洛阳市东环路跨洛河桥拱肋整体提升技术研究

洛阳市东环路跨洛河桥拱肋整体提升技术研究

鄢群云 1 焦剑英 2

中铁九桥工程有限公司 江西省 332000

摘要：洛阳市东环路跨洛河桥位于洛阳市洛龙区李城路洛河大桥西侧，南北连接九都路和滨河南路。桥梁全长1444m，其中主桥长320m，引桥长1124m，主桥全宽47m，引桥全宽25.5m。主桥分为三联，第1、3联边跨采用预应力混凝土箱梁，第2联主跨为下承式钢桁架拱结构。针对该桥的特点，对钢桁拱提升技术进行研究并予以实施，取得了很好的效果，桁架拱提升提前完胜工期要求，实现精准合拢。

关键词：桁架拱桥 大跨度 整体提升

一、工程概况

1.1 工程简介

本工程位于洛阳市洛龙区李城路洛河大桥西侧，南北连接九都路和滨河南路。桥梁全长1444m，其中主桥长320m，引桥长1124m，主桥全宽47m，引桥全宽25.5m。主桥分为三联，第1、3联边跨采用预应力混凝土箱梁，第2联主跨为下承式钢桁架拱结构。

主桥主跨采用160m下承式钢桁架系杆拱结构，主梁采用叠合梁结构，梁高2.6m，计算跨径156.8m。横向单侧采用双吊杆，桁架拱肋总高6.75m。

本次钢结构提升拱肋由4榀桁架拱组成，每侧2榀桁架拱，两侧桁架之间通过四道风撑连接成整体，总重约1600t。在ZC4布置提升支架，每个提升支架顶部提升梁布置2台350t提升油缸，共布置8台350t提升油缸。

由于两侧桁架之间有四道横向风撑，每个提升支架上两个提升点载荷不同，提升过程中控制两个点载荷相同，提升到位后对口载荷相应调整。

图1-1-1 提升立面布置图

1.2 提升点设计

1.2.1 提升点布置

拱肋提升共设置8个吊点，每个吊点布置1台350t油缸，共计8台350t提升油缸。

1.2.2 提升梁设计

图1-2-1 提升梁

1.2.3下锚点设计

图1-2-2 下锚点构造

1.3 提升施工步骤

提升流程一：提升主结构安装焊接完成；

提升流程二：安装液压提升系统，并进行调试，安装下锚点结构；

提升流程三：拱肋下锚点与地锚支架完成对接；

提升流程四：准备工作全部结束后，液压同步提升系统开始逐级加载，由20%开始，再加载到40%、60%、80%、90%、95%，直至桁架脱离胎架300mm，暂停提升；

提升流程五：静置12小时以上后，检查各个点的临时措施是否正常，确认无误后将结构提升至设计标高；

提升流程六：将拱肋提升至设计标高进行合拢及嵌补段的安装，提升施工结束。

提升流程七：拱肋卸载，安装剩余中横梁并陆续拆除上部拱肋提升支架，安装吊杆，进行体系转换。

1.4 本项目重点及难点

1.4.1同步控制提升是该工程的难点。由于钢结构拱肋的刚度很大，各提升点之间的受力关系跟提升位移的关系很大。所以，倘若位移控制不够精准，那么部分吊点受力会很大，很可能破坏拱肋结构的局部结构，甚至结构整体破坏。因此，控制好工程的荷载均衡及位移同步是该工程的重点，也是难点。

1.4.2拱肋提升的精度控制及结构变形控制：

屋盖桁架结构形式较为复杂，如何设置提升吊点才能即保证提升节点的安全性、便于施工，且对结构变形影响最小。采取在试提升后，收集拱肋变形数据并在期间对提升段拱肋对口位置进行配切，保证拱肋到位。

二、计算机控制液压同步提升技术

2.1 计算机控制液压同步提升技术简介

计算机控制液压同步提升技术是一项新颖的构件提升安装施工技术，属于国家提倡的《建筑业10项新技术（2010）》的钢结构技术的内容，它采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升新原理，结合现代化施工工艺，将成千上万吨的构件在地面拼装后，整体提升到预定位置安装就位，实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升。

