长江大桥大跨度钢桁拱安装与合龙技术

1、京沪高速铁路南京大胜关长江大桥大跨度钢桁拱安装与合龙技术中 铁 大 桥 局 股 份 有 限 公 司2010年10月主要内容1、工程背景 2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究3、大跨度钢桁拱桥合龙方法研究 4、大吨位墩旁托架施工技术研究 5、大吨位多层吊索塔架施工技术研究 6、主要技术创新点7、应用推广1.1 工程背景京沪高速铁路南京大胜关长江大桥是京沪高铁建设重要的控制性和标志性工程,也是沪汉蓉I级铁路干线和南京地铁的过江通道。该工程于2006年7月18日开工建设,总投资45.6亿元,全长9.273公里,主桥为世界首座六线铁路大桥, 设计时速300公里,主跨336m。1、研究背景1.2 主体结构概况

2、京沪高速铁路南京大胜关长江大桥钢梁全长1608m，由北向南的孔跨布置为：2联（84+84）m连续钢桁梁和（108+192+336+336+192+108）m六跨连续钢桁拱。1、研究背景1.2 主体结构概况本桥为三片主桁构造，桁间距15m，主桁全宽30.0m，按六线标准设计:京沪高速双线、沪汉蓉双线、南京地铁双线。 1、研究背景1.2 主体结构概况桥面采用正交异性板与主桁下弦结合、道碴槽板与整体钢桥面结合的型式。钢桥面板由16厚顶板和横梁、横肋、纵梁、纵肋组成。 1、研究背景1.3 施工技术难点（1）钢梁架设悬臂长度大，施工安全风险高。 1、研究背景1.3 施工技术难点（2）支座反力大，墩顶布置

3、难度大。安装过程中最大支座反力达8000t，单墩反力约24000t，墩顶布置难度大。 1、研究背景1.3 施工技术难点（3）杆件重，吊装困难。平弦部分最大杆件重量为58t（ME8ME9杆件），桁拱部分在主墩悬臂4个节间范围内最大杆件重量达119t（MS49MS50杆件），其余部分最大杆件重量达到61t（MS45MS46杆件）。因此，除了研制大吨位拱上爬行吊机外，部分杆件的吊装还需要大型水上起重设备。 1、研究背景1.3 施工技术难点（4）本桥为三片主桁空间结构，合龙口杆件多，合龙口位移调整难度大。主拱或平弦部分的合龙口杆件多达9根，合龙实施的难度大。1、研究背景1、研究背景1.4 国内外发展现

4、状 1）国外发展情况： 国外大跨度钢桁拱桥，如澳大利亚的悉尼港拱桥、美国的新河峡谷桥等,采用悬拼法施工，但均为单拱、双主桁结构。1、研究背景1.4 国内外发展现状 2）国内发展情况： 国内钢桥发展很快，特别是铁路钢桥近年涌现了许多新的结构型式和新的施工方法。 宜万铁路万洲长江大桥为主跨360米单拱、双主桁钢桁拱桥，采用单层吊索塔架辅助单悬臂拼装架设，在主墩墩顶设置顶落、纵横移设施，实现中跨合龙。 1、研究背景1.4 国内外发展现状 2）国内发展情况： 重庆朝天门长江大桥主桥为跨径190552190m中承式钢桁连续系杆拱桥。采用吊索架辅助悬臂架设，墩顶设置顶落、纵横移设施，实现中跨合龙。141、

5、研究背景工程实例：重庆朝天门大桥（主跨552m,二航局施工）1.5 主要研究内容（1）大跨度钢桁拱桥安装方案研究 本桥钢梁总重约8万吨，钢梁规模宏大，施工投入的大型临时结构和设备较多，在满足施工安全和工期要求的前提下，如何减少大型临时结构和设备的投入。 （2）大跨度钢桁拱桥合龙技术研究 本桥主桥为三主桁六跨连续钢桁拱，跨度大，结构体系新，如何顺利实现钢梁的合龙，减少合龙风险。 （3）大吨位墩旁托架施工技术研究 6/7/8#墩墩顶钢梁双悬臂架设施工中，面临两大问题：如何确保钢梁在双悬臂架设过程中的平衡稳定；如何提高墩旁托架的安装精度，减少钢梁合龙风险。 （4）大吨位多层吊索塔架施工技术研究 6#

6、、7#、8#主墩钢梁均采用双悬臂架设，6#、8#墩钢梁最大悬臂长度168m，7#墩钢梁最大悬臂长度156m。本桥的吊索塔架主要功能除了控制钢梁大悬臂时杆件应力和悬臂端挠度，更重要的是用于合龙前调整合龙口位移。为满足上述功能要求，需对多层吊索塔架的设计和施工进行深入研究。1、研究背景2.1 钢梁架设方案比选 根据本桥钢梁结构特点和工期要求，六跨连续钢桁拱采用从两侧往跨中架设、跨中合龙的总体方案。2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.1 钢梁架设方案比选 336m主跨钢梁架设比选 2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.1 钢梁架设方案比选 336m主跨钢梁架设比选 2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.

