钢管拱仰卧拼装分段竖转施工技术

ＴｒａｎｓｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ　　ｐｇｙ　ｅｒｉａｌＮｏ．２９３Ｓ　

Ｎｏ．２Ａ．２０１９ｒｐ

／ｉｓｓｎ．１６７１５７０．２０１９．０２．００８．７ＤＯＩ１０．３９６３－　ｊ

钢管拱仰卧拼装分段竖转施工技术

姚　森

）（中铁大桥局集团有限公司　武汉　４３００５０

摘　要　以某特大桥钢管拱施工为例，研究适应于艰险山区的拱桥施工方法。即在两岸山坡顺势搭设支架，仰卧拼装拱肋，设置扣拉索锚碇体系及转铰结构。具体为首先扳起上段拱肋与下段拱肋形成半拱骨架后，再次竖转下放，先跨中合龙再拱脚固结，完成拱肋安装。这种仰卧拼装分段竖转的施工方法，在本桥实践中得到安全运用、实现了高精度合龙。关键词　钢管拱桥　仰卧拼装　分段竖转　同步控制

１　工程概况

大瑞铁路澜沧江特大桥为主跨３４２ｍ的上承式提篮拱桥。桥梁跨越Ｖ形深沟峡谷，两岸山体陡峭，桥面距水面约２７０ｍ。桥梁拱肋为钢管，劲性骨架外包混凝土结构，矢２条拱肋内倾６．８°

高８共设２０道内包钢桁架的混凝土箱２．４１６ｍ，梁横撑。劲性骨架为外径１ｍ的钢管，骨架结构（。拱上梁部结构为不同含转铰）质量约５０００ｔ　

１］

，跨径的混凝土箱梁和拱顶π形刚架梁［桥式布

置见图１。

图１　桥式布置图（单位：ｍ）

２　分段竖转总体布置

根据桥梁结构特点和地形条件，对拱肋的安、装施工，提出了斜拉扣挂拱肋节段悬拼（方案１）竖拼拱肋整体竖转（方案２）及卧拼拱肋分段竖转（）方案３３种方案。对３种方案进行综合分析比选，在安全风险方面，方案３最小；在施工费用方面，方案３略高于方案１，方案２最高，因此，最终

］４２－。采用方案３卧拼拱肋分段竖转的施工方法［

肋并安装扣拉索结构。竖转时，先利用拉索扳起上段拱肋，并与下段拱肋合龙形成半拱骨架，随后再将半拱骨架竖转下放到位，采取先跨中合龙，再拱脚固结的顺序完成拱肋的安装。

与常规的斜拉扣挂悬臂拼装方法相比，分段竖转需要设置底铰和中间铰，底铰可设置在拱座之上，拱座需承担在竖转过程中向江心侧的推力。中间铰的位置根据两岸山坡角度及地形来确定，下段拱肋需设置锚固于岸侧桥墩承台的连接杆。在第一次竖转过程中，连接杆的内力从最大拉力逐渐变为最大压力，因此，锚固连接杆的桥墩承台及山体，需具备抵抗该水平力的承载能力。

方案３具体为：大理岸拱肋从拱脚向上６９ｍ，处设中间转铰，下段拱肋后仰６上段拱肋再后５°；仰６保山岸拱肋从拱脚向上９５°３ｍ处设中间转

，就是在两岸顺着山势搭设所谓“分段竖转”支架，把半边拱肋分成２段，下段拱肋仰卧拼装后与水平刚性拉压杆连接，形成稳定三角支撑体系，然后在此支撑条件下安装中间转铰、拼装上段拱

收稿日期：０１８８２０１２－－８２

姚　森：钢管拱仰卧拼装分段竖转施工技术２０１９年第２期

，。分铰，下段拱肋后仰６上段拱肋再后仰５２°８°段竖转总体布置见图２。

图２　分段竖转总体布置（单位：ｍ）

３　分段竖转关键技术

分段竖转体系形如在肘关节处设置中间支撑，前臂绕着肘关节上下转动，其过程包含提升和下放２种状态，该竖转工法相应的配套装置与设施有：大跨度缆索吊机、仰卧拼装支架与刚性拉压连接杆、底部转轴及中间转铰结构、锚碇及扣拉索体系，以及竖转动态同步控制施工技术。３．１　大跨度缆索吊机

