李迎阳 车文庆

(1.中铁十一局集团第五工程有限公司 重庆 400037；2.中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司 云南昆明 650200)

1 引言

大跨连续梁桥、连续刚构桥在跨越既有铁路时，采用转体施工可以最大限度地减少对既有线路的影响。然而在转体到位后进行合龙施工时作业面接近既有线的电气化接触网，同时吊架及模板的安装及拆除过程中存在高空坠物的危险性，对既有线的运营干扰大，存在较大的施工风险。虽然在合龙施工时采用了吊架配防护棚[1-2]、特制挂篮[3]、挂篮配防护罩[4]等施工安全防护措施，但仍存在所需的机具设备多、工艺复杂、施工周期长，安全风险较大的诸多缺陷[5]。

针对传统合龙施工技术及施工安全防护措施的问题，我国首创了“钢壳法合龙技术”，即以钢壳代替模板，所有工序均在合龙钢壳内进行，既不需要专门的防护措施，也不需要拆除工序，所用天窗点作业时间较少[6]。这种合龙技术最先在集包铁路增建第二双线霸王河1号特大桥(60 m+100 m+60 m)转体施工中发明使用[7-8]，至今，已经在宝兰客专南河川渭河特大桥、武九客专西南下行联络线特大桥、京张高铁土木特大桥、郑万铁路白河特大桥、北汝河特大桥、太焦铁路晋中特大桥、青连铁路日照特大桥等转体桥合龙施工得以成功运用[9-10]。

尽管钢壳法优势明显，但也存在不足之处。第一，影响钢筋施工。已有的钢壳法合龙时在钢壳腹板内侧焊接钢板作为肋板，以增大钢壳的强度与刚度[6]。但在后续的施工过程中，为安装普通钢筋和预应力钢筋，需绕过内侧肋板或者在其上打孔，因而给施工造成很多不便和困难，且打孔会削弱结构的承载力，也增加了有限元模拟分析的难度。第二，这种方法尽管最大限度地减少了对既有线路的影响，但在转体到位后合龙口钢壳施焊仍然对桥下既有线路有所影响。最后，闭合钢壳在吊装和闭合过程中也存在稳定性不够好的问题。本文以首次采用墩中转体施工的大树村龙川江三线大桥为依托，介绍了该桥合龙采用的自闭合式合龙钢壳系统及其施工技术[11-12]。该钢壳合龙系统在传统钢壳法的基础上，提出若干改进措施，解决了传统钢壳法的缺陷，实现了优质、快速、安全合龙，可为类似桥梁合龙施工提供参考。

2 工程背景

改建铁路成昆线永仁至广通段扩能工程大树村龙川江三线大桥位于黑井镇大树村村委会龙川江河谷内，为大树村车站内桥梁，采用5×32 m+(52 m+88 m+52 m)连续梁+1×24 m+2×32 m孔跨布置。88 m主跨上跨既有成昆线，交叉角度为22.8°，合龙段梁底与接触网距离为22.78 m。连续梁先平行既有铁路方向悬臂现浇，悬臂施工完成后，首次采用了墩中转体技术，在6#和7#墩的墩中设置转体体系实现转体施工。7 350 t的单体转体质量和41.4 m的墩中转体高度刷新了两项世界记录，转体后在原成昆铁路上方施工合龙段。连续梁布置如图1所示。

连续梁采用直腹板单箱双室截面，支墩处梁高7 m，跨中及边跨梁端处高4 m。主梁划分为47个梁段，其中合龙段长度为2.4 m。

图1 转体梁桥布置示意(单位：m)

3 自闭合式合龙钢壳系统简介

大树村龙川江三线大桥转体完成后，在传统钢壳法的基础上设计了一套自闭合式合龙钢壳系统用于中跨合龙施工。这套自闭合式合龙钢壳系统包括两端悬浇梁(悬臂对称施工最后一个梁段)、预埋钢壳、闭合钢壳、滑动装置等几部分，如图2所示。

图2 自闭合式合龙钢壳系统

3.1 预埋钢壳

预埋钢壳外形与合龙段梁体外形尺寸保持一致，由于10#块平行既有成昆线浇筑，因此预埋钢壳不具有整体吊装条件。为了便于加工和安装，将每段钢壳在横向分成底板、腹板、翼缘三部分，同时在各部分内侧沿横向和纵向间隔布设剪力钉取代传统钢壳法的加劲肋钢板。预埋钢壳在浇筑10#块施工时起到模板的作用，并且在浇筑完成后也不需要拆卸，与剪力钉、混凝土连接形成钢-混结合梁，结构受力合理，其刚度和强度也符合要求。