2.2 系统组成

计算机控制液压同步提升系统由钢绞线及提升油缸集群（承重部件）、液压泵站（驱动部件）、传感检测及计算机控制（控制部件）和远程监视系统等几个部分组成。

2.2.1 承重部件

钢绞线及提升油缸是系统的承重部件，用来承受提升构件的重量。用户可以根据提升重量（提升载荷）的大小来配置提升油缸的数量，每个提升吊点中油缸可以并联使用。

钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线，公称直径为15.24mm，抗拉强度为1860N/mm²，破断拉力为260.7KN，伸长率在1％时的最小载荷221.5KN，每米重量为1.1Kg。

2.2.2 驱动部件

液压泵站是提升系统的动力驱动部分，它的性能及可靠性对整个提升系统稳定可靠工作影响最大。在液压系统中，采用比例同步技术，这样可以有效地提高整个系统的同步调节性能。

2.3.3 控制部件

传感检测主要用来获得提升油缸的位置信息、载荷信息和整个被提升构件空中姿态信息，并将这些信息通过现场实时网络传输给主控计算机。这样主控计算机可以根据当前网络传来的油缸位置信息决定提升油缸的下一步动作，同时，主控计算机也可以根据网络传来的提升载荷信息和构件姿态信息决定整个系统的同步调节量。

2.3 同步提升控制原理及动作过程

2.3.1 提升同步控制图

提升过程中同时监控各吊点变形差及载荷差异，变形差控制值为5mm，载荷差异控制值为5%。与不同步计算结果（计算时结构强迫变形差25mm，载荷强迫差异20%，结构强度满足要求）比较，结构可以安全提升施工。

2.3.2 提升动作过程

提升油缸数量确定之后，每台提升油缸上安装一套位置传感器，传感器可以反映主油缸的位置情况、上下锚具的松紧情况。

油缸的初始状态是：上锚紧、下锚紧，主油缸全部缩钢。下锚松、上锚紧，主油缸可挟钢绞线上升一段距离；主油缸伸缸到位后，紧下锚，松上锚，进行缩钢，便可回到初始位置进行下一次提升。相反的动作过程则可以实现重物的下降。