7、1 钢梁架设方案比选 336m主跨钢梁架设比选 2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.1 钢梁架设方案比选 336m主跨钢梁架设比选 综合比选，主桥钢梁架设推荐采用方案一。 2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.1 钢梁架设方案比选 最后实施方案：2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.5 全桥钢梁架设实施情况 边跨钢梁架设2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.5 全桥钢梁架设实施情况 边跨钢梁架设-192m跨合龙2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.5 全桥钢梁架设实施情况 中跨钢梁架设2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 2.5 全桥钢梁架设实施情况 中跨合龙2、大跨度钢桁拱桥安装方案研究 3.1 钢桁拱合

8、龙技术研究 传统的顶落梁合龙：在钢梁支点位置设置竖向千斤顶，通过顶升和落梁，调整钢桁合龙口的竖向位移和转角，按理论设计长度安装合龙段杆件，合龙段采用高强螺栓连接，合龙精度要求高。在本桥有以下困难： （1）主墩支点达到8000t/桁，需要特别研制2500t大吨位千斤顶需36台，研制费用高； （2）主跨合龙前，两岸钢梁为连续梁，支点高程的相对变化需严格控制，钢梁顶落时三个墩的千斤顶（共36台千斤顶）需同步操作，操作难度大，施工风险高。 （3）各墩墩顶钢梁的顶落量较大，支点处的临时抄垫较高，存在较大施工风险； （4）三个主桁合龙口的中桁与边桁形状存在差异，顶落梁无法解决三个主桁合龙口位移点同时调整到

9、位的问题。3、大跨度钢桁拱桥合龙技术3.1 钢桁拱合龙方案研究 新的思路：“调索+纵移”的合龙方法： 通过主动调整索力来改变钢梁悬臂端合龙口的位移和转角，同时辅以6、8#墩侧钢梁的纵移，从而实现钢梁合龙口杆件零应力合龙。和传统的钢梁架设相比，省去了在主墩顶布置大吨位千斤顶设备，取消了钢梁合龙时起落梁的过程，从而减少了合龙风险，节约了大量的设备费用，同时也解决了通过顶落梁很难将三片主桁空间结构合龙口位移点同时调整到位的问题。 3、大跨度钢桁拱桥合龙方法研究 3.2 “调索+纵移”合龙方法实施步骤 （1）192m边跨合龙后，解除6#、8#墩墩旁托架，并纵向预偏。7#墩钢梁与墩旁托架固结，对称双悬臂

10、安装钢桁拱。 （2）6#、8#墩继续向前架设钢梁，依次挂设张拉三层吊索。7#墩两侧对称架设钢梁，依次挂设并张拉三层平索。 （3）6#、7#、8#墩钢梁架设至合龙口位置后，调整三层拉索的索力，将合龙口两侧竖向位移和转角调整到位。 （4）依次合龙下弦、斜杆、上弦。 （5）解除7#墩墩旁托架，逐步释放三层拉索索力，使主跨系杆合龙口张开至设计理论长度，合龙系杆，全桥合龙。 3、大跨度钢桁拱桥合龙方法研究 8#墩合龙口前端位移(mm)上弦下弦系杆转角xzxzxz(。）7755 70 55 -164 54 0.028 7#墩合龙口前端位移(mm)上弦下弦系杆转角xzxzxz(。）77 49 70 491

11、46 -0.028表注：以上位移量中，x为顺桥向位移，以向7#墩为正，z为竖直位移，以往上为正；为杆件转角，以顺时针向为正。3、大跨度钢桁拱桥合龙方法研究 3.3 合龙计算 钢桁拱合龙计算-合龙口位移表(调索及纵移198 mm之后)8#墩7#墩3、大跨度钢桁拱桥合龙方法研究 3.3 合龙计算 钢桁拱合龙计算-钢梁主跨合龙口示意图4.1 问题的提出 在本桥钢桁拱施工中，若采用从6/7/8#墩墩顶开始双悬臂架设的施工方法，则需要设置墩旁托架作为起始节间的施工支架，最突出的问题是：如何确保钢梁在双悬臂架设过程中的倾覆稳定，特别是钢梁最大悬臂时处在台风期，需要确保考虑台风作用下钢梁双悬臂架设的安全。4

12、、大吨位墩旁托架施工技术研究 4.2 与钢梁固接的墩旁托架 大胜关桥之前的钢梁架设，往往将墩旁托架和钢梁起始节间分离设置。大胜关桥主墩墩旁托架如仍然采用此种思路，则墩旁托架结构比较庞大，且钢梁架设过程中的倾覆安全不满足规范要求的1.3. 4.2 与钢梁固接的墩旁托架 新的思路是，将墩旁托架与主桥钢梁连接为整体，在安装过程中，托架作为钢梁的一部分，共同受力。这样，将安装过程中的倾覆稳定难题转化成结构受力，托架立柱根部和承台顶固接，具备抵抗拉压功能。同时，在墩顶起始四节间安装过程中，托架和钢梁之间具有水平、竖向、横向位移可调措施，在墩顶四节间安装完成后，精确调整钢梁三向位移，满足线形要求后将托架和

