收缩徐变、体系温度、局部温差、支座不均匀沉降、活载等荷载，得出支反力及内力、应力、强度、变形等。

经计算，各种跨度、不同施工方法施工阶段、运营阶段技术指标均能满足规范要求。

3.3 横向计算

横向计算一般为运营阶段控制，由于系杆拱、连续梁拱结构尺寸、材料类型各种施工方法完全一致，故不同施工方法横向计算均能满足设计要求。连续梁桥面宽、梁高、结构截面尺寸、横向预应力、截面配筋与悬灌施工方法连续梁基本一致，故大跨度连续梁膺架施工方法横向计算也能满足设计要求。

3.4 动力仿真

由于系杆拱、连续梁拱结构尺寸、材料类型各种施工方法完全一致。连续梁外轮廓与悬灌梁基本一致，内轮廓也相差甚微，可以认为整个梁体刚度与悬灌施工方法连续梁基本一致，采用现浇施工方法后，梁后期徐变也较悬灌施工小，所以特殊结构桥梁采用不同施工方法动力性能能满足高速行车要求。

3.5 支架、挂篮设计

无论是系杆拱、连续梁拱还是大跨度连续梁，支架及挂篮的设计显得尤为重要，稍有不慎将会付出惨痛的代价，公路上支架垮塌、挂篮出现故障的现象比较多，铁路上也有类似情况发生。支架、挂篮的设计要结合梁体施工顺序、预应力张拉、地基处理以及支架本身安全系数等因素综合考虑。施工前认真阅读设计图纸及说明，构件加工及安装施工均应严格按图纸要求进行，如果因特殊情况需要进行结构调整，应及时与设计人员沟通联系。支架钢管均预先在加工厂进行加工，然后现场逐根吊装，测量控制垂直度和顶高程。对于软弱地基处理效果，需通过现场复合地基载荷试验来确定其承载力特征值及相关参数，并以此为依据计算基础处理后承载力特征值。施工期间，在浇筑混凝土前，注意天气情况预报，应避开在超出设计条件的气象情况下进行施工。支架及模板体系预拱度应参考计算书和设计要求及预压结果严格设置，确保梁顶成桥线形。

4 经济效益

系杆拱、连续梁拱根据不同的边界条件采用不同的施工方法，适应性强、可最大限度满足施工组织的需要，从而降低了工程造价，具有良好的经济效益。

在一般情况下大跨连续梁采用悬灌施工，由于张拉龄期等指标要求，使每节段周期一般都在7～10 d，采用现浇一般可缩短工期30～80 d，因此无论从工期还是从工程造价上看都是比较经济的。

从施工现场的情况来看，很多连续梁采用了膺架法施工，原因如下:部分连续梁位于梁场附近，为了尽快疏通架梁通道;受地方行政审批影响，部分连续梁按悬臂灌注法施工已无法按期完成等。

采用现浇连续梁主要有以下优势:现浇连续梁与相同跨度悬灌施工梁相比，可以最大限度地节省工期;在地基地质条件较好的情况下，可以节省工程投资。根据不同道路条件采用不同施工方法，可以适用于受道路通行限制的支架敷设。根据张拉后支架受力工况，采用不同施工方法的现浇施工，使支架受力更合理，安全有保障。

5 结语

不同特殊结构桥梁根据边界条件的不同可选择适合的施工方法，为高速铁路特殊结构桥梁施工提供了新的思路，开拓了视野，具有很好的社会、经济效益，为客运专线铁路特殊结构桥梁建设提供了有益的借鉴。

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