CN117552328A - 装配式cfst拱桥拱肋快速施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，属于拱桥拱肋快速施工技术领域，所述方法包括如下步骤：步骤1：对拱桥拱肋钢结构制造和运输；步骤2：对拱桥拱肋的大临结构进行设置；步骤3：对拱桥拱肋悬臂进行拼装。本发明采取“工厂化制造、标准化生产、模块化安装”的理念，从大临结构标准化设计、装配式安装、钢结构加工制作、运输等方面进行系统筹备，掌握关键影响环节，实现了拱肋高精度快速悬臂拼装，有效降低了拱肋安装风险，使得关键控制性工程的工期得到了保障，为类似桥梁施工提供借鉴。

Description

装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法。

背景技术

越来越多的桥梁朝着大跨度、工厂化、装配式的方向发展，其中CFST拱桥因其承载能力高，跨越能力大，经济性能好、后期维护少等优点，在峡谷、江河湖泊，越来越多的开始推行CFST拱桥。传统拱肋节段间通过法兰对接，风撑采取焊接的方式；为实现快速拼装施工，减少现场高空焊接，提升工程质量，幅间风撑逐渐采用节点高栓连接，全栓接悬臂拼装对精度提出了更高的要求。如何实现全栓接拱肋高精度安装，是钢管拱肋施工的一个技术难点。

随着大跨CSFT拱桥的不断发展，目前拱肋的建造方式也逐渐往工厂化、标准化、装配式方向发展。大桥建设工作主要在厂内完成，现场仅进行必要的安装工序，在保障精度质量的同时，也提高了现场悬臂施工的效率。拱肋快速施工，需重点从钢结构的加工、缆索吊装系统、斜拉扣挂系统、不利施工环境等方面采取措施。因此，根据施工的期限，需要设计一种装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，解决现有的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：对拱桥拱肋钢结构制造和运输；

步骤2：对拱桥拱肋的大临结构进行设置；

步骤3：对拱桥拱肋悬臂进行拼装。

进一步地，步骤1的具体过程为：

拱肋加工采取卧拼和立拼双拼工艺，在卧拼过程中，为控制拱肋加工线形，弦管接长弦差按照5mm控制，在立拼过程中，旁弯按照10mm控制，轴线偏差8mm以内，节段长度偏差按照5mm进行控制，

为控制焊接收缩变形，在节点板上设置独立支撑，预留焊接自由伸缩端，通过试验提前确定收缩量进行补偿；

为保证法兰盘密贴，盘面采用机床铣面处理，提前将两个盘面采用临时螺栓顶紧贴合，卧拼时满焊一端法兰加劲板，另外一端预留，在立拼线型验收合格后进行焊接，保证拱肋吊装前法兰密贴；

拱肋立拼验收完成后，采用三维激光扫描仪对整个轮次进行扫描，三维激光扫描仪精度为2mm，并将扫描模型与制造BIM模型对比，三维分析构件加工精度；

钢结构制造在验收合格后，整节段进行防腐，涂装，然后将整节段吊装至船上整体运输至桥位，节段运输至桥位后，将节段按照成桥状态进行立拼，将风撑匹配安装。

进一步地，步骤2的具体过程为，桥拱肋采用缆索吊装和斜拉扣挂的无支架安装工艺，缆索吊装系统是桥安装的设备，施工效率及吊装占据关键线路，在缆索吊装系统设计时，设置两组独立运行的主吊，单组主吊最大吨位为160吨，单组即可完成拱肋节段的吊装，缆塔设计采用630×12mm钢管、型钢组成的门式桁架结构，缆塔采用装配式设计，主管间采用法兰连接，管间联杆、临时防护均通过螺栓连接，构件工厂化制作，现场利用塔吊进行快速拼装，施工效率及安全均得到有效的保障；

斜拉扣挂设计时，扣塔与缆塔采取同类型的设计思路，在锚箱、锚座、锚箱、操作平台采取标准化设计，构件通过插销和螺栓的方式连接。

进一步地，步骤3中，拱肋悬臂拼装是安全风险最高的阶段，拼装过程中，制约拱肋安装效率的包括船只定位，温度影响拱肋精调定位，扣背索安装、预紧、张拉，幅间风撑安装，节段包板焊接及高栓连接；

然后进行拱肋连续吊装时机的确定，按照行业要求，安装前应确保足够的待安装拱肋节段，至少满足1条拱肋安装或者不少于全桥安装节段数量3/4的节段存放后才进行安装，其目的是避免大悬臂状态等待拱肋节段而增加的风险；

在实施过程中，每个项目的运输、加工情况均有差异，拱肋成品节段供应受钢结构加工工效、钢结构运输、转运、天气的因素影响，在开始吊装前，需综合对拱肋节段的供应综合分析，保证拱肋节段连续供应。在此期间，可进行1#节段的就精准调节和安装，提高首节段的安装精度，为后续吊装奠定基础；

船舶进行定位，节段发船在早上5-6点进行，使用施工船舶快速定位且不影响通航的方法进行吊装作业，需要提前1天定位才能满足施工进度需求，使用该方法仅需20分钟即可，节约了工期，每次吊装可节约定位时间一天；

扣背索的安装、预紧及张拉，扣背索施工工序可提前进行，背索可直接进行锚固，扣背临时锚固至已安装节段，当拱肋法兰高栓施拧完成后，施做扣索P锚，为避免扣背索钢绞线束缠绕打搅，各钢绞线无法均匀受力，扣背索钢绞线采取单个穿索的方式，保证各钢绞线平行；

扣索安装完成后，采用智能连续预紧千斤顶进行扣背索的自动预紧，预紧千斤顶油缸采用蜂窝式设计，每个单根预紧千斤顶对应预紧一根钢绞线，根据连通器原理，在一密闭容器里，压力处处相等，从而可确保每个单根预紧千斤顶输出相等的预紧力，即钢绞线预紧完成后，受力均匀一致，预紧设备预紧效率比普通单根预紧工效提升4倍；