提升油缸的工作原理示意图如下：

第1步：上锚紧，夹紧钢绞线； 第2步：提升器提升重物；

第3步：下锚紧，夹紧钢绞线； 第4步：主油缸微缩，上锚片脱开；

第5步：上锚缸上升，上锚全松； 第6步：主油缸缩回原位。

三、钢绞线疏导架的布置

每个提升梁上2个提升油缸，共用一个钢绞线疏导架，如图所示：

图2-1-1 钢绞线疏导架示意图

四、 试提升

为了观察和考核整个提升施工系统的工作状态，在正式提升之前，按下列程序进行试提升和试下放。

4.1 试提升前的准备与检查

确定试提升时间后，在试提升前，按照第九项对提升设备、提升结构和各种应急措施等进行检查。

4.2 试提升加载

（1） 解除主体结构与支架等结构之间的连接；

（2） 按比例，进行20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%分级加载

直至结构全部离地；

每次加载，须按下列程序进行，并作好记录：

操作：按要求进行分级加载，使油缸受力达到规定值；

观察：各个观察点应及时反映观察情况；

测量：各个测量点应认真做好测量工作，及时反映测量情况；

校核：数据汇交现场施工设计组，比较实测数据与理论数据的差异；

分析：若有数据偏差，有关各方应认真分析；

决策：认可当前工作状态，并决策下一步操作。

（3） 试提升加载过程中提升支撑结构与提升结构的检查

检查结构的焊缝是否正常；

检查提升平台和地锚支架等是否正常；

检查结构的变形是否在允许的范围内。

（4） 试提升加载过程中提升设备的检查

检查各传感器工作是否正常；

检查提升油缸、液压泵站和计算机控制柜工作是否正常。

4.3 试提升

（1） 试提升前的调整

在全部结构离地后，需要进行如下调整：

各点的位置与负载记录；

比较各点的实际载荷和理论计算载荷，并根据实际载荷对各点载荷参数进行调整；

长行程传感器的读数与设置；

计算机控制程序中的参数设定。

（2） 试提升

计算机进入“自动”操作程序，进行钢结构的整体提升；

在试提升过程中，对各点的位置与负载等参数进行监控，观察系统的同步控制状况；

根据同步情况，对控制参数进行必要的修改与调整；

试提升高度约300mm，（以主结构与各支撑点全部脱离为准）；

在试提升过程中，分别试验两种控制策略。

4.4 空中停滞

提升离地后，空中停滞，计划停滞时间有4号到5号两天；悬停期间，要定时组织人员对结构进行观察；测量人员配切调节段，并观测拱肋线性，记录实测数据；监控单位采集应力变化。试提升配切时，首先复测未提升段对口处数据，将上部数据反应带下部提升段上，并预留20mm的焊缝间隙。

五、 正式提升

5.1 正式提升前设备的检查

（1） 提升油缸检查

油缸上锚、下锚和锚片应完好无损，复位良好；

油缸安装正确；

钢绞线安装正确。

（2） 液压泵站检查

泵站与油缸之间的油管连接必须正确、可靠；

油箱液面，应达到规定高度；

至少要备用1桶液压油，加油必须经过滤油机；

提升前检查溢流阀：

根据各点的负载，调定主溢流阀；

锚具溢流阀调至4—5Mpa；

提升过程中视实际荷载，可作适当调整；

利用截止阀闭锁，检查泵站功能，出现任何异常现象立即纠正；

泵站要有防雨措施；

压力表安装正确。

（3） 计算机控制系统检查

各路电源，其接线、容量和安全性都应符合规定；

控制装置接线、安装必须正确无误；

应保证数据通讯线路正确无误；

各传感器系统，保证信号正确传输；

记录传感器原始读值备查。

5.2 正式提升前结构的检查

（1） 提升支撑结构的检查

检查提升塔架；

检查提升平台；

检查提升地锚；

检查钢绞线疏导架。

（2） 提升结构的检查

主体结构质量、外形均符合设计要求；

主体结构上确已去除与提升工程无关的一切荷载；

提升将要经过的空间无任何障碍物、悬挂物；

主体结构与其它结构的连接是否已全部去除。

5.3 正式提升前天气等环境的检查

注意当天天气预报，提升日前后无五级以上大风；各种预案与应急措施的检查；检查提升设备的备件等是否到位；检查防雨、防风等应急措施是否到位。

5.4 提升过程监控措施的检查

现场提升施工过程中分别对拱肋提升段和提升支架的应力、应变以及变形进行监测，及时发现异常情况，通过现场实测值与理论计算值的对比校核来指导提升施工。

拱肋提升段

考虑桥梁整个施工过程的监控需要，在拱肋跨中、1/4跨及拱脚处均布置有表贴式应变计，其中位于提升段内单榀拱肋的应变计安装位置见图，拱肋各截面应变计安装位置见图。

图3.1.1 拱肋提升段应变计安装位置示意

图3.1.2 拱肋各截面应变计安装位置示意

提升支架

由4.3节计算结果可知，提升支架最大压应力发生在支架顶部提升梁下方的八字撑内，其中靠近拱肋的内侧八字撑受力较大。

根据以上计算结果，在提升架顶部选取靠近拱肋的两榀八字撑不利位置设置应力应变测点，在提升梁跨中底部设置应力应变测点。

根据理论计算结果并结合现场实际情况设置提升架变形测点，支架顶端变形测点布置，在支架底部设置沉降观测点；提升架顶端测点变形理论值，提升过程中实时监测支架变形，及时发现异常情况。