本桥跨越峡谷，施工场地和运输道路都受到，拱肋在大理市区的厂内制造与预拼，汽车运输至大理岸桥台附*台，利用缆索吊机安装。缆索吊机额定起重量８跨度６最大００ｋＮ，９８ｍ，垂度为５每组主索为４５．８４ｍ。共布置２组主索，根直径６的钢丝绳，每组索０ｍｍ（６Ｘ３７Ｓ＋ＩＷＲ）均安装２台２００ｋＮ走行天车。缆索吊机主索保山岸采用岩锚直接锚固于该侧的山体上，大理岸采用挖孔桩基础和承台结构进行锚固。３．２　拱肋拼装支撑体系３．２．１　仰卧拼装支架

在两岸分别布置仰卧拼装支架，并在合适位置设置拱肋分段的中间转铰，拱肋后仰并顺着山体在支架上散拼成骨架。按照两岸山坡地形高度利用已有主体结构及拉压杆平台等设置支架立柱，部分拱肋采用支架直接卧拼，部分拱肋直接悬臂拼装，大理岸支架系统布置见图３。

这种支架布置方式既减少了拼装荷载对山体

产生的不利影响，又避免了拼装满布支架时，支架基础施工的困难，减少了拼装支架的工程数量。

拱肋分段在山坡支架上仰卧拼装，其拼装线形尤为重要，特别是底部转轴与拱肋、中间转铰与拱肋的拼装线形，均需在工厂内进行立体预拼装，以此为现场的拼装线形控制提供保障。

３．２．２　刚性拉压连接杆

分段竖转中采用了能传递水平力的刚性拉压连接杆，该结构与下段拱肋形成了一个空间稳定的三角结构，为上段拱肋的竖转提供强大的支撑，是分段竖转工序中的关键结构。以大理岸为例，在２号承台前方侧面设置１组刚性拉压连接杆，来承担拱肋在竖转过程中的拉力和压力。刚性拉压连接杆尾部锚固于２号墩承台侧面，中部支撑在３号墩承台之上，前端悬臂伸出与下段拱肋顶部的耳座以铰接相连。在上段拱肋未竖转扳起之前，该结构兼顾着上段拱肋拼装支架的平台主梁，刚性拉压连接杆布置见图４。保山岸的拉压杆布置原理与大理岸相同。

图４　刚性拉压连接杆布置图（单位：ｍ）

３．２．３　柔性串联锚固

大理岸的上段拱肋在竖转过程中，会产生约５４２０ｋＮ的拉力和８５２０ｋＮ的压力。该拉力通　　

过拉压连接杆传至２号墩基础之上，大理岸山体岩层较为破碎，为了２号墩基础距边坡约３０ｍ，

图３　大理岸支架系统布置图（单位：ｍ）

２０１９年第２期姚　森：钢管拱仰卧拼装分段竖转施工技术

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减少该力对桥梁基础结构安全和山体稳定的影响，在１号和２号墩之间设置柔性对拉装置来共同承担该拉力。锚固索在横桥向布置４束钢绞线（）。在拱肋拼装前，安装并张拉对拉４０１５．２４１Φ－钢束，单束张拉力为１在拱肋竖转完成０００ｋＮ，　

后进行拆除。大理岸柔性串联锚固布置见图５。

３．３．２　中间转铰

在拱肋分段位置处设销轴式中间转铰结构，拱肋横向共布置４个中间转铰，由上下支撑腿、连接钢管、耳座和中间转轴组成。为了保证拱肋在竖转过程中灵活转动、线形符合设计要求，通过以下方面来实现，以保证中间转铰的水平、同心、同轴：①中间转铰的上下支撑腿作为拱肋的一部分，需与原拱肋共面布置；②设一通长的上下连接钢管以保证转铰的整体性、同轴性和受力均匀性；③设置４铰体系，很好地解决了横风状态下的整体稳定，减少单铰的设计荷载；④在耳座转动部位增加特硬高力黄铜轴承（表面硬度达到ＨＢ抗２５０，，），拉强度不小于８最大动承载１００ＭＰａ５０ＭＰａ提高轴孔间的配合公差，增加铰座减少转动摩擦，销孔的承压面积。３．４　锚碇体系

拱肋竖转的提升与下放，是通过连续千斤顶对拉索与扣索施加拉力来实现的，其拉力最终传递到两岸的锚碇之上。根据两岸山体不同地质条件，选择不同的锚碇结构形式，大理岸山体岩石较为破碎，采用桩基承台的重力式锚碇结构，在锚碇前方的缆塔横梁处设置转向鞍座，扣拉索钢束穿过锚体，经鞍座转向后与拱肋相连。保山岸山体岩石除表层３ｍ厚存在破碎外，内部比较完整，