中跨合龙段长2.4 m，其两侧最后一个悬浇梁体10#块各长3.8 m，在其悬臂浇筑前安装内侧焊接剪力钉的16 mm厚Q345C预埋钢壳，如图3所示。6#墩侧的预埋钢壳全长3.2 m，其悬出10#块的1.2 m长钢壳将用于滑动前放置1.2 m闭合钢壳，另一侧全长2.3 m。两段预埋钢壳中间留出0.9 m空间，以便转体。2 m搭接区域内沿桥梁纵向和横向在底板、腹板、翼缘均焊接长度250 mm、直径为25 mm的Q345C剪力钉，剪力钉一端焊接在预埋钢壳上，另一端埋入悬浇梁中，三者形成稳定的钢-混组合结构。

图3 预埋钢壳(单位：cm)

3.2 闭合钢壳

闭合钢壳设于预埋钢壳缺口内侧，由壳体和均匀设于壳体内侧对应滑道装置的加强钢板组成。为了提高闭合钢壳的刚度，在整个闭合钢壳壳体内部平行设置了2个加固装置。加固装置由顶部及中部横撑、焊接在闭合钢壳底部和侧面的端部连接板、中部连接板、连接横撑与连接板的上下槽钢斜撑组成，如图4所示。

图4 闭合钢壳加固装置

本桥闭合钢壳长度为1.2 m，闭合后与两侧预埋钢壳的搭接长度均为0.15 m。闭合钢壳壳体采用厚12 mm的Q345C钢板，略小于预埋钢壳，形状与预埋钢壳内部轮廓相适应。与预埋钢壳一样，闭合钢壳在加工时沿横向分成底板、腹板、翼缘三部分。

3.3 滑动装置

滑动装置为闭合钢壳滑动到预埋钢壳的缺口处的设备。滑动装置同时也是闭合钢壳在钢壳闭合过程中和合龙段混凝土浇筑过程中的辅助受力结构，有利于确保合龙施工安全。为了使闭合钢壳在滑动过程中受力均匀及控制闭合钢壳精确定位，在预埋钢壳与闭合钢壳之间设有3个滑动点，分别为设置在两端悬浇梁翼缘板上的第一滑动装置(共2个)、腹板上的第二滑动装置(共2个)和底板上的第三滑动装置(共4个)，如图5所示。

图5 滑动装置

第一滑动装置由第一工字滑轨、用于固定滑轨的第一预埋用钢卡口、可以沿滑轨移动的第一滚轴、滚轴上连接闭合钢壳加强钢板的吊绳组成。第一工字滑轨跨越合龙口，下设木垛支承于合龙口两侧的悬浇梁端部，吊绳与翼缘板对应的闭合钢壳由加强钢板连接，如图6所示。第二滑动装置包括第二工字滑轨、固定及支承滑轨的第二预埋用钢卡口、钢挡板和预埋钢板。预埋钢板焊接若干锚固钢筋，伸入腹板并与腹板钢筋连接。第三滑动装置的结构与第一滑动装置相同，吊绳与闭合钢壳的加强钢板连接。

图6 滑动钢壳

4 自闭合式合龙钢壳系统施工技术

大树村龙川江三线大桥中跨合龙段自闭合式钢壳法施工方案分为预埋承重钢壳、转体前合龙准备、转体后合龙三大步骤。

4.1 预埋16 mm承重钢壳

4.1.1 10#块模板定位

10#块的模板定位根据预拱度精确放样和调整。10#块为连续梁对称段落最后节段，该节段的位置精确度直接影响转体后合龙精度。在8#块施工开始进行逐段校正，要求平面及高程控制在±1 cm。

4.1.2 预埋钢壳试拼

预埋钢壳正式安装前，先在平地上按分块编号进行试拼。试拼时，底板平铺，要求试拼后长度小于设计长度1 cm；腹板及翼缘与地面垂直试拼，试拼后高度与设计高度一致。

4.1.3 预埋钢壳安装

(1)预埋钢壳吊装

预埋钢壳进行分块加工，重量为0.43～1.0 t不等，现场用塔吊进行吊装作业。

(2)预埋钢壳焊接

预埋钢壳吊装至施工现场后，先焊接拼接底板，再焊接拼接腹板及翼缘钢板。钢壳焊接采用单面焊接的方式，采用E50系列低合金焊条。16 mm钢板对接焊缝宽度18 mm，焊缝高度11 mm(2 mm对接缝宽)。焊接的剪力钉直径为25 mm，长250 mm，纵向间距为300 mm，横向间距为400 mm。

