全推力中承式钢箱桁架拱桥主拱架设安全通道及平台标准化设计*

李勇波

(中铁大桥局第七工程有限公司，湖北 武汉 430056)

1 工程概况

湖北秭归长江公路大桥位于湖北省宜昌市秭归县境内，是拟建的湖北省骨架公路网中第六纵的第2条支线跨越长江的节点工程。项目起点为秭归县郭家坝镇(位于米仓口隧道出口约290m处)，与宜巴公路(S334)平交，路线在兵书宝剑峡峡口向北跨越长江，沿香溪河东岸上行2km在刘家坝村向西跨越香溪河，终点为归州镇香溪河西岸的向家店，与峡堡公路(S255)相接。秭归长江公路大桥主桥全长883.2m，桥跨布置：2×35m预应力混凝土T梁+531.2m(主孔两过渡墩之间的跨度)+9×30m预应力混凝土T梁。主桥采用全推力中承式无铰拱，拱肋采用空间变截面桁架形式结构，主桁下弦杆中心线净跨径为508m，桥面梁纵向布置为：15m+7×11.8m+28×12m+7×11.8m+15m，主跨桥面处于R=25 000m的竖直曲线上，拱跨结构对称布置。

桥址位于长江兵书宝剑峡峡谷上游峡口处，出峡口后上游长江河谷开阔，峡口北岸与香溪河口毗邻。桥址区峡谷两岸地形陡峻，河谷呈相对狭窄的“V”形，两岸谷坡基本对称，为岩质岸坡，长江河道较顺直，岩层走向与长江流向近正交，倾向上游，倾角30°～35°，属横向谷。三峡蓄水后，桥区长江航道围护尺度为4.5m×140m×1 000m，库区实际围护标准比规划的尺度要高。桥区安全范围有兵书宝剑峡通航条件受限制航段，船舶通航条件较复杂。桥位处长江段航道标准为内河Ⅰ-(2)级，选用9×3 000t级内河船队作为代表船型，单船为5 000t级货船。年平均气温17.6℃，历年极端最高气温为41.7℃，历年极端最低气温为-8.9℃；年降水量在679.7～1 690.2mm，平均为1 082mm；年平均相对湿度为75.2%。此项指标对钢结构的焊接及钢结构悬臂线形影响较大。秭归站10min平均年最大风速极值18.3m/s，极大风速的最大值为25.5m/s。桥址区位于峡谷地带，两岸地形陡峭，风速到此处明显增大效应，对本桥钢主梁及钢桁拱施工影响较大[1]。

2 总体设计思路

湖北秭归长江公路大桥跨度大(施工时为当时世界最大跨度推力拱桥)[2]，施工环境复杂，水面交通繁忙，船舶定位难度较大；而且，桥址正位于兵书宝剑峡峡口，风力大且风场条件极复杂。本桥采用缆索吊机扣挂法施工，为安全快速精确完成主拱架设工作，必须尽量减少缆索吊机[3]的起吊次数，尽快完成缆索吊机松钩，必须系统设计、施工作业人员的作业平台及通道，加快拱肋安装效率。本桥结合拱肋架设的需要和现场实际条件，为了既保证现场施工方便，又保证主体结构的外观质量，设计了一套标准化的拱肋架设作业平台及通道，采取永临结合方式，有效解决了以往类似项目拱肋架设时平台及通道随意搭设、安全隐患大的问题。并且，拱肋作业[4]平台及通道与主体结构同步在工厂加工制造，全桥施工完成后统一涂装，作为永久设施保留下来，为后续主桥的管养提供便利条件。

为此，按以上思路，经过反复策划和优化，形成了一整套拱肋架设的标准化作业平台及通道，分别为主拱架设拱肋施工平台、平联及横撑安装平台、拱上通道、拱肋上下弦通道(见图1～3)。

图1 秭归长江大桥总布置立面(单位：cm)

图2 秭归长江大桥钢箱桁架拱布置

3 关键技术

3.1 主拱上下弦作业平台设计

主拱上下弦作业平台由焊接平台1和焊接平台2组成，具体结构如图4所示。焊接平台1设置在待安装节段后端，由横梁和吊架组成，横梁采用[10型钢,横梁与拱肋采用钢板焊接固定，吊架竖杆采用└50×5，防护结构及连接钢筋采用φ16钢筋，平台面板采用铝合金脚手板，脚手板最大跨度为3.5m。除横梁与拱肋连接的钢板采用Q345C材质外，其余各构件材质均为Q235B，铝合金脚手板新购，待焊接平台安装完成后再安装。焊接平台2设置在已安装节段的前端，牛腿为钢板，材质为Q345C，与检修道材质一致，与拱肋在工厂焊接，现场在拱肋吊装前安装面板与栏杆，面板需与牛腿焊接固定，面板与栏杆材质均为Q235B。

