主拱辅助安装结构制作与安装

2023-07-01 理论教育版权反馈

【摘要】：图2-27全桥八三墩支架体系2.4.1.5辅助安装结构为保证施工的顺利进行，在拱肋结构分节吊装、组拼、焊接之前，需对辅助安装结构进行加工、制作、定位与安装。

2.4.1.1　工艺特点和难点

大沽桥钢箱拱肋安装的难点主要体现在拱肋支撑体系架设、拱肋吊装空间姿态调整、拱肋空间定位精度调节和空间测量控制等方面。由于钢拱整体重量较重，进行拱的整体安装具有较大难度和风险，因此采用分段吊装组拼的施工方案。

2.4.1.2　大、小拱分节设计

钢拱肋的分节加工制造主要考虑以下因素：吊车的吊装能力、减少现场焊接工作量、吊耳位置布置、拱节板厚的变化、横隔板的位置等。将大、小钢拱肋各分13 节。大、小拱分节示意如图2-23、图2- 24 所示。

大、小拱肋分节与吊装后各节段参数见表2 -2。

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图2-23　大拱分节示意图

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图2-24　小拱分节示意图

表2-2　大、小拱拱肋分节与吊装后各节段参数

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2.4.1.3　拱肋支架方案设计

钢箱拱肋支架体系布置原则如下：每组支架均对应拱肋的分节点、支架布置尽量避开挂索所需位置、支架顶部预留足够的施工操作空间、支架尽量布置在拱轴投影线正下方。考虑支架选材，将圆管撑支架与八三墩支架两套体系进行方案比选。

圆管撑支架体系：采用φ600圆管作为支撑立柱，并配以型钢作为横向和斜向连接构件组成整体支架体系，如图2-25 所示。该支架体系具有如下特点：在工程中使用较多，材料结构组成比较常用；拼装工艺较简单，连接形式单一，主要为焊接；支架布置间距可根据需要进行调节，为挂索创造条件；支架质量较轻（约679 t），对钢箱梁的受力较为有利；架设工作主要为高空焊接作业，在安全方面存在较大隐患；施工工作量较大，周期较长（总工期2.5 个月）；钢材用量较大，施工成本较高（约341 万元）。

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图2-25　大、小拱圆管撑支架体系布置图

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图2-26　八三墩支架体系

八三墩支架体系：采用八三式铁路轻型军用墩构成，如图2-26 所示。该支架体系具有如下特点：杆件、配件型号少，同一编号杆件、配件可互换使用，部分不同编号的杆件可替代使用，施工方便；各杆件及配件强度高，结构整体性强，安全度高；结构形式灵活，可根据现场情况，灵活组装成各种形式支架；拼装操作简易，且自带拼装工具，大部分单根杆件自重较轻，可用人力完成成套组件的拼装作业；拼装迅速，容易开展工作面，可大大缩短施工周期（总工期1 个月）；通过横纵联系架的连接，可使全桥支架形成整体，增大支架的整体稳定性、抗冲击性能，抵抗拱在安装和挂索调索时产生的水平推力；支架结构较为密集，全桥支架质量较重（约1 155 t），对钢箱梁受力有一定的影响；结构杆件均可周转使用，施工成本较低（约171 万元）。

通过对圆管撑与八三墩支架体系的特点分析可知，八三墩支架较圆管撑支架具有安装工艺简便、施工速度快捷、安全隐患小、工期短、成本低的优点，因此采用八三墩作为钢拱肋安装的支架体系。

2.4.1.4　支架架设施工

全桥八三墩支架体系（图2-27）共1 110 t，其中八三墩支架约为910 t，下垫梁工字钢约为130 t。根据上下游拱肋高度及倾斜角度不同，在上下游侧各布置12 组支架，每半桥布置6 组。上游侧（小拱侧）支架总重约为259 t，支架高度分别为16 m、15 m、13 m、10 m、8 m，下游侧（大拱侧）拱支架总重约为648 t，支架高度分别为36 m、34 m、29 m、21 m、15 m。

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图2-27　全桥八三墩支架体系

2.4.1.5　辅助安装结构

为保证施工的顺利进行，在拱肋结构分节吊装、组拼、焊接之前，需对辅助安装结构进行加工、制作、定位与安装。

1）拱托结构

拱托结构可提高钢箱拱肋空间定位精度。拱托分为上、下两层，上部为拱节定位托，下部为支撑架，定位托与支撑架之间用螺栓连接成整体，当张拉吊杆时，拱肋发生偏移，拱托也能够随之发生滑动，而不会限制拱肋的位移。

定位托（图2-28）是直接支撑拱箱的主要受力结构，通过定位托立板开口夹角可对拱箱的倾斜角度予以限制，保证拱箱外倾角度准确，同时将拱箱向外翻倒的倾覆力转化为对支架体系的竖直压力。定位托由12 mm厚钢板焊接而成，立板开有夹角，夹角根据拱托作用位置处拱节底角角度确定，且大于底角2°，以满足拱节倾斜角的调节要求。在定位托底板上沿横桥向开螺栓槽，槽长300 mm、宽26 mm。

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图2-28　定位托结构

大沽桥施工过程中，大拱拱中最大水平位移为6.88 cm、最大竖向位移为0.56 cm，小拱拱中最大水平位移为8.48 cm、最大竖向位移为0.75 cm。定位托底板与支架顶板螺栓槽可相互调节，位移量为±15 cm，能够满足拱箱偏移的要求。2）限位码板结构