包板及高栓施工，包板焊接工效制约只要在于人员投入，包板施工主要工序有：组装、焊接、焊缝检测、涂装，环形焊缝要求高，焊接过程中需要做好防雨、防风措施，保证焊接质量，包板的焊接需按照流水作业组织，滞后数量应控制在2个节段以内；

高栓连接主要工序有：初拧、终拧、检测、封栓，单个节点栓群施拧时间为2h，制约工效的环节为节点安全操作平台的数量及周转效率；

拱肋合龙，拱肋合龙段采用内置式瞬时合龙接头，拱肋节段吊装完成后，调整拱肋标高、线形后，现场配孔并用高强螺栓连接接头工字钢，及时焊接对接套管，完成拱肋的全桥合龙，提前3-7天对拱肋线形、温度、索力的数据监测，合龙时，在线形、温度稳定后即可开始拱肋合龙，合龙时，每个合龙扣配足配钻、栓接、装配及焊接人员，考虑合龙时无法达到设计温度的情况，需提前计算不同温度情况下的拱肋线形，以最短的时间完成拱肋的体系转换。

进一步地，步骤3中，先要提前对钢管拱首节段进行施工安装，具体过程为，步骤3.1.1：拱座预埋段安装，拱座预埋段结构为4根套管与1组铰座构成，底部通过型钢连接架连接为整体，根据设计图纸精确放出左右幅预埋段弦管支撑架的位置，控制点为铰槽预埋板，由于加工误差，需以铰轴中心点作为控制点，以铰轴的设计坐标进行精确放样，控制3mm以内采用穿轴线进行复核；

步骤3.1.2：拱座分层浇筑线上设置预埋段支撑型钢，支撑型钢采用双拼HN200×100mm型钢，支撑型钢与拱座内预埋钢板焊接连接；

步骤3.1.3：支撑型钢安装前对预埋钢板进行复测并调整，确保支撑型钢顶面在同一面上，以保证各支撑型钢与定位钢支架底面密贴，通过填塞钢板的方式调整预埋钢板标高；

步骤3.1.4：支撑型钢安装完成后在其顶面放出定位钢支架位置并做好标记，利用缆索吊并人工配合依次安装左幅弦管支撑钢支架、右幅弦管支撑钢支架及中间连接架，吊装时按支撑型钢顶面标记位置放置定位钢支架，放置到位后连接支架之间的螺栓使之形成整体，而从完成预埋段的初步定位；

步骤3.1.5：定位钢支架形成整体后在其下方设置三向千斤顶以调整其相对拱座的位置及高程，待首节段安装精准定位后，再通过三向千斤顶精调预埋段与首节段匹配；

步骤3.2.1：首节段支架安装，根据首节段结构形式和位置设计首节段定位支架，基本原则是首节段支架支撑点轴线位置与安装姿态下的首节段弦管一致，高程位置比首节段弦管低5-10cm，预留三向千斤顶有足够的调整空间，同时应注意对定位支架进行受力计算，采取增加侧向支撑等措施确保支架受力后的整体稳定性；

步骤3.2.2：对支架地基承载力进行检查，若承载力不满足要求，应提前进行地基处理，地基验收合格后，按支架设计图放线定位；

步骤3.2.3：按放样位置施工支墩基础，要求找平基础顶面，同时在基础顶面预埋钢板，作为固定钢管立柱的构件；

步骤3.2.4：采用汽车吊配合作业，依次安装钢管立柱、柱间连接杆、柱顶分配梁和弦管支座，按设计图控制支座高程，确保首节段的调节空间；

步骤3.3.1：节段下胎及检查，根据钢结构制造精度要求及预拼装要求，组织相关单位对钢结构制造与立拼进行验收，检查立拼节段的标高、旁弯、垂直度、对接接头相对高差、内侧弦管对角线偏差、节段间法兰盘间隙的关键指标；

步骤3.3.2：在首节段上下弦管的前后端1.2m设置标志明显的测点，并采集测点数据，立拼验收合格后的该测点数据经坐标转换后作为桥位区安装的目标值；

步骤3.3.3：首节段立拼验收合格并收集完相关控制点数据后下胎转运，转运前应该检查操作平台、吊点、扣点的临时构造的加工焊接质量以及锚箱与扣点的匹配性；

步骤3.4.1：节段装船与运输，船舶运输前，对接相关部门及安排人员进行封航处理，根据节段吊装位置结合缆索吊下放位置进行船舶定位，确保缆索吊能垂直起吊，使构件摆放位置与主拱肋轴线投影一致，起吊后能直接转运至安装位置无需进行转体操作；

步骤3.4.2：装船前，运输船舶船头向外，停靠于钢结构拼装场码头栈桥船坞内，将船尾甲板的缆风绳与岸上预设的系缆岸桩连接，船尾缆风绳连接岸桩固定货船一端，船头缆风绳与河道中栈桥钢筒桩上预留的系泊点连接，然后解锁固定构件的绑扎绳索，首节段下胎，利用龙门吊吊运至运输船的台座上；

步骤3.4.3：由工人利用船舱内的加强固定支架和限位块进行临时固定，并用钢丝绳将构件横向和纵向分别缠绕并用手拉葫芦收紧固牢，同时底部设置固定工装，将下弦管于船舱底部进行固定，侧面用型钢进行固定约束，防护侧面滑移；

步骤3.4.4：确认节段安放稳定性、固定措施连接可靠后，解除龙门吊大钩、船舶固定缆风绳，将船开出栈桥，行驶至缆索吊正下方起吊区，将缆索吊下吊点下放，为船舶定位提供最直接的位置，抛锚定位；