5.5 正式提升

（1） 提升前的准备

各种备件、通讯工具是否完备；

（2） 提升设备的检查

检查传感器信号是否到位；

检查控制信号是否到位；

检查提升油缸、液压泵站和控制系统是否正常；

检查锚具压力和主泵溢流阀压力设定。

（3） 正式提升

（a） 经过试提升，观察后若无问题，便进行正式提升；

（b） 正式提升过程中，记录各点压力和高度；

正式提升，须按下列程序进行，并作好记录：

操作：按要求进行加载和提升。

观察：各个观察点应及时反映测量情况。

测量：各个测量点应认真做好测量工作，及时反映测量数据。

校核：数据汇交现场施工设计组，比较实测数据与理论数据的差异。

分析：若有数据偏差，有关各方应认真分析。

决策：认可当前工作状态，并决策下一步操作。

（c） 提升注意事项

应考虑突发灾害天气的应急措施；

提升关系到主体结构的安全，各方要密切配合；

每道程序应签字确认。

（4） 提升过程的监控

监控各点的负载；

监控结构的空中位置姿态；

在提升之前，用全站仪测取拱肋高程初始数据，对拱肋提升点标高进行复核、调整。在提升过程中，每提升5m，用激光测距仪进行一次提升高度的数据测量，将4个提升吊点的相对高度值进行比较，并将吊点的高差通过液压提升系统进行调节，保证构件空中的水平状态。监控提升通道是否顺畅。

5.6 提升到位后结构的锁定及相关安全准备工作的落实

（1） 就位锁定

将负载全部转换到下锚，提升油缸进入安全行程；

上锚紧。

（2） 悬停期间的安全措施

防止电焊、气割对钢绞线的损伤；

做好提升设备的防护措施。

六、 结构就位安装与卸载

6.1 接口形式

由于拱肋对接时上弦对接口位置无操作平台，故拱肋提升段与散装段间的对接口上弦采用Z形接口，下弦采用嵌补段，除螺栓节点外，其余接口采用顶板长、底板短的形式，有效避免了提升过程中接口相互碰撞的问题。

下弦嵌补段根据就位后实测长度配切，现场四处提升架分别利用1台5t卷扬机配合葫芦进行调整就位；

下弦嵌补段的部分连接板及高强螺栓提前固定在拱肋内侧，外侧连接板通过卷扬机吊运吊装。

上下弦合拢位置设置吊笼及操作平台，用于人员操作及焊缝，焊工焊接要有防风及焊后保温措施。

6.2 结构空中悬停期间各种安全措施的落实

（1） 结构的安全

用手动葫芦拉住钢结构，固定在支撑立柱上；

（2） 提升结构的安全

防撞，做好安全区域警戒；

防风，考虑使用马板将主结构与两侧提升架刚性连接。

6.3 结构悬停期间钢绞线、提升设备的保护

（1） 钢绞线的保护

防止钢绞线过电损伤；

在钢绞线附近焊接时，需要就近布置焊接地线，防止钢绞线过电损伤；

防止焊接地线漏电对钢绞线的损伤；

防止电焊对钢绞线的损伤；

防止气割对钢绞线的损伤。

（2） 提升设备的保护

注意防雨、防水，防火；

悬停期间的监测；

提升平台的监测；

监测提升平台的焊缝、变形等是否出现异常；

钢绞线与地锚支架监测；

监测钢绞线是否受到损伤，地锚支架的焊缝等是否异常。

6.4 结构卸载

在结构整体提升到合拢口上准备就位时，对拱肋数据进行复测，对其进行微调，直至结构提升到设计位置，对上弦嵌补段对接口进行就位焊接；并陆续进行下弦嵌补段和腹杆的安装、焊接工作。