图3 主拱架设整体方案

图4 主拱上下弦作业平台结构

上弦杆焊接平台1的所有构件均在工厂内加工制造并与拱肋节段焊接[5]；下弦杆焊接平台1横梁及纵梁框架在工厂制造并与拱肋节段焊接，挂梯结构角钢与纵梁栓接，随船运输至现场，拱肋节段吊装后，在现场焊接连接钢筋及支撑角钢。铝合金脚手板在现场安装。焊接平台2的牛腿在工厂内加工和焊接，面板由现场先行加工，待拱肋节段运输至现场后再行安装。

3.2 主拱横撑及平联安装作业平台设计

上弦杆平联及横撑安装平台布置在拱肋节段内侧、平联及横撑节点板的位置处，由2个挂梯及挂梯顶部支撑横梁组成，具体结构如图5所示。横梁布置在拱肋钢梁顶端，采用钢板与拱肋焊接，钢板材质为Q345C，与拱肋在工厂焊接，现场在拱肋吊装前安装横梁和挂梯结构，挂梯角钢采用└50×5，挂梯踏步采用φ16钢筋，挂梯与拱肋钢梁连接的角钢在现场焊接，栏杆采用钢管焊接而成，铝合金脚手板新购，横梁、角钢、钢筋与栏杆材质均为Q235B。下弦杆平联及横撑安装平台布置在拱肋节段内侧、平联及横撑节点板的位置处，由支撑横梁、纵梁及面板、栏杆组成。横梁布置在拱肋钢梁底部，采用销轴与拱肋焊接的耳板连接，耳板材质为Q345C，与拱肋在工厂焊接，下弦杆平联横撑安装平台全部在工厂制造并安装。横梁采用100mm×100mm×6mm矩形管，纵梁采用200mm×100mm×4mm矩形管，连接系采用[8型钢，栏杆采用钢管焊接，面板采用4mm厚花纹钢板制作，横梁、纵梁、连接系、面板与栏杆材质均为Q235B。

图5 主拱横撑及平联安装作业平台结构

上弦杆平联及横撑安装平台横梁与拱肋连接的钢板在工厂内加工和焊接，横梁、挂梯和栏杆由现场先行加工，待拱肋节段运输至现场后再行安装。铝合金脚手板在现场安装。下弦杆平联及横撑安装平台的所有构件均在工厂内制作和安装，随拱肋节点吊装。

3.3 拱上通道设计

拱上通道布置在拱肋上弦杆的顶面，由防护栏杆及走行步梯组成，拱上通道沿上弦拱肋顶面通长布置，具体结构如图6所示。栏杆的柱脚采用└63×6，柱脚材质为Q345C，与拱肋在工厂焊接。栏杆立柱采用└63×6，材质为Q235B，立柱与柱脚采用螺栓连接。扶手绳采用φ18钢丝绳，钢丝绳与立柱采用U形螺栓连接。走道板采用角钢和钢筋焊接而成，图示中L1，L2，L3均为└50×5，L4为φ16钢筋，L4与L2焊接，L1与柱脚焊接，L3无须和拱肋焊接，单块走道板的长度为4m。除柱脚外，其余各构件材质均为Q235B。拱上通道的所有构件均在工厂内制作安装，随拱肋节段一起吊装并作为永久结构予以保留。拱上通道可辅助施工人员通行，同时作为扣索安装平台，在桁片对位时作为桁片顶端的作业平台，施工人员可由检修道侧面的小爬梯上到拱上通道进行操作。

图6 拱上通道结构

3.4 拱肋上下弦连接通道设计

为钢梁拼装施工便利，方便上下弦劳动力调度，提高工作效率，在拱肋上下弦间设置通道，全桥共设置16处，具体结构布置如图7所示。通道爬梯设置在拱肋外侧，沿竖向腹杆布置。连接件采用└50×5，与竖腹杆焊接，L1，L2为└50×5，L3，L4为φ16钢筋。除连接件为Q345C外，其余各构件材质均为Q235B。为方便人员进入通道爬梯，上弦杆检修道在爬梯处的面板设置成翻盖式盖板形式。拱肋上下弦通道的所有构件均在工厂内制作安装，随拱肋节段一起吊装，并作为永久结构予以保留。上弦检修道盖板做成翻盖式，人员进入梯道时开启，人员进入梯道后应及时关闭盖板，以保证检修道人员通行安全。

图7 拱肋上下弦连接通道结构

4 结语

在已建成同类钢结构推力式拱桥中，本项目主拱跨度居世界第一，相同跨径的缆索吊机载重量[6]、提升高度[7]位居世界前列，体现了我国桥梁工程建设的先进水平。本桥结合拱肋架设需要和现场实际条件，设计了一套标准化的拱肋架设作业平台及通道。同时，拱肋作业平台及通道与主体结构同步在工厂加工制作，全桥施工完成后统一涂装，作为永久设施保留下来，为后续主桥的管养提供了便利条件。本桥的标准化拱肋作业平台及通道设计将为今后类似桥梁工程的建设提供重要的指导和借鉴。