步骤3.5.1：节段起吊与安装，吊装前对缆索吊的结构运行状态及各个子系统再次排查，确保缆索吊能正常安全使用，并提前在支架支撑点位置安放三向千斤顶，为首节段调整做预备；

步骤3.5.2：当运输船舶抛锚定位好后，缆索吊下游主吊下放，工人上船在指定吊耳处依次安装好卸扣，并进行检查，构件全部连接完成后，解除捆绑固定钢索，人员撤离甲板，由缆索吊进行吊装作业，当节段完全吊运出船舱后，运输船起锚驶离吊装区；

步骤3.5.3：首节段吊运至空中时，调整拱座侧吊点处于低端，跨中侧吊点处于高端，调整节段姿态倾角，大致符合成桥姿态，缓慢靠近首节段支架，吊装就位后，观察节段倾角偏差，通过调整前后吊点的高差达到节段初调竖向位置的要求，使拱脚端铰轴放置在铰座内，并与铰座密贴，整个节段缓慢放置于支架上；

步骤3.5.4：首节段初步就位后，缆索吊吊钩逐渐卸载，过程中注意检查首节段与支架的整体稳定性，必要时增加稳定性措施，确保三向千斤顶微调过程中节段不发生倾覆的危险；

步骤3.5.5：确认就位稳定后，调节支架支撑点处三向千斤顶，同时配合高精度全站仪测量定位，逐步实现首节段的精调到位；

步骤3.5.6：当首节段各项测量控制数据均满足要求后，及时进行加固，首节段与支架间塞满点焊，铰轴位置焊轴线限位板，拉好侧向揽风，保证揽风绳受力端头牢固不发生位移，确保节段姿态保持不变；

步骤3.6.1：风撑安装，(1)待左右幅首节段安装就位完毕后，进行一字风撑安装作业，节段间风撑利用缆索吊工作吊进行吊装，吊装至安装位置前端，调整风撑姿势，姿势调整到位后通过手拉葫芦拽动风撑，使其端点嵌入节点板，节点板与连接板逐渐对准并打入冲钉并施拧临时螺栓，实现风撑的精确对位；

步骤3.6.2：定位完成后迅速安装节点螺栓，对称进行紧固，先对节点高强螺栓进行初拧，初拧扭矩为终拧扭矩的50％，初拧完成后按照施工终拧扭矩值统一进行终拧，初拧、终拧应在一天内完成；按照规范采用扭矩法对高强螺栓紧固质量进行检验，扭矩检查应在终拧1h后、24h内完成；

步骤3.7.1：节段匹配、定位调整，首节段及风撑安装完成后，利用在支撑架下方设置千斤顶精确调整支撑架的绝对位置，使其能与首节段进行匹配，并对局部杆件位置进行微调；

步骤3.7.2：三向千斤顶调节时由于定位支架为空间姿态调整，三个方向上互相影响，因此三向千斤顶调节时应相互配合，逐步逼近能与首节段匹配的位置，弦管错边量不大于2mm，铰轴与铰槽密贴，部分构件不能匹配的，应该单调，首先调整横桥向位置，再调整纵桥向位置及高程位置，由于纵桥向位置与高程之间相互影响极大，因此调整时需分多轮次进行，每轮次各千斤顶行程控制在5mm内；

步骤3.7.3：调整完成后在支撑型钢与定位钢支架之间填塞钢板使两部分密贴，然后复测节段弦管、铰座位置，满足设计要求后将支撑型钢、填塞钢板、定位钢支架底面焊接连接，防止浇筑混凝土时定位钢支架移位；

步骤3.7.4：焊接完成后三向千斤顶回油并撤出，进行拱座预埋段钢筋、模板、混凝土的施工，在其余各项施工时要继续观测节段弦管、铰座的位置，发生移动时应立即停止施工并进行调整，特别是在混凝土浇筑时严禁触碰定位钢支架。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明采取“工厂化制造、标准化生产、模块化安装”的理念，从大临结构标准化设计、装配式安装、钢结构加工制作、运输等方面进行系统筹备，掌握关键影响环节，实现了拱肋高精度快速悬臂拼装，有效降低了拱肋安装风险，使得关键控制性工程的工期得到了保障，为类似桥梁施工提供借鉴；

(2)首节段精调施工技术，顺利实现了首节段高精度安装以及首节段与预埋段原位匹配，实现了技术进步，推动了拱桥施工技术创新，为钢管混凝土拱桥向更大跨径、全栓接结构发展提供了新的技术支撑。

附图说明

图1是本发明立拼轮次工效统计图

图2是本发明立拼轮次工效统计图；

图3是本发明立拼工序工效统计图；

图4是本发明拱肋吊装工序影响因素分析图；

图5是本发明拱肋吊装工效统计图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图2-5所示，乌江特大桥为例，乌江特大桥主桥为504m上承式CFST拱桥(在建同类型最大跨径拱桥)，是贵州德余高速全线关键控制性工程，拱圈共计60个节段，最大吊装157吨，首创整体式钢管拱全栓接装配式设计，拱肋节段高度为11.4-8.4m，宽度为3.9m，长度为20m。拱肋节段间采用内法兰进行连接，左右幅间风撑通过高栓节点进行连接。桥梁钢构件在钢结构加工厂制作完成，利用乌江航道运输大型构件至施工现场，经立拼后二次下水高空安装拱肋节段。拱肋快速拼装施工的关键线路为：缆索吊装系统→钢结构加工、运输→扣挂系统→拱肋悬臂拼装。

步骤1：钢结构制造、运输，如图1所示：

大桥横跨乌江航道，桥位处于贵州典型喀斯特重丘陵地区，陆运交通十分不便，无法进行大型钢结构运输。为此，在设计阶段，提前对乌江航道的水位变化情况，过闸尺寸、船只的运输能力及船舶运输的程序等，最终确定构件最大运输尺寸为：10.8×56×9.8m。为实现工厂化制造，大节段运输，将拱肋高度按照运输尺寸进行优化。

