吴建磊WU Jian-lei

（中铁十七局集团第三工程有限公司，石家庄050000）

1 概述

钢拱架采用多功能可调标准化特种钢拱架。钢拱架主要包括两部分，即基本节段和联结系。其中基本节段由拱脚段、标准段、调整段和拱顶段组成。标准段和调整段全横向宽度为70cm。截面下弦的两端为销孔的阴阳端，下弦杆在安装拱门时通过销钉连接。在安装过程中，该部分可以围绕销轴稍微旋转；节段上弦的两端为调节螺钉的阳端和阴端。两端螺纹都是T 型螺纹。安装拱门时，通过旋转阴阳弧头调节螺钉，如确保标准段到达指定位置。在安装拱顶段之前，拱顶段并不是一个完整的节段，而是完全一致的两个分节段，它是分开且相同的两个子段。上下弦杆由连接钢板连接，利用连接钢板的长度可消化安装期间产生的累积误差。

2 钢拱架拱脚与拱座的定位装置研发

钢拱架由多个组装单元组装而成。首尾的拱脚必须与拱底相连。现有的连接形式是在拱座的斜坡上开半圆槽，然后在半圆槽内放置拱脚端柱，中间拱架单元依次连接。端柱置于半圆槽内，稳定性差，总是无法避免的出现错位问题。若改变槽体，在原先半圆槽的基础上多出半个圆，发现效果得到明显改善，错位问题大有缓解，但安装较为费力，因开口较小，不能够直接安放，端柱也不能从前面进去。为此，对钢拱的拱脚和拱座的定位装置进行了研究。该装置对端柱在半圆槽内的安装具有良好的定位和调节作用，并保证端柱在安装过程中不会从槽中掉出。

为了可以把拱脚的端柱放入多半圆槽口中，经研究发现可以采取从槽口侧面插入的形式。首先用专业设备把吊起来拱脚，且放置在两个支撑叉的上方，也就是说拱脚的两侧可以被两个支撑叉分别支撑住，当支撑叉支撑住拱脚的时候，再合理调整位置。具体调整包括：①利用专业设备调整与座槽长度垂直的位置，从而移动拱脚；②调节拱脚的高度，即调节第一个油缸的高度，两个第一个油缸同时上升或同时下降，实现调节拱脚高度；③拱脚摆动调节，通过第二油缸的推动，水平杆上升接触拱脚，然后分别调节两个第一油缸，实现拱脚由水平杆支撑，顺时针或逆时针摆动。通过以上三项调整，使拱脚底柱与凹口对齐。对准后，可以通过人力或其他外力将支撑车沿座槽长度推动，实现端柱插入槽口中，当然，在此过程中，为防止倾翻，上面的起重设备的钢丝绳应一直处于悬挂状态。（安装示意图见图1）

图1 钢拱架拱脚与拱座的定位安装装置的结构示意图

3 钢拱架销孔对接工装研发

连接相邻两套机架的底部时，先将两组架体的销孔大致对应，然后微调对齐销孔。由于机架重量较大，因此很难通过吊装将相邻的两个机架对齐。 现有技术中，两个框架的销孔一般通过环链葫芦或钢丝绳对正，施工不仅难度大，而且时间长，桥梁的施工进度不仅会因此受到影响，更甚者可能影响到桥梁施工质量。为此，已经开发了钢拱架销孔对接工具。 与环链葫芦或钢丝绳牵引的方法相比，施工难度较小。在对准销孔的同时，将销孔插入两个框架的销孔中，完成两个框架的连接，加快桥梁建设进度。（结构图见图2）

图2 钢拱架销孔对接工装及细部结构示意图

钢拱架销孔对接工装包括销轴、导向头和扳手。销轴作为相邻两组架体的转轴，作用是连接相邻两组架体的销孔；尾端设有尾盖，靠近头端的侧壁设有安装开口销的安装孔；头端设置为尖头，导头的尾端与销轴的头端可拆卸连接；横截面为矩形，横截面较长边长小于销轴的直径，以确保导向头可以穿过框架的销孔。尾端面的长边长度与销轴的直径相同，以确保当导向头穿过两个架体销孔的重叠部分时，销轴可以穿过相邻两个框体的销孔重叠部分，扳手垂直于销轴设置，并与导向头可拆卸连接，用于使导向头绕销轴的转轴转动，以调整两架体销孔的相对位置，使其处在预定位置。

4 钢拱架拉绳的微调装置研发

钢拱架吊装时，在逐节安装钢拱架单元时，每根拉绳的受力都会发生细微的变化，在钢拱架的最终调整时，钢拱架需要由拉绳调节拱架的拱度。这时钢拱架就需要用拉绳进行调整。现有技术中，拉绳上装有手动葫芦，工人通过手动葫芦调节拉绳的松紧度和长度。然而，由于与钢拱架相连的牵引绳数量较多，每根牵引绳都需要对应一台手动葫芦，相应的成本必然增加。而且，手拉葫芦主要是用棘轮锁紧，单向旋转的特点不能适应拉丝过程，安全性差。为此，设计开发了一种结构简单、成本较低、安装方便、拉绳长度调节方便、安全性高的钢拱架拉绳微调装置。