完成嵌补段的焊接后进行焊缝的自检及复检探伤工作，拱肋对接焊缝等级为一级，超声波100%探伤；

完成拱肋内表面的油漆补涂，最后焊接拱肋人孔；

完成全桥支座连接螺栓的检查，并解开支座限位器；

嵌补段焊接检查合格后，开始进行拱肋的卸载；卸载的主要顺序如下：

1、350t千斤顶第一次卸载，每台设备卸载50t，ZC2、ZC3调节段各割除5mm；

1、350t千斤顶第二次卸载，每台设备逐次卸载50t，ZC2、ZC3调节段逐次割除5mm至调节段与拱肋完全脱离；

3、350t千斤顶第三次卸载，千斤顶完全卸载。检查支撑架调节段与拱肋有无接触，如有接触进行割除。

注：临时支撑调节段割除过程中，监控千斤顶受力情况，发现异常及时暂停进行调整。

至此拱肋完成卸载，体系完成转换。

6.5 钢绞线卸载

在各点就位到合拢口上后，结构嵌补杆件安装完成成设计状态后，将荷载转换到设计支座上。

七、安全保证措施及其预案

7. 外界因素应急措施

7.1.1 现场停电应急措施

（1） 只要有一个通讯点停电，系统全部自动停机；

（2） 由于提升油缸配备单向液压锁，提升油缸不会受载下降；

（3） 提升油缸的下锚锚片与钢绞线接触紧密，并且有弹簧压紧，即使提升油缸因为内泄漏而下沉，负载也会逐渐转移到下锚上；

（4） 如长时间停电，则用手动泵将所有锚具锁紧。

7.1.2 电缆线断应急措施

（1） 在系统设计时，只要一根电线中断，系统会自动停机；

（2） 根据信号显示情况，判断中断处，并进行处理。

7.1.3 误操作应急措施

在系统硬件和软件设计时，进行动作闭锁；对某些特定动作，进行多重闭锁保护，防止误操作。

7.1.4 强制紧停应急措施

（1） 在系统设计时，准备强制紧停措施；

（2） 只要按下按钮，系统自动停机，以用于紧急情况；

（3） “强制紧停”需要授权使用。

7.1.5人员安全保护措施

施工人员进入施工现场要正确穿戴安全帽、工作服和工作鞋，高空作业使用合格的安全带。施工中严格遵守施工章程，不得越界工作。严格执行“三不伤害”规范。禁止酒后上岗、疲劳上岗。

在提升过程中，拱肋下方严禁站人和通行，拱肋上禁止一切施工。现场布置警戒线，由安全防护人员进行人员的检查，严禁无关人员进入提升区域。

7.1.6 人员伤亡应急救援措施

成立人员伤亡应急救援小组，任命救援组长。现场准备吊车和吊笼，在高空出现人员伤亡情况能够及时将人员转运至地面。现场准备应急救援车辆，及时将伤亡人员送至就近的医院进行抢救，同时电话通知医院，汇报伤情，提前做好抢救准备。

7.1.7 安全控制措施“五条线”

安全控制，紧抓五条线，控制每个环节，确保提升安全。

（1） 力学体系一条线

力学体系是基础。从提升油缸支撑平台――钢绞线――地锚支架结构――提升结构一条线，每个环节都是根本，确保安全。

（2） 液压系统一条线

液压系统是动力。从泵站――液压油管――提升油缸一条线。

（3） 计算机控制系统一条线

从结构载荷信号、高差信号、状态信号――通信电缆――就地控制模块――通信电缆――主控计算机柜，是整体提升的控制保障。

（4） 外部环境一条线

从天气――供电――－结构通道是否畅通――安全通道，是提升安全控制的外部因素。

（5） 指挥一条线

指挥系统是灵魂。从指挥机构――技术专家组――提升监控组――应急系统指挥，关系提升的安全。

八、结论

主拱肋同步液压整体提升法在拱桥建设史上使用较少，这种先进的施工工艺比传统的悬臂拼装方法大大节省了施工工期和成本，且不需要宽敞 的施工现场。洛阳市东环路跨洛河桥拱肋整体提升于2017年4月顺利完成，主拱合龙精度误差2 mm。主拱肋整体提升技术大大提高了同类桥的合龙精度，提前了工期且操作安全、经济合理，极具创新价值。拱肋整体提升技术为今后同类大跨径拱桥建设，提供了整套成熟的工艺及可靠的参考和借鉴。

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