为实现全栓接拱肋3mm精度，拱肋加工采取卧拼+立拼的双拼工艺，厂内按照监控提供的无应力线形进行加工，弦管接长采取“以直代曲”的工艺，桁片及节段采取“5+1”方式匹配制造。卧拼重点环节有：板单元精度控制，卷管质量控制，弦管接长控制，桁片卧拼控制，拱肋合拼控制。在验收合格后，整节段进行防腐，涂装，然后将整节段吊装至船上整体运输至桥位。

节段运输至桥位后，将节段按照成桥状态进行立拼，将风撑匹配安装。立拼过程中重点管控的环节有：节段进场检验，拱肋上胎控制，风撑匹配控制，法兰密贴控制，立拼线形控制。全桥立拼分4个轮次进行，第一轮次为3+1，后面三个轮次为4+1，平均每轮次拼装时间为25-30天。

拱肋拼装完成后，采用三维激光扫描仪对立拼姿态进行扫描，扫描模型与建模模型进行模拟分析，严格控制拱肋加工三维精度，同时将立拼扫描模型与现场吊装模型进行模拟，预判悬臂拼装可能存在的问题，提前采取措施进行处理。

步骤2：大临结构设置

大桥拱肋采用“缆索吊装+斜拉扣挂”的无支架安装工艺，缆索吊装系统是大桥安装的主要设备，其施工效率及拱肋吊装占据关键线路，是提升工效的重点研究方向。

为实现拱肋快速吊装，在缆索吊装系统设计时，设置两组独立运行的主吊，单组主吊最大吨位为160吨，单组即可完成拱肋节段的吊装，相比传统缆索吊减少横移次数30次，节约工期约30-45天。

缆塔设计采用630×12mm钢管、型钢组成的门式桁架结构，为实现缆塔的快速拼装，缆塔采用装配式设计，主管间采用法兰连接，管间联杆、临时防护均通过螺栓连接，构件工厂化制作，现场利用塔吊进行快速拼装，施工效率及安全均得到有效的保障。

斜拉扣挂设计时，扣塔与缆塔采取同类型的设计思路，在锚箱、锚座、锚箱、操作平台采取标准化设计，构件主要通过插销、螺栓的方式连接。

步骤3：拱肋悬臂拼装

拱肋悬臂拼装是安全风险最高的阶段，拼装过程中，制约拱肋安装效率的有：船只定位，温度影响拱肋精调定位，扣背索安装、预紧、张拉，幅间风撑安装，节段包板焊接及高栓连接等，其影响程度如图4所示：

拱肋连续吊装时机的确定

按照行业要求，安装前应确保足够的待安装拱肋节段，一般宜至少满足1条拱肋安装或者不少于全桥安装节段数量3/4的节段存放后才进行安装，其目的是避免大悬臂状态等待拱肋节段而增加的风险。

在实施过程中，每个项目的运输、加工情况均有差异。拱肋成品节段供应受钢结构加工工效、钢结构运输、转运、天气等因素影响，在开始吊装前，需综合对拱肋节段的供应综合分析，保证拱肋节段连续供应。在此期间，可进行1#节段的就精准调节和安装，提高首节段的安装精度，为后续吊装奠定基础。

船舶快速定位

节段发船宜于早上5-6点进行，使用施工船舶快速定位且不影响通航的方法进行吊装作业，相比传统运输定位需要提前1天定位才能满足施工进度需求，使用该方法仅需20分钟即可，大大节约了工期，每次吊装可节约定位时间一天。

扣背索的安装、预紧及张拉

为保证拱肋快速安装，扣背索施工工序可提前进行，背索可直接进行锚固；扣背临时锚固至已安装节段，当拱肋法兰高栓施拧完成后，施做扣索P锚。为避免扣背索钢绞线束缠绕打搅，各钢绞线无法均匀受力，扣背索钢绞线采取单个穿索的方式，保证各钢绞线平行。

扣索安装完成后，采用智能连续预紧千斤顶进行扣背索的自动预紧，预紧千斤顶油缸采用蜂窝式设计，每个单根预紧千斤顶对应预紧一根钢绞线。根据连通器原理，在一密闭容器里，压力处处相等，从而可确保每个单根预紧千斤顶输出相等的预紧力，即钢绞线预紧完成后，受力均匀一致。研发的该新型预紧设备，提预紧效率比普通单根预紧工效提升4倍。

拱肋定位精调

拱肋吊装至待安装位置后，施拧法兰高栓使得法兰盘密贴，完成拱肋切线拼装，复核其轴线偏差。待扣背索预紧完成后进行张拉，张拉至80％时，缆索吊退出受力。然后根据测量机器人实测的变形数据，结合温度情况，确定拱肋在白天的张拉定位数据。为确保拱肋绝对精度，凌晨0-4点复核数据，若存在较大偏差，则在凌晨5-7点二次精调。

幅间风撑安装

左右幅拱肋安装完成后，利用工作吊安装风撑，风撑安装前，复测左右幅的绝对位置及相对偏差，严格控制左右幅的高差。风撑安装时，调整风撑至安装姿态，通过手拉葫芦进行精准调节，最后施打冲钉及临时螺栓，完成风撑定位。风撑安装与节段吊装错开进行，风撑安装工效为1天2个，相比传统焊接风撑安装3-4天/个，可节约工期2-3天，保证了风撑的同步跟进，有效避免风撑安装占据关键线路，同时风撑的同步跟进安装，增加拱肋悬臂状态段刚度，减少拱肋变形。