在钢拱架单元搭设前，先对拉绳进行组装准备；牵引绳有两节，一端用于固定在地面或预制桥墩上，另一端用于与钢拱单元连接。两段拉绳分别连接两个牵引件。此时，第一连接元件和第二连接元件之间的间隔距离处于最小状态，两个牵引元件之间的间隔距离处于最大状态。拉绳固定在地面或桥墩上，并进行预收紧，进而与钢拱架单元相连。固定拉绳两端后，通过调节件调节第一连接件与第二连接件之间的距离，使第一连接件与第二连接件相互远离，两个牵引件相对移动，进而使两个牵引件相对移动，对拉绳进行收紧，同时缩短拉绳，使钢拱单元吊装平稳。后期调整钢拱度数时，拉绳的张力和长度也是通过调整元件来控制的。

5 钢拱架合拢段辅助装置设计研发

钢拱合拢不仅是钢拱架安装的关键工艺，同时也是其关键工序；现有钢拱在安装时同时安装在钢拱的两端，并在两段钢拱的中间封闭；然而，两段式钢拱架的折叠段可能无法安装标准框架，正因为如此，需要对标准架体进行切割、拼装和焊接，以封闭两段钢拱架。在这种情况下，现场加工存在极大困难，收尾效率必定受到不利影响。

5.1 钢拱架合拢段的安装架开发

安装架包括安装部和调整部；安装部用于与合闸段两端的钢拱连接，数量为两个；调节部有多个，分别设置在安装部的两端，并与安装件铰接；调节部与安装部形成六边形结构，相邻的调节部分铰接以调节两个安装部之间的距离。

与现有技术相比，封闭段两端的钢拱上分别连接有两个安装部，在安装过程中通过调节部的转动来调节两个安装部之间的距离，所以，可使安装架置于合拢段，完成两根钢拱的合拢施工；因为安装部和调整部是六角形的，安装部与调整部铰接，调整相邻的两个调节部的角度，可以改变两个安装部之间的距离；在将两个安装部固定在钢拱架上后，相邻的调整部之间会形成三角形结构，便于安装架稳定安装在合闸段。

支撑机构与调节部连接，连接合闸段两端钢拱顶，位于安装部上方；由于两个安装部同一端的调节部都是斜面，不便安装后续浇注模板支撑浇注模板；支撑机构可以连接封闭段两端的钢拱顶，在安装后续浇注模板时可以支撑浇注模板，从而便于后续的施工。

5.2 钢拱架合拢段的调节架

与现有技术相比，利用丝杠与套筒的螺纹配合，可以调节第一安装架和第二安装架之间的距离。第一安装架与连接件铰接，第二安装架与套筒铰接，第一安装架和第二安装架的安装角度可以调整。因此，便于将第一安装架和第二安装架安装在合闸段两端的钢拱架上，于合闸的施工效率而言大大提高了；杆与连接部可旋转地连接。因此，可以调整第一安装架的角度，并且可以将丝杠与套筒转动连接，从而调整丝杠伸出套管的长度，从而使第一安装架和第二安装架均能够置于合闸段，连接合闸段两端的钢拱，完成合闸施工；支撑机构连接第一安装架和第二安装架，一方面可以加强第一安装架与第二安装架的连接，方便提高闭合段的连接强度。另一方面方便支持浇注模板的后续安装，详见图3。

图3 拼装支架合龙

6 钢拱架拆卸装置

在桥梁施工期间，应先在施工现场预架设钢拱架，之后在架设好的钢拱架上铺设砌块或浇筑混凝土。桥梁施工完成后，拆除钢拱；拆除钢拱架时，出于安全的角度考虑，应先将需要拆除的钢拱架固定，如此可避免钢拱架坠落问题；就当前的市场而言，通常的加固钢拱架的方法是在桥梁拱圈上钻孔，将悬索的一端连接牵引装置，悬索另一端穿过拱圈孔后，固定在钢拱架上，如此可把拆开的钢拱架通过悬索送至地面；桥梁拱圈冲孔后，会破坏桥梁结构，桥梁的支撑强度也会因此打折扣，安全问题不容忽视（见图 4）。

图4 钢拱架拆卸装置的主视结构示意图

本文所述的钢拱拆卸装置较之于现有的技术，大有不同，且效果显著。本钢拱架拆卸装置，操作平台通过两条吊索悬挂在吊梁上，在行走机构上水平设置吊梁，行走机构可沿拱圈的第一轨道运动，行走机构运动时，带动操作平台沿拱圈设置方向运动。

拆卸钢拱架时，操作平台在钢拱架下方通过行走机构带动拆卸。施工人员位于操作平台上，由于操作平台两端伸出拱圈外，拆除待拆钢拱架，拱架通过施工现场的升降装置到达存放处，无需在拱圈上打孔，拆卸过程方便安全，桥梁结构不会因此受到破坏和影响。

7 结论

通过反复试制、试验、改进研究，钢拱架拱脚定位装置、拉绳微调装置、合拢段安装支架、钢拱架拆卸装置等工装的研发与成功应用，提高了拱桥的施工效率，保证了施工质量。该系列工装设备的研发，提高了拱桥施工综合水平，全面推广应用后，将创造更加良好的经济效益和社会效益。