５］

，使用岩锚结构体系较为安全［扣索通过钢锚箱

图５　大理岸柔性串联锚固布置图（尺寸单位：ｍ）

３．３　竖转铰结构

３．３．１　底部转铰

桥梁两岸的拱座均位于半山腰处，为隧道式拱座基础，拱肋底部转铰设置在拱座顶的斜面上。拱座在分层浇筑时，预留拱肋尾端钢管的孔洞，固定底部转铰的预埋板也随混凝土一起浇筑。底部

５］

，转铰系统为半接触式铰窝形式［由铰座、铰座预

埋板、转轴及铰座扣锁组成。铰座为内径２２００　

外径２在管内灌注微膨胀ｍｍ、２００ｍｍ的钢管，　

混凝土。在铰座与转轴的接触面处灌注黄油以减小转动摩擦。拱脚上下弦支撑杆与转轴相连，支撑杆之间设置钢板连接件，以增加拱脚的整体稳定性。底部转铰安装时，需保证上下游转轴在同一水平线之上，竖转转铰示意见图６。

与锚碇内预埋的型钢连接后再安装扣索钢铰线，锚索采用９锚孔直径１１５．２４预应力钢绞线，３０－Φ锚索前部自由段需穿过岩体裂隙层且应大ｍｍ，

于２锚索尾部锚固段为１每束设计张拉０ｍ，２ｍ，

［］

荷载为１扣拉索角３５０ｋＮ６。随着拱肋的转动，　

度也随之不停地变化，需在锚碇后方设置竖向预应力锚索，用于抵抗扣索对锚碇产生的倾覆力矩，

图６　竖转转铰示意图

竖转锚碇结构示意见图７。

图７　竖转锚碇结构示意图（尺寸单位：ｃｍ）

１锚碇除了承担该侧拱肋下放时扣　　大理侧Ｍ索的１还承担扳起保山侧拱６３６０ｋＮ总拉力外，　

０３

姚　森：钢管拱仰卧拼装分段竖转施工技术２０１９年第２期

肋的５９６０ｋＮ总拉力。保山侧Ｍ４锚碇分２个　阶段受力，第一次承担大理侧拱肋扳起的荷载为第二次承担保山扣索２的７１０２００ｋＮ，００ｋＮ８　　总拉力，Ｍ３锚碇仅承担保山扣索１的７２００ｋＮ　总拉力。竖转过程中对锚碇产生如此大的拉力，需要山体具有较高的稳定性，经专业单位的分析和评估，在锚碇受拉作用下，山体的稳定、锚碇区边坡稳定及锚碇受力均满足施工要求。３．５　竖转控制工况与扣拉索计算

拱肋分段竖转包含拱肋提升和下放２种状态、４个控制工况：①上段拱肋初始扳起；②上段拱肋竖转到位；③半拱骨架扳起；④半拱骨架下放到位。在竖转过程中，拱肋重心随着转动不停地发生变化，找出拱肋的临界状态位置，采取安全索力控制、设置竖转止推措施，确保拱肋在临界状态

时具有足够的安全稳定性。在第１次竖转到位即重时，上段拱肋重心位于中间铰前方３．５２ｍ，，心向前偏转３．此时，扣拉索和拉压连接杆均３１°参与受力；在半拱成型后，拱肋在第２次扳起时，半拱重心位于底铰后方１即重心向后偏６．２２ｍ，，转１如果忽略拱肋骨架在竖立状态时弯曲０．９°变形对拉压连接杆的影响，半拱在扳起并转动时，后方拉压连接杆的内力即为０。通过有１０．９°

限元分析计算，拱肋及转铰在竖转过程中的受力

］６８－。均满足设计要求［

竖转用拉索位于拱肋下弦，扣索位于拱肋上弦，扣拉索的牵引端通过钢锚箱锚固于锚碇之上，半拱拱肋设置１组拉索，每组扣拉索均２组扣索，为４束钢绞线，各工作索在关键工况下的索力见表１。

表１　工作索关键工况索力汇总表

工况

单束）单束）　　　　　　　　　　　　　　　　　　保山侧索力（　　　　　　　　　　　　　　　　　　大理侧索力（

／大理扣索１／／大理扣索１／保山拉索／保山拉索／大理扣索２角度／大理扣索２角度／

（）（）ｋ°ｋｋｋ°ｋｋＮＮＮＮＮＮ

０　

２５５０　　

上段竖转

９０　１４００　　１２２０　　１９２０　　１１５０　　２４００　　

８０　１５０　１４０　１２５０　　１１７０　　１６９０　　

０　５８　０　４５　５０　６２　

１４９０　　１２５０　　１４８０　　１２５０　　

２０　１７３０　　１２２０　　１９５０　　１４８０　　１８００　　

２０３０３０１５９０　１２９０　１９５０　

５６　０　

１２２０　　１７１０　　

半拱竖转

４０　４５　５６　

１２４０　　

拉索与扣索动态同步控制是　　在竖转过程中，

拱肋提升和下放的关键，特别是中间转铰在固结前后拱肋的变位、上下层扣索参与受力与退出工作的时机、上下段拱肋在连接前后因构件重心变化引起的索力变化，均通过空间建模计算分析，按每转动５来计算出各工作索的索力。在竖转时，°牵引索力由同步提升控制系统进行监控，现场根