包板、高栓施工

包板焊接工效制约只要在于人员投入，包板施工主要工序有：组装、焊接、焊缝检测、涂装。环形焊缝要求高，需投入焊接经验丰富人员，焊接过程中需要做好防雨、防风措施，保证焊接质量。焊接工效：8-10m/天，单个节段包板焊接投入至少2人，焊接时长为3天。包板的焊接需按照流水作业组织，滞后数量应控制在2个节段以内。

高栓连接主要工序有：初拧、终拧、检测、封栓。单个节点栓群施拧时间为2h，主要制约工效的环节为节点安全操作平台的数量及周转效率。

拱肋合龙

拱肋合龙段采用内置式瞬时合龙接头，拱肋节段吊装完成后，调整拱肋标高、线形后，现场配孔并用高强螺栓连接接头工字钢，及时焊接对接套管，完成拱肋的全桥合龙。为实现拱肋快速合龙，提前3-7天对拱肋线形、温度、索力等数据监测；合龙时，在线形、温度稳定后即可开始拱肋合龙。合龙时，每个合龙扣配足配钻、栓接、装配及焊接人员。考虑合龙时无法达到设计温度的情况，需提前计算不同温度情况下的拱肋线形，以最短的时间完成拱肋的体系转换。

步骤3中，先要提前对钢管拱首节段进行施工安装，具体过程为，步骤3.1.1：拱座预埋段安装，拱座预埋段结构为4根套管与1组铰座构成，底部通过型钢连接架连接为整体，根据设计图纸精确放出左右幅预埋段弦管支撑架的位置，控制点为铰槽预埋板，由于加工误差，需以铰轴中心点作为控制点，以铰轴的设计坐标进行精确放样，控制3mm以内采用穿轴线进行复核；

步骤3.1.2：拱座分层浇筑线上设置预埋段支撑型钢，支撑型钢采用双拼HN200×100mm型钢，支撑型钢与拱座内预埋钢板焊接连接；

步骤3.1.3：支撑型钢安装前对预埋钢板进行复测并调整，确保支撑型钢顶面在同一面上，以保证各支撑型钢与定位钢支架底面密贴，通过填塞钢板的方式调整预埋钢板标高；

步骤3.1.4：支撑型钢安装完成后在其顶面放出定位钢支架位置并做好标记，利用缆索吊并人工配合依次安装左幅弦管支撑钢支架、右幅弦管支撑钢支架及中间连接架，吊装时按支撑型钢顶面标记位置放置定位钢支架，放置到位后连接支架之间的螺栓使之形成整体，而从完成预埋段的初步定位；

步骤3.1.5：定位钢支架形成整体后在其下方设置三向千斤顶以调整其相对拱座的位置及高程，待首节段安装精准定位后，再通过三向千斤顶精调预埋段与首节段匹配；

步骤3.2.1：首节段支架安装，根据首节段结构形式和位置设计首节段定位支架，基本原则是首节段支架支撑点轴线位置与安装姿态下的首节段弦管一致，高程位置比首节段弦管低5-10cm，预留三向千斤顶有足够的调整空间，同时应注意对定位支架进行受力计算，采取增加侧向支撑等措施确保支架受力后的整体稳定性；

步骤3.2.2：对支架地基承载力进行检查，若承载力不满足要求，应提前进行地基处理，地基验收合格后，按支架设计图放线定位；

步骤3.2.3：按放样位置施工支墩基础，要求找平基础顶面，同时在基础顶面预埋钢板，作为固定钢管立柱的构件；

步骤3.2.4：采用汽车吊配合作业，依次安装钢管立柱、柱间连接杆、柱顶分配梁和弦管支座，按设计图控制支座高程，确保首节段的调节空间；

步骤3.3.1：节段下胎及检查，根据钢结构制造精度要求及预拼装要求，组织相关单位对钢结构制造与立拼进行验收，检查立拼节段的标高、旁弯、垂直度、对接接头相对高差、内侧弦管对角线偏差、节段间法兰盘间隙的关键指标；

步骤3.3.2：在首节段上下弦管的前后端1.2m设置标志明显的测点，并采集测点数据，立拼验收合格后的该测点数据经坐标转换后作为桥位区安装的目标值；

步骤3.3.3：首节段立拼验收合格并收集完相关控制点数据后下胎转运，转运前应该检查操作平台、吊点、扣点的临时构造的加工焊接质量以及锚箱与扣点的匹配性；

步骤3.4.1：节段装船与运输，船舶运输前，对接相关部门及安排人员进行封航处理，根据节段吊装位置结合缆索吊下放位置进行船舶定位，确保缆索吊能垂直起吊，使构件摆放位置与主拱肋轴线投影一致，起吊后能直接转运至安装位置无需进行转体操作；

步骤3.4.2：装船前，运输船舶船头向外，停靠于钢结构拼装场码头栈桥船坞内，将船尾甲板的缆风绳与岸上预设的系缆岸桩连接，船尾缆风绳连接岸桩固定货船一端，船头缆风绳与河道中栈桥钢筒桩上预留的系泊点连接，然后解锁固定构件的绑扎绳索，首节段下胎，利用龙门吊吊运至运输船的台座上；

步骤3.4.3：由工人利用船舱内的加强固定支架和限位块进行临时固定，并用钢丝绳将构件横向和纵向分别缠绕并用手拉葫芦收紧固牢，同时底部设置固定工装，将下弦管于船舱底部进行固定，侧面用型钢进行固定约束，防护侧面滑移；

步骤3.4.4：确认节段安放稳定性、固定措施连接可靠后，解除龙门吊大钩、船舶固定缆风绳，将船开出栈桥，行驶至缆索吊正下方起吊区，将缆索吊下吊点下放，为船舶定位提供最直接的位置，抛锚定位；

步骤3.5.1：节段起吊与安装，吊装前对缆索吊的结构运行状态及各个子系统再次排查，确保缆索吊能正常安全使用，并提前在支架支撑点位置安放三向千斤顶，为首节段调整做预备；

