《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第二部分桥梁《准朔铁路黄河上承式钢管拱特大桥施工技术研究》​

本期项目简介

完成单位: 中铁六局集团有限公司、 中国铁路设计集团有限公司、 中铁六局集团太原铁路建设有限公司、 福州大学

主要完成人: 苏伟、 王振、 王钊祜、 王锋、宋顺忱、 王建军、 左家强、 周岳武、 任亚杰、 姚予东

项目简介

　　(一)项目背景

　　世界上最早修建的钢管混凝土拱桥在苏联地区,分析认为与钢拱桥相比,钢管混凝土拱桥可节约钢材52%,降低造价20%。然而,苏联最早两座桥的施工方法是在现场将钢管拱架分段预浇混凝土以后,在满堂支架上拼装成桥,因而钢管混凝土在施工安装方面的优越性能并未得到体现。这两座桥中只有第二座才算是真正意义上的钢管混凝土拱桥。

　　在我国,20世纪60年代南昌有色冶金设计研究院在山西省中条山铜矿尾矿输送线的27m跨桁架桥中,应用了钢管混凝土材料,其桁架压杆为外径140mm的钢管混凝土,这是我国在桥梁上部结构中首次应用钢管混凝土材料。目前我国已修建了大量钢管(箱)混凝土拱桥,其中重庆菜园坝公路大桥跨度达420m(中承式钢箱拱),贵州水柏铁路北盘江大桥跨度236米(上承式钢管拱)。

　　准朔铁路黄河特大桥主桥为跨度360m上承式钢管混凝土提篮拱桥,桥梁结构复杂、技术难度大,对其开展大跨度大吨位缆索吊装系统、大直径厚管壁钢管拱加工工艺及安装精度控制、钢管拱施工过程监测及变形控制等关键技术研究,不仅可以形成一种安全经济的大跨度铁路钢管拱桥的施工技术方案,确保该桥安全可靠的由图纸变为现实,还可以形成一套施工研究成果指导类似桥梁施工。

　　(二)技术概况

　　准朔铁路黄河特大桥全长655郾53m,造价2郾49亿元。全桥孔跨布置形式为(2-24+3-32)m预应力混凝土T梁+1-360m上承式钢管混凝土拱+(2-32+2-24)m预应力混凝土T梁,主桥为1-360m上承式钢管混凝土拱,一跨跨越黄河,是目前已建成的铁路同类型结构最大跨度的桥梁。

　　(三)适用范围

　　适用于公路、铁路等上承式钢管混凝土提篮拱桥的建造施工。

　　(四)获奖情况

　　(1)山西省建筑工程汾水杯奖;

　　(2)山西省第十五届太行杯土木建筑工程大奖;

　　(3)全国优秀焊接工程一等奖;

　　(4)山西省优良工程;

　　(5)中国铁路工程总公司科技进步二等奖;

　　(6)“海河杯冶天津市优秀勘察设计市政公用工程-道路与桥梁工程一等奖;

　　(7)中铁六局集团有限公司科技进步特等奖;

　　(8)省级工法14项,发明专利6项,实用新型专利7项。

项目创新点

　　1.首次研制了大掺量级配钢纤维顶升混凝土及其制备方法研制了高掺量、高工作性能、力学性能、耐久性能的级配钢纤维混凝土,提出级配钢纤维顶升混凝土及其制备方法,满足了钢纤维混凝土的技术指标及泵送顶升要求,为国内后续钢纤维顶升混凝土的设计、施工开了先河。

　　2.创新研制了大吨位大跨度缆索起重机缆索起重机起重能力320吨,额定净吊重280吨,跨度479.7m,实现了同一座桥采用支架法、单榀吊装法、双榀吊装法三种方法完成钢管拱悬臂拼装;并采用缆索吊完成拱上结构的架设。

　　3.创新提出了“预制、安装、湿接冶的方法施工拱上结构充分利用现场钢管拱预拼场地和大型缆索起重机的有利条件,成功解决了高空临河拱桥拱上结构施工难题。

　　4.创新了大直径、大壁厚拱管的制造工艺采用国内最先进的具有自预压功能的三辊轴卷板机和先进的焊接工艺,加工制造了直径1.5m、壁厚35mm的钢管拱弦管,高精度加工制造、安装了大跨度提篮拱活动铰支座,保证了架设过程中庞大的提篮型钢管拱的转动,形成了一整套铁路钢管拱工艺文件。

　　5.研发了悬臂拼装的铁路大跨度钢管拱合龙技术首次应用椎594花篮螺栓完成钢管拱瞬时高精度合龙,满足了拱肋7.5益下合龙内力的需求,确保了主拱肋的整体线型。

同类项目比较

同类项目比较见表 1。

应用案例

　　由中铁六局集团有限公司承建施工的准朔铁路黄河特大桥已成功投入运营。依托该工程施工,对准朔铁路黄河上承式钢管拱特大桥施工技术研究,成功解决了“大吨位大跨度缆索起重机的设计冶“大直径、大壁厚拱管的制造与安装冶“大掺量级配钢纤维顶升混凝土及其制备方法冶“上承式拱桥拱上结构施工冶等方面诸多难题,保证了准朔铁路黄河特大桥工程安全顺利完成。该项成套技术的各项成果已成功推广应用于准朔铁路黄河上承式钢管拱特大桥、太兴铁路柳林河1号大桥等工程建设中,均取得了满意的效果,发挥了积极的作用,得到了各级领导及群众的高度好评。

社会效益与经济效益

　　本项目的成功实施,实现了投资方和施工方双赢,既降低了施工成本,又实现了施工质量的控制,工程质量得到了业主、监理单位的高度认同,中央电视台等多家主流媒体都进行了报道,《新闻联播》进行过相关报道,当地政府已经将该黄河桥列为旅游景点,社会效益显著。

　　同时该项目经济效益显著,合计节约费用6416.75万元。其中钢管拱吊装采用单双榀结合的吊装方法;钢管拱转铰结构的制造,采用对转铰进行分段;钢管拱扣挂系统利用地形扣索锚碇采用岩锚形式;铁路大跨度钢管拱桥合龙施工;级配钢纤维顶升混凝土及其制备方法;上承式拱桥拱上仔型钢架施工;上承式拱桥拱上墩K撑施工;分别节约费用1500万元、40万元、470万元、50.9万元、423.88万元、63.04万元、3868.93万元。