施 工 工 艺
中铁二局五处 刘应军 吴明
深圳北站大桥位于深圳市火车北站，主桥为单跨150m的下承式钢管砼系杆拱桥，拱肋为钢管桁架拱，共设两片分离式平行无铰拱，拱肋中心距为18.5m，之间以“一”字横撑及“K”型横撑相联。拱肋矢跨比为1/4.5,横截面高×宽=3.0×2.0m，为等高度悬链线体，由4根φ750×12mm的钢管组成上、下弦管，其间以上、下平联管，直、斜腹管联接成空间四肢格构式桁架。单片拱肋分七段在工厂加工成型后运至工地组拼成拱。
由于主桥一跨跨越深圳市火车北站站场的29股轨道，下有广深、广九高速列车及其它客、货车频繁通过，站场内调车频度也极高。且拱肋分段多、吊重大（最重达37t），在考虑施工安全和施工的可操作性时，
经多方论证，主拱肋的吊装采用缆索吊机与千斤顶斜拉扣挂相结合的施工方案，下面就这一技术的工艺设计和实施作一简述： 1.工艺技术设计 1.1 钢管拱肋
1.1.1 钢管拱肋分段及大段接头
全桥共设拱肋两片，单片拱肋分七段预制，其分段情况如下：
节段 1（拱脚段） 2（次边段） 3（第三段） 4（合拢段） 分项 质量（t） 成拱水平投影长（m） 37.2t 19 29.5t 22 29.05t 22 27.8t 22 拱肋接头在施工时均采用内导管作为衬套并兼作导向,螺栓与马板相结合的联接方法，每根主管设4颗M27的螺栓和4块马钣，螺栓系安装时连接，而马钣则待分段安装好，并调整好轴线和标高后再安装焊接，段间接头间隙均为6mm，合拢段在工厂加工时设有制作余量，安装时根据现场实测数据进行现场下料，并设可移动的内衬套，以减少环境变化及安装精度的影响，保证合拢精度。(见图2)
1.1.2 拱脚铰支
为使悬拼时拱肋具有适当的转动性，消除拱座弯矩，方便拱肋轴线和标高的调整，拱脚设置有临时施工铰，合拢固接后不拆除而直接埋入拱脚实腹段砼中。(见下图)
图3
1.2、缆索吊运系统及扣索系统 1.2.1、缆索吊机系统
本缆索吊机3跨连续，其索道跨度为118m+197m+128m，两端塔架设于主桥墩柱以外，用N型万能杆件拼装，门柱结构，塔高66m，宽28m，塔脚铰接。两组立柱的肢数为“4.3.3.4”形式，单肢截面为“十”字型。东塔距主桥东墩37m，兼作吊装场地，西塔距主桥西墩10m。缆索吊机设主缆一组（由四根φ55的密封式钢丝绳组成），辅助工作索道两组(由2根φ47.5的钢丝绳组成,主缆设跑车两个，采用6×19+1的φ21.5钢丝绳作牵引绳，走2布置，6×19+1的φ19.5钢丝绳作起重索，走8布置，设计吊重40t。利用10t和8t的慢速卷扬机作牵引和起吊动力。工作索道设跑车（搬运器）各一个，采用6×37+1的φ19.5钢丝绳作循环绳，以6×37+1的φ15.5的钢丝绳作起重绳，走4布置，并采用2台双卷筒卷扬机作动力，工作索道设计吊重为5t。塔顶设可移式索鞍，通过横移索鞍达到覆盖全桥的吊装要求。缆索系统依靠塔架的背、侧缆风索和塔间的对拉缆风绳稳定，主地垄采用重力式地垄，关于缆索吊机的设计其它资料已详述，故本文不再重复。
1.2.2、扣索系统
由于本桥跨距大，特别是受铁路限制多，施工场地极为狭窄，经多次论证，决定采用钢绞线作扣索，利用千斤顶进行张、放，并采用主、扣塔共用。扣索系统主要由以下几部份组成：拱端扣梁、塔部扣鞍、扣索地垄体系及钢铰线等。
1.2.2.1、拱端扣梁（即前锚系统）
根据扣索索力计算，确定扣点挑梁及挑梁座的规格及焊接要求，其中拱脚段及次边段扣点挑梁采用匚
28a，第三段采用匚40a作梁。为方便
施工，扣梁座除座面角度有变化外，其他都相同。扣梁布置在拱肋上弦管距拱肋接头后2m处。考虑到每组扣索钢绞线的受力不可能很均匀，且施工又处台风区，钢铰线使用应力低（仅到极限应力的0.3左右），钢绞线容易发生滑动，为保证扣梁处钢绞线锚固效果，在扣梁处采用P型锚具对钢绞线进行锚固。
1.2.2、扣索钢绞线
为简化场地布置，降低投入，本桥扣索采用1860MPφ15.24的钢绞线（因使用应力低，使用时间短故可以回收利用），扣索布置在拱端两侧，其中拱脚段，次边段布置4根钢绞线，第三段布置10根钢绞线，呈对称布设，即一、二段每侧2根，第三段每侧5根。合拢段不再设扣，
扣索在扣梁处锚固后，经塔体扣鞍转向后进入地垄锚
1.2.2.3、扣塔及扣鞍
因受场地限制，无法单独设扣塔，故本桥施工时采用缆索主塔与扣塔共用的形式，部位因设扣鞍的需要，故对塔体进行了加强。