步骤3.5.2：当运输船舶抛锚定位好后，缆索吊下游主吊下放，工人上船在指定吊耳处依次安装好卸扣，并进行检查，构件全部连接完成后，解除捆绑固定钢索，人员撤离甲板，由缆索吊进行吊装作业，当节段完全吊运出船舱后，运输船起锚驶离吊装区；

步骤3.5.3：首节段吊运至空中时，调整拱座侧吊点处于低端，跨中侧吊点处于高端，调整节段姿态倾角，大致符合成桥姿态，缓慢靠近首节段支架，吊装就位后，观察节段倾角偏差，通过调整前后吊点的高差达到节段初调竖向位置的要求，使拱脚端铰轴放置在铰座内，并与铰座密贴，整个节段缓慢放置于支架上；

步骤3.5.4：首节段初步就位后，缆索吊吊钩逐渐卸载，过程中注意检查首节段与支架的整体稳定性，必要时增加稳定性措施，确保三向千斤顶微调过程中节段不发生倾覆的危险；

步骤3.5.5：确认就位稳定后，调节支架支撑点处三向千斤顶，同时配合高精度全站仪测量定位，逐步实现首节段的精调到位；

步骤3.5.6：当首节段各项测量控制数据均满足要求后，及时进行加固，首节段与支架间塞满点焊，铰轴位置焊轴线限位板，拉好侧向揽风，保证揽风绳受力端头牢固不发生位移，确保节段姿态保持不变；

步骤3.6.1：风撑安装，(1)待左右幅首节段安装就位完毕后，进行一字风撑安装作业，节段间风撑利用缆索吊工作吊进行吊装，吊装至安装位置前端，调整风撑姿势，姿势调整到位后通过手拉葫芦拽动风撑，使其端点嵌入节点板，节点板与连接板逐渐对准并打入冲钉并施拧临时螺栓，实现风撑的精确对位；

步骤3.6.2：定位完成后迅速安装节点螺栓，对称进行紧固，先对节点高强螺栓进行初拧，初拧扭矩为终拧扭矩的50％，初拧完成后按照施工终拧扭矩值统一进行终拧，初拧、终拧应在一天内完成；按照规范采用扭矩法对高强螺栓紧固质量进行检验，扭矩检查应在终拧1h后、24h内完成；

步骤3.7.1：节段匹配、定位调整，首节段及风撑安装完成后，利用在支撑架下方设置千斤顶精确调整支撑架的绝对位置，使其能与首节段进行匹配，并对局部杆件位置进行微调；

步骤3.7.2：三向千斤顶调节时由于定位支架为空间姿态调整，三个方向上互相影响，因此三向千斤顶调节时应相互配合，逐步逼近能与首节段匹配的位置，弦管错边量不大于2mm，铰轴与铰槽密贴，部分构件不能匹配的，应该单调，首先调整横桥向位置，再调整纵桥向位置及高程位置，由于纵桥向位置与高程之间相互影响极大，因此调整时需分多轮次进行，每轮次各千斤顶行程控制在5mm内；

步骤3.7.3：调整完成后在支撑型钢与定位钢支架之间填塞钢板使两部分密贴，然后复测节段弦管、铰座位置，满足设计要求后将支撑型钢、填塞钢板、定位钢支架底面焊接连接，防止浇筑混凝土时定位钢支架移位；

步骤3.7.4：焊接完成后三向千斤顶回油并撤出，进行拱座预埋段钢筋、模板、混凝土的施工，在其余各项施工时要继续观测节段弦管、铰座的位置，发生移动时应立即停止施工并进行调整，特别是在混凝土浇筑时严禁触碰定位钢支架。

乌江特大桥是目前在建的最大跨全栓接钢管混凝土拱桥，临时设施规模大，工期任务紧，安全风险高。大桥建设采取“工厂化制造、标准化生产、模块化安装”的理念，从大临结构标准化设计、装配式安装、钢结构加工制作、运输等方面进行系统筹备，掌握关键影响环节，大桥拱肋从2022年4月10开始连续吊装，2022年8月15日顺利完成高精度合龙，历时4个月，平均每2天1个吊装节段，实现了拱肋高精度快速悬臂拼装，有效降低了拱肋安装风险，使得关键控制性工程的工期得到了保障，为类似桥梁施工提供借鉴。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：对拱桥拱肋钢结构制造和运输；

步骤2：对拱桥拱肋的大临结构进行设置；

步骤3：对拱桥拱肋悬臂进行拼装。

2.根据权利要求1所述的装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，其特征在于：步骤1的具体过程为：

拱肋加工采取卧拼和立拼双拼工艺，在卧拼过程中，为控制拱肋加工线形，弦管接长弦差按照5mm控制，在立拼过程中，旁弯按照10mm控制，轴线偏差8mm以内，节段长度偏差按照5mm进行控制，

为控制焊接收缩变形，在节点板上设置独立支撑，预留焊接自由伸缩端，通过试验提前确定收缩量进行补偿；

为保证法兰盘密贴，盘面采用机床铣面处理，提前将两个盘面采用临时螺栓顶紧贴合，卧拼时满焊一端法兰加劲板，另外一端预留，在立拼线型验收合格后进行焊接，保证拱肋吊装前法兰密贴；