13、钢梁固接。4.2 可调钢梁空间位置的墩旁托架 4、大吨位墩旁托架施工技术研究 4.2 可调钢梁空间位置的墩旁托架 4.2 可调钢梁空间位置的墩旁托架 4.2 可调钢梁空间位置的墩旁托架 4.3 墩旁托架的安全验算 墩旁托架是本桥钢梁架设的生命线，控制着全桥的施工安全，而7#墩墩旁托架更是全桥安全控制中的重中之重。在墩旁托架设计中，除了考虑施工过程的不平衡荷载，还要重点考虑台风的影响。 经过计算，6#、8#墩旁托架立柱最大受压约1800t，最大受拉500t，7#墩立柱最大受压约2500t，最大受拉1000t。5.1 6/8#墩吊索塔架的设计与施工 吊索塔架高度68.5m，单桁中心立柱受力约350

14、0t/桁，前后吊索每桁（共三桁）设置三层。5、大吨位多层吊索塔架施工技术研究 5.2 6/8#墩吊索塔架的设计与施工 5、大吨位多层吊索塔架施工技术研究 吊索均采用高强平行钢丝，钢丝强度为1770MPa，外包PE保护层。 第一、二层拉索容许应力0.50Rb。 第三层拉索容许应力0.45Rb。5.3 7#墩平索设计、施工 三个方案：5、大吨位多层吊索塔架施工技术研究 5.3 7#墩平索设计、施工 方案一为双层吊索塔架方案。本方案的优点为拉索索力较小，相应地，索的工程量也相对较小，但缺点是多了一台吊索塔架的工程量，并且受塔架安装的影响，7#墩钢梁架设工期增加两个月。 方案二为单层平索方案。本方案的

15、优点是省去了一台塔架，7#墩钢梁架设的工期也最少；缺点是6/8#墩的拉索和塔架工程量增大，6/8墩钢梁的架设工期加长，工期安排不合理；其中最主要的缺点是7#墩仅有一层拉索，竖向位移和转角无法同时调整到位，钢梁合龙困难。5.3 7#墩平索设计、施工 方案三为三层平索方案。本方案的优点是省去了一台吊索塔架，加快了工期，钢梁合龙口竖向位移和转角的调整较为方便，合龙风险可控。5.3 7#墩平索设计、施工 实施方案： 5.3 7#墩平索设计、施工 5、大吨位多层吊索塔架施工技术研究 （1）大跨连续钢桁拱桥安装技术 六跨连续钢桁拱采用从两侧往跨中架设、跨中合龙的总体方案。钢梁在可调墩旁托架上悬臂安装，通过

16、6/8#墩上设置多层吊索塔架拉索，7#墩上设置多层水平拉索来调整钢梁内力和位移，直至合龙。 本桥钢梁安装方法已获国家发明专利（ZL 2007 1 0053009.9）。 （2）大跨度连续钢桁拱合龙技术 提出了“调索+纵移”的钢梁合龙方法，本合龙方法不需要顶落梁，节省了大量大吨位竖向千斤顶的费用。 本合龙方法已获国家发明专利（ZL 2007 1 0053007.X）。6、主要技术创新点 （3）大吨位墩旁托架施工技术 通过研究，本桥摒弃传统的墩旁托架，设置上托架、下托架和上下托架分离口的新型托架型式，将墩旁托架与主桥钢梁结合，解决了钢桁拱双悬臂架设过程中的稳定，并使托架具有水平、竖向位移可调功能，

17、解决了钢梁的偏差调整问题，保证了钢梁合龙的精度。 （4）大吨位多层吊索塔架施工技术 为控制钢梁大悬臂时杆件应力和悬臂端挠度，架设过程中6#、8#墩各设吊索塔架一座，7#墩设三层平索辅助架梁。 6、主要技术创新点（5）采用70t爬坡吊机安装主拱钢梁。此吊机具有在拱上爬行后退、变坡调平、三支点反力均衡调整的功能，既有利于控制三桁高差，保证联结系及正交异性板的安装闭合，又能满足在不同的坡度下拱上走行与架梁作业。6、主要技术创新点（1）南京大胜关长江大桥主跨钢梁施工，大跨度钢桁拱架设与合龙技术首次研究利用拉索、采取调整索力措施，取消顶落梁传统方式，实现大跨度钢桁拱安装合龙技术。取消大型墩顶布置及设备，避免顶落梁调整钢梁的繁琐工序，规避了合龙施工风险，提高合龙精度。7、应用推广前景新广州站东平水道桥