拱箱接口限位码板结构（图2-29）为拱箱安装定位装置，在拱节吊装空间姿态与设计姿态之间存在偏差时，可通过限位码板的限制将拱节的空间姿态进行校正，保证钢拱接口处连接顺畅，同时限位码板还可作为两节拱接口处临时连接的码板使用。限位码板的设置提高拱肋安装调节的便利性，确保安装精度，加快施工进度。

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图2-29　限位码板结构

接口限位码板采用20 mm 厚钢板制成，布置在拱节上口底角的两侧面，与板面焊接长度为40 cm（双面焊），限位板探出接口为30 cm，并刨切5 mm 的坡角。在限位板两端设加强板将同一板面内的限位板连接成整体，加强板厚12 mm，与限位板垂直布置。

2.4.1.6　施工准备

在拱肋安装作业前应做好以下准备工作：

（1）每节拱节在加工厂内加工完成后进行预拼装，在几何尺寸无误、线形符合要求后出厂。在厂内完成吊耳结构的焊接，对吊耳的焊接质量进行探伤，保证焊口质量。

（2）各节钢拱加工完成后，根据事先计算好的拱节定位点位置在拱节上、下口打出样冲眼，用于拱节的精定位。

（3）根据拱托设计位置在钢拱上划线或打孔，便于拱箱在相应的拱托上定位。钢拱吊装吊点按设计结构形式及位置在厂内制作、焊接完成。

（4）预先在加工厂内对每节拱上口四边点焊小块钢板，拱节上口预先焊接接口限位板。

（5）将支架吊装到指定位置，与八三墩上垫梁栓接。在拱节运到施工现场之前，按照设计位置提前将拱托安装于拱支架上，以达到拱托粗定位的目的。

（6）为便于拱脚定位，首先将拱脚法兰钢板按预定位置定位于中横梁上，并将拱脚螺栓拧紧，在法兰盘上划线标示出拱脚底口中心线及外框线。在底口外沿靠近边跨侧两角位置焊接两块限位板用于拱脚定位。

（7）总体吊装顺序安排。采用一台150 t 履带吊进行钢箱拱肋的吊装作业。拱节吊装顺序采用两边对称安装中间合龙的方式，首先吊装拱脚节段，依次对称吊装，并在中间节处合龙。

2.4.1.7　拱脚段安装

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图2-30　拱脚段安装现场

在拱托支撑架上按预设位置、高程和定位点安装定位托，将定位托与支撑架之间的4 个高强螺栓栓紧。由150 t 履带吊将拱节按安装到位时的方向、角度吊离地面，通过测量上、下口水平距离差及拱箱底角边与水平面的夹角复测拱箱的空间姿态，在姿态不满足预定要求时采取调换吊点及调节钢丝绳长度的方式调整。拱节安装方向、角度正确无误后，将拱脚箱口放置于法兰盘上的定位线框内，拱脚外沿两角紧贴定位板。拱脚基本定位后吊车放松少量钢丝绳，将拱节上口沿拱托立板夹角开口缓慢落下，测量人员利用全站仪复测控制点三维坐标，并根据坐标情况进行微调，在拱节控制点坐标满足设计要求后，拱托与拱箱之间填塞钢板楔稳固拱箱，将拱脚与法兰钢板焊接并将全部高强螺栓拧紧，安装拱脚加劲肋板。拱脚段安装现场如图2-30 所示。

2.4.1.8　标准段安装

拱脚段安装焊接完成后，由测量人员对该段特征截面（吊点截面、拱托截面及上下口截面）的空间位置进行复测，同时考虑预安装拱节位置的调整情况并计算安装定位的空间坐标。根据坐标值，按照上节拱段吊装方式由150 t 履带吊将拱肋吊起，调节方向、角度准确后，将拱节下口首先安置于已安装拱节上口限位板内，然后将上部拱身放置于已定位拱托上。调整拱节的空间姿态，根据实测坐标对拱节进行精确定位调节。拱节位置、方向、角度通过吊车卸力、填塞钢板块和移动拱托的方式调节，焊口通过安置T 形板及码板采用千斤顶调节，在拱肋位置、方向、角度及焊口都无误后，将拱节的下端与已安装拱节上端通过码板连接后施焊。

2.4.1.9　合龙段安装

合龙段钢拱安装主要利用其两侧拱节接口限位码板作为支撑点，采取强制对中的方式合龙。合龙段安装温度为20℃，因为气温会造成拱节长度变化，所以在合龙段安装前，观测气温变化并计算出合龙段实际长度，根据两侧拱箱接口形状对合龙段进行下料，以满足安装、焊接要求。在理想合龙温度下，开始合龙段拱肋吊装、定位、焊接。大、小拱合龙段吊装均采用150 t 履带吊以两点吊方式进行，合龙段吊装姿态满足要求后，将其沿定位码板下落放置稳定后即完成初定位。采用码板、L 形板及千斤顶进行精确定位调节，保证接口平顺，调节到位后码板连接、施焊。合龙段安装及焊接必须迅速。合龙段安装如图2 -31 所示。

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图2-31　合龙段安装

主拱辅助安装结构制作与安装

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