拱肋立拼验收完成后，采用三维激光扫描仪对整个轮次进行扫描，三维激光扫描仪精度为2mm，并将扫描模型与制造BIM模型对比，三维分析构件加工精度；

钢结构制造在验收合格后，整节段进行防腐，涂装，然后将整节段吊装至船上整体运输至桥位，节段运输至桥位后，将节段按照成桥状态进行立拼，将风撑匹配安装。

3.根据权利要求1所述的装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，其特征在于：步骤2的具体过程为，桥拱肋采用缆索吊装和斜拉扣挂的无支架安装工艺，缆索吊装系统是桥安装的设备，施工效率及吊装占据关键线路，在缆索吊装系统设计时，设置两组独立运行的主吊，单组主吊最大吨位为160吨，单组即可完成拱肋节段的吊装，缆塔设计采用630×12mm钢管、型钢组成的门式桁架结构，缆塔采用装配式设计，主管间采用法兰连接，管间联杆、临时防护均通过螺栓连接，构件工厂化制作，现场利用塔吊进行快速拼装，施工效率及安全均得到有效的保障；

斜拉扣挂设计时，扣塔与缆塔采取同类型的设计思路，在锚箱、锚座、锚箱、操作平台采取标准化设计，构件通过插销和螺栓的方式连接。

4.根据权利要求1所述的装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，其特征在于：步骤3中，拱肋悬臂拼装是安全风险最高的阶段，拼装过程中，制约拱肋安装效率的包括船只定位，温度影响拱肋精调定位，扣背索安装、预紧、张拉，幅间风撑安装，节段包板焊接及高栓连接；

然后进行拱肋连续吊装时机的确定，按照行业要求，安装前应确保足够的待安装拱肋节段，至少满足1条拱肋安装或者不少于全桥安装节段数量3/4的节段存放后才进行安装，其目的是避免大悬臂状态等待拱肋节段而增加的风险；

在实施过程中，每个项目的运输、加工情况均有差异，拱肋成品节段供应受钢结构加工工效、钢结构运输、转运、天气的因素影响，在开始吊装前，需综合对拱肋节段的供应综合分析，保证拱肋节段连续供应。在此期间，可进行1#节段的就精准调节和安装，提高首节段的安装精度，为后续吊装奠定基础；

船舶进行定位，节段发船在早上5-6点进行，使用施工船舶快速定位且不影响通航的方法进行吊装作业，需要提前1天定位才能满足施工进度需求，使用该方法仅需20分钟即可，节约了工期，每次吊装可节约定位时间一天；

扣背索的安装、预紧及张拉，扣背索施工工序可提前进行，背索可直接进行锚固，扣背临时锚固至已安装节段，当拱肋法兰高栓施拧完成后，施做扣索P锚，为避免扣背索钢绞线束缠绕打搅，各钢绞线无法均匀受力，扣背索钢绞线采取单个穿索的方式，保证各钢绞线平行；

扣索安装完成后，采用智能连续预紧千斤顶进行扣背索的自动预紧，预紧千斤顶油缸采用蜂窝式设计，每个单根预紧千斤顶对应预紧一根钢绞线，根据连通器原理，在一密闭容器里，压力处处相等，从而可确保每个单根预紧千斤顶输出相等的预紧力，即钢绞线预紧完成后，受力均匀一致，预紧设备预紧效率比普通单根预紧工效提升4倍；

包板及高栓施工，包板焊接工效制约只要在于人员投入，包板施工主要工序有：组装、焊接、焊缝检测、涂装，环形焊缝要求高，焊接过程中需要做好防雨、防风措施，保证焊接质量，包板的焊接需按照流水作业组织，滞后数量应控制在2个节段以内；

高栓连接主要工序有：初拧、终拧、检测、封栓，单个节点栓群施拧时间为2h，制约工效的环节为节点安全操作平台的数量及周转效率；

拱肋合龙，拱肋合龙段采用内置式瞬时合龙接头，拱肋节段吊装完成后，调整拱肋标高、线形后，现场配孔并用高强螺栓连接接头工字钢，及时焊接对接套管，完成拱肋的全桥合龙，提前3-7天对拱肋线形、温度、索力的数据监测，合龙时，在线形、温度稳定后即可开始拱肋合龙，合龙时，每个合龙扣配足配钻、栓接、装配及焊接人员，考虑合龙时无法达到设计温度的情况，需提前计算不同温度情况下的拱肋线形，以最短的时间完成拱肋的体系转换。

5.根据权利要求1所述的装配式CFST拱桥拱肋快速施工方法，其特征在于：步骤3中，先要提前对钢管拱首节段进行施工安装，具体过程为，步骤3.1.1：拱座预埋段安装，拱座预埋段结构为4根套管与1组铰座构成，底部通过型钢连接架连接为整体，根据设计图纸精确放出左右幅预埋段弦管支撑架的位置，控制点为铰槽预埋板，由于加工误差，需以铰轴中心点作为控制点，以铰轴的设计坐标进行精确放样，控制3mm以内采用穿轴线进行复核；

步骤3.1.2：拱座分层浇筑线上设置预埋段支撑型钢，支撑型钢采用双拼HN200×100mm型钢，支撑型钢与拱座内预埋钢板焊接连接；

步骤3.1.3：支撑型钢安装前对预埋钢板进行复测并调整，确保支撑型钢顶面在同一面上，以保证各支撑型钢与定位钢支架底面密贴，通过填塞钢板的方式调整预埋钢板标高；

步骤3.1.4：支撑型钢安装完成后在其顶面放出定位钢支架位置并做好标记，利用缆索吊并人工配合依次安装左幅弦管支撑钢支架、右幅弦管支撑钢支架及中间连接架，吊装时按支撑型钢顶面标记位置放置定位钢支架，放置到位后连接支架之间的螺栓使之形成整体，而从完成预埋段的初步定位；

步骤3.1.5：定位钢支架形成整体后在其下方设置三向千斤顶以调整其相对拱座的位置及高程，待首节段安装精准定位后，再通过三向千斤顶精调预埋段与首节段匹配；

步骤3.2.1：首节段支架安装，根据首节段结构形式和位置设计首节段定位支架，基本原则是首节段支架支撑点轴线位置与安装姿态下的首节段弦管一致，高程位置比首节段弦管低5-10cm，预留三向千斤顶有足够的调整空间，同时应注意对定位支架进行受力计算，采取增加侧向支撑等措施确保支架受力后的整体稳定性；