据钢绞线的拔出量或进入量进行直观的校核。拉索和扣索钢绞线单根设计张拉力控制在３０～１００需采取锚具夹片放松措小于３ｋＮ以内，０ｋＮ时，

施。竖转工作选择在风速较小的时段进行，先试转并检查牵引系统及转铰结构的安全，确保体系转动灵活后再正式竖转。拱肋分段竖转施工现场照片见图８。

图８　拱肋分段竖转施工现场图

４　结论

澜沧江特大桥拱肋采用仰卧拼装分段竖转的施工方案，该方案新颖独特、结构受力明确、体系

安全合理，在本桥实践中得到了安全运用、拱肋实现了高精度合龙，可为今后山区钢管拱桥的施工提供借鉴和参考。

２０１９年第２期姚　森：钢管拱仰卧拼装分段竖转施工技术

１３

参考文献

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［］廖海黎．拱桥钢箱吊杆驰振稳定性数值计算４　詹昊，

ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＰｉｅｃｅｗｉｓｅＶｅｒｔｉｃａｌ　　　ｇｙ　

ＲｏｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＡｒｃｈＲｉｂｂＳｕｉｎｅＰｏｓｉｔｉｏｎ　　　　　　ｙｐ　

ＹＡＯＳｅｎ，，Ｗｕ）（ｈｉｎａＲａｉｌｗａＭａｏｒＢｒｉｄｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｏ．Ｌｔｄ．ｈａｎ４３００５０，ＣｈｉｎａＣ　　　　ｙｊｇｇｇ　　

：，ＡｂｓｔｒａｃｔＴａｋｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｓｔｅｅｌｉｅａｒｃｈｂｒｉｄｅａｓａｎｅｘａｍｌｅａｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｏｆａｒｃｈ　　　　　　　　　　　　　ｇｐｐｇｐ　ｂｒｉｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｄｉｆｆｉｃｕｌｔａｎｄｄａｎｅｒｏｕｓｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｕｏｒｔｓ　　　　　　　　　　　　ｇｇｐｐ

，ａｒｅｓｅｔｕｏｎｔｈｅｓｌｏｅｓａｌｏｎｔｈｅｂａｎｋｓｔｈｅａｒｃｈｒｉｂｉｓａｓｓｅｍｂｌｅｄｌｉｎｏｎｉｔｓｏｗｎｂａｃｋ，ａｎｄｔｈｅａｎ　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｐｇｙｇ　　　

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，，ｆｏｒｍａｓｅｍｉａｒｃｈｆｉｒｓｔｔｈｅｎｔｈｅｓｅｍｉａｒｃｈｉｓｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄｔｏａｌｏｗｅｒｌｅｖｅｌｂｖｅｒｔｉｃａｌｒｏｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｎｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　ｙ　ｃｌｏｓｉｎｏｆａｒｃｈｂｒｉｄｅａｎｄｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｒｃｈｆｏｏｔｉｓｃｏｍｌｅｔｅｄｔｏａｃｃｏｍｌｉｓｈａｒｃｈｒｉｂｃｏｎｓｔｒｕｃ　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｐｐ　

ｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｒｏｔａｒａｎｄａｓｓｅｍｂｌｌｉｎｏｎｉｔｓｏｗｎｂａｃｋｉｓａｌｉｅｄｓａｆｅｌｉｎ　　　　　　　　　　　　ｙｙｙｇｐｐｙ　　　　

，ｔｈｅｂｒｉｄｅａｎｄｈｉｈｒｅｃｉｓｉｏｎｃｌｏｓｕｒｅｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．　　－ｐ　　　ｇｇ：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｓｔｅｅｌｔｕｂｅａｒｃｈｂｒｉｄｅｓｕｉｎｅａｓｓｅｍｂｌｉｅｃｅｗｉｓｅｖｅｒｔｉｃａｌｒｏｔａｔｉｏｎｓｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌ　　　　　　ｇｐｙｐｙｙ　

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