4.2 转体前合龙准备

4.2.1 预制闭合钢壳

闭合钢壳壳体在工厂分块预制，运输到工地后，再进行分块拼装焊接。然后预埋第二滑动装置的支撑型钢，分为上下两部分，其中上部支撑型钢直接埋入梁体边腹板中，长度为60 cm，埋入梁体40 cm，外露20 cm；下部支撑型钢长度为40 cm，焊接在预埋钢板(尺寸为360 mm×300 mm×20 mm)上。

最后预埋第一、第三滑动装置的工字钢用卡扣，在悬臂灌注两端悬浇梁梁体前将预埋钢板和各个滑动装置的预埋钢卡口埋入悬浇梁的混凝土内。

4.2.2 浇筑10#块混凝土

先进行10#块顶板、底板、腹板钢筋绑扎及预应力管道安装，再浇筑混凝土并养护。待混凝土强度达到标准值的95%和弹性模量达到标准值的100%并满足7 d龄期后，张拉纵向预应力钢束，并进行管道压浆。

4.2.3 安装闭合钢壳

(1)在6#墩的1.2 m钢壳悬出段内侧涂抹黄油，吊装合龙段1.2 m闭合钢壳于6#墩的1.2 m钢壳悬出段内。

(2)用拉绳(底部4根、侧面每边1根)拉住合龙段1.2 m闭合钢壳，并锁死拉绳，以免在转体过程中梁体倾斜时钢壳滑出。

(3)在预埋钢卡口内安装相应的工字滑轨，同时安装滑道滚轴、吊绳和工字滑轨固定安全并牢固锁死工字滑轨，然后调整好工字滑轨高程和位置。

4.3 转体后合龙

(1)滑动闭合钢壳

确定钢壳、滑轨等设施已牢固锁死的情况下，在天气状态良好、风速较小的条件下进行转体操作。转体过程应实时监控，控制好转体速度，做到转体平稳、安全。

转体完成后，测量人员对节段预埋测点进行精确测量。采用点动的方式对平面位置偏差进行调节，保证梁体平面及高程调节后的偏差在±5 mm范围。

在规定的时间内快速解开各个钢卡口内木垛，松开各个工字滑轨的固定安全绳，并在固定安全绳保护下快速移动各个工字滑轨使其就位。调整工字滑轨的位置及标高，用木垛在钢卡口内再次锁死各个工字滑轨，拆除工字滑轨的固定安全绳。解开闭合钢壳固定安全绳后，采用卷扬机拉动拉绳，使滑动闭合钢壳处于设计位置。

(2)封闭闭合钢壳

在预埋钢壳内侧施焊闭合钢壳与预埋钢壳形成的两条搭接缝。拆除闭合钢壳内的加固装置、第二工字滑轨及其支撑型钢，焊接合龙段钢壳的剪力钉。

(3)施工中跨合龙段混凝土

按合龙段图纸进行钢筋安装、预应力管道安装、预埋件安装、混凝土浇筑、混凝土养护、预应力张拉及管道注浆工序。然后拆除底板、顶板上的工字滑道、滚轴，剪断吊绳、卡口等设施，至此合龙完成，如图7所示。

图7 中跨合龙

5 结束语

大树村龙川江三线大桥于2017年11月7日成功完成桥墩墩中转体，随后进行中跨合龙段施工，合龙用时仅30 d，且在施工期间没有发生任何质量安全事故。实践证明，本桥采用的自闭合式钢壳系统及其施工技术是成功的。

(1)钢壳与梁体通过剪力钉形成的钢-混组合结构，强度高、刚度大，受力合理，节省了材料、减轻了自重。

(2)钢壳采用剪力钉和加固装置避免了传统钢壳法在壳体内侧设置加劲钢板导致钢板占用空间大，后期普通钢筋和预应力筋的安装施工需在肋板打孔穿过，且削弱了钢壳结构承载力的问题。

(3)滑动装置使闭合钢壳快速就位，同时可作为闭合钢壳闭合过程中和合龙段混凝土浇筑过程中的辅助受力结构，使合龙施工更加安全。

(4)预埋钢壳与闭合钢壳设搭接段，滑动闭合钢壳快速就位后，在预埋钢壳内侧施焊搭接缝，消除了传统钢壳法转体到位后合龙口钢壳施焊对桥下既有线路的影响。