根据预应力设计规范，预应力束弯曲半径不小于4m，要在塔上两米宽的范围内设这么大的圆弧且要与前、后出绳角度相适应，显然是十分困难的。考虑到本桥钢绞线使用应力低，使用时间短的实际情况，并通过模拟实验（实验时钢绞线应力达极限强度的0.70~0.75），证明在一定的小弯曲半径下钢绞线的使用情况是正常的，因而我们采用了φ400mm的滑轮作扣索索鞍，共布置3排扣鞍分两层布置，第一组扣索在下层，二、三组在上层，为保证拱肋起吊时安全穿越已吊安段扣索，扣鞍向拱轴线外侧作了移动，具体结构如图：
1.2.2.4、扣索地垄体系
扣索地垄体系包括扣索地垄，张拉系统和转换体。
（1） 扣索地垄采用重力式地垄，为了系统转换和穿束方便，地垄前端预留明槽，地垄计算方法属常规计算，此处不再详述，仅将最终的计算结果给出，安全系数取值如下：
抗拔K1=12.2 抗滑K2=3.02 抗倾覆K3=4.08
（2） 张拉系统和转换件
用千斤顶斜拉扣挂法安装拱肋，其拱肋标高的调整需通过千斤顶对钢绞线的放、张来实现，为方便扣索的张、放，在地垄部设置了转换装置，扣索的放、张通过精轧螺纹钢的放、张来实现，即第一、二组扣索利用转换梁将两根钢绞线转化为一根精轧螺纹钢上，第三组于单侧为五根钢绞线，通过转换梁转化为两根精轧螺纹钢，然后利用千斤顶放、张精轧螺纹钢达到调整拱肋的目的，张拉端钢绞线锚具采用OVM15—1型自锚锚具，以防止夹片滑落，具体的转换与张拉布局如图：
（3） 减震装置：
为减少风动及钢纹线受力不均而出现的振颤现象，除在拱端扣梁、扣鞍及扣索转换梁端捆扎减震胶皮外，还参照高压输电线的减震方式，在塔架与扣梁、塔架与地垄之间的钢绞线上设置了双减震器，并用木夹板在间距15～20m处将钢绞线两定位卡死，以减少振动，增大安全可靠度。
减振器布置图示：
1.2.5、拱肋侧缆风：
每段拱肋在端头对称设四根φ15.5钢丝绳作侧缆风，每侧两根，第三段在其段中再增设4根，拱肋侧缆风主要作为横向稳定和控制、调整拱肋轴线，其索力基本控制在2.5～4.0t之间。
1.3、扣索索力计算
扣索索力计算按两种情况进行，一是螺栓连接时按铰接计算，其二是加焊马钣后按刚接计算，因已有专文对计算方法进行论述，故本文从略，仅给出计算简图及计算结果。
扣索索力计算值与实测值对比表
索号 工况1 工况2 工况3 工况4 a 1理 1实 东端 2理 2实 3理 3实 1理 1实 西端 2理 2实 3理 3实 41.1 34.3 66 60 59.8 52 61.7 53 58 51 b 64.7 57 59.8 53 60.6 52 58 51 a 54.5 45 59.8 53.1 43.5 39 46.4 42 58 51 45.7 41 b 54.8 45 59.8 53.2 43.5 39 46.7 42 58 51 45.7 41 （合拢） 54.5 45 59.8 53 52.6 43 46.7 42 58 51 55 47 根据上表可以看出,其每根扣索的实际张力均小于理论计算值，究其原因，主要是因为在计算时，取其质心在水平投影的中点上，而实际上对于悬链线的拱除中间对称段其质心在水平投影的中点外，其余6段实际上均是下偏，同时在实际施工中挂篮及其它施工荷载运没有计算的大，故理论计算值比实际测试的结果偏大。
1.4、监测、监控
因受铁路运营所限，所有吊装工作只能在夜间进行，故夜间对运作系统的监测、监控尤为重要，施工中，除了安排专人对缆扣系统检查外，
还在各操作点配备了有线电话和对讲机，形成双向通讯网络，以加强联系，及时反馈各种信息，同时在重要部位安设了红外线监视仪，对其运行情况进行全工况监控。并对扣索及缆风索的实际受力情况进行了测试。
对拱肋的安装精度测试采用两台全站仪进行监测，达到相互印证，保证施工精度，安装时的粗则测采用水平仪与悬尺控制标高，以经伟仪和刻度尺控制轴线。
1.5、跨线防护
为保证铁路正常运营，减少施工干扰，在桥下设置防护栈桥一座，栈桥长140m，宽25m，高7m。其立柱及纵梁均采用工字钢梁，纵梁上间隔1m铺50型钢轨横梁，上铺5 cm厚的木板作桥面。两侧设置栏杆，形成全屏闭式防护体系，并在高压接触网跨区加设绝缘棚，以解除高压感应电流对施工的威胁。
1、 钢管拱肋悬拼流程
为尽量减少对铁路安全运营的威胁，减少大跨悬臂扣挂间时，根据现场实际情况，主桥拱肋的吊安采用单拱合拢的方式进行，吊装时，东、西端差时对称进行，为减少拱肋起吊穿越扣索的影响，吊装均按先西段后东段的顺序进行。
2.1、悬拼流程图示：
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