步骤3.2.2：对支架地基承载力进行检查，若承载力不满足要求，应提前进行地基处理，地基验收合格后，按支架设计图放线定位；

步骤3.2.3：按放样位置施工支墩基础，要求找平基础顶面，同时在基础顶面预埋钢板，作为固定钢管立柱的构件；

步骤3.2.4：采用汽车吊配合作业，依次安装钢管立柱、柱间连接杆、柱顶分配梁和弦管支座，按设计图控制支座高程，确保首节段的调节空间；

步骤3.3.1：节段下胎及检查，根据钢结构制造精度要求及预拼装要求，组织相关单位对钢结构制造与立拼进行验收，检查立拼节段的标高、旁弯、垂直度、对接接头相对高差、内侧弦管对角线偏差、节段间法兰盘间隙的关键指标；

步骤3.3.2：在首节段上下弦管的前后端1.2m设置标志明显的测点，并采集测点数据，立拼验收合格后的该测点数据经坐标转换后作为桥位区安装的目标值；

步骤3.3.3：首节段立拼验收合格并收集完相关控制点数据后下胎转运，转运前应该检查操作平台、吊点、扣点的临时构造的加工焊接质量以及锚箱与扣点的匹配性；

步骤3.4.1：节段装船与运输，船舶运输前，对接相关部门及安排人员进行封航处理，根据节段吊装位置结合缆索吊下放位置进行船舶定位，确保缆索吊能垂直起吊，使构件摆放位置与主拱肋轴线投影一致，起吊后能直接转运至安装位置无需进行转体操作；

步骤3.4.2：装船前，运输船舶船头向外，停靠于钢结构拼装场码头栈桥船坞内，将船尾甲板的缆风绳与岸上预设的系缆岸桩连接，船尾缆风绳连接岸桩固定货船一端，船头缆风绳与河道中栈桥钢筒桩上预留的系泊点连接，然后解锁固定构件的绑扎绳索，首节段下胎，利用龙门吊吊运至运输船的台座上；

步骤3.4.3：由工人利用船舱内的加强固定支架和限位块进行临时固定，并用钢丝绳将构件横向和纵向分别缠绕并用手拉葫芦收紧固牢，同时底部设置固定工装，将下弦管于船舱底部进行固定，侧面用型钢进行固定约束，防护侧面滑移；

步骤3.4.4：确认节段安放稳定性、固定措施连接可靠后，解除龙门吊大钩、船舶固定缆风绳，将船开出栈桥，行驶至缆索吊正下方起吊区，将缆索吊下吊点下放，为船舶定位提供最直接的位置，抛锚定位；

步骤3.5.1：节段起吊与安装，吊装前对缆索吊的结构运行状态及各个子系统再次排查，确保缆索吊能正常安全使用，并提前在支架支撑点位置安放三向千斤顶，为首节段调整做预备；

步骤3.5.2：当运输船舶抛锚定位好后，缆索吊下游主吊下放，工人上船在指定吊耳处依次安装好卸扣，并进行检查，构件全部连接完成后，解除捆绑固定钢索，人员撤离甲板，由缆索吊进行吊装作业，当节段完全吊运出船舱后，运输船起锚驶离吊装区；

步骤3.5.3：首节段吊运至空中时，调整拱座侧吊点处于低端，跨中侧吊点处于高端，调整节段姿态倾角，大致符合成桥姿态，缓慢靠近首节段支架，吊装就位后，观察节段倾角偏差，通过调整前后吊点的高差达到节段初调竖向位置的要求，使拱脚端铰轴放置在铰座内，并与铰座密贴，整个节段缓慢放置于支架上；

步骤3.5.4：首节段初步就位后，缆索吊吊钩逐渐卸载，过程中注意检查首节段与支架的整体稳定性，必要时增加稳定性措施，确保三向千斤顶微调过程中节段不发生倾覆的危险；

步骤3.5.5：确认就位稳定后，调节支架支撑点处三向千斤顶，同时配合高精度全站仪测量定位，逐步实现首节段的精调到位；

步骤3.5.6：当首节段各项测量控制数据均满足要求后，及时进行加固，首节段与支架间塞满点焊，铰轴位置焊轴线限位板，拉好侧向揽风，保证揽风绳受力端头牢固不发生位移，确保节段姿态保持不变；

步骤3.6.1：风撑安装，(1)待左右幅首节段安装就位完毕后，进行一字风撑安装作业，节段间风撑利用缆索吊工作吊进行吊装，吊装至安装位置前端，调整风撑姿势，姿势调整到位后通过手拉葫芦拽动风撑，使其端点嵌入节点板，节点板与连接板逐渐对准并打入冲钉并施拧临时螺栓，实现风撑的精确对位；

步骤3.6.2：定位完成后迅速安装节点螺栓，对称进行紧固，先对节点高强螺栓进行初拧，初拧扭矩为终拧扭矩的50％，初拧完成后按照施工终拧扭矩值统一进行终拧，初拧、终拧应在一天内完成；按照规范采用扭矩法对高强螺栓紧固质量进行检验，扭矩检查应在终拧1h后、24h内完成；

步骤3.7.1：节段匹配、定位调整，首节段及风撑安装完成后，利用在支撑架下方设置千斤顶精确调整支撑架的绝对位置，使其能与首节段进行匹配，并对局部杆件位置进行微调；

步骤3.7.2：三向千斤顶调节时由于定位支架为空间姿态调整，三个方向上互相影响，因此三向千斤顶调节时应相互配合，逐步逼近能与首节段匹配的位置，弦管错边量不大于2mm，铰轴与铰槽密贴，部分构件不能匹配的，应该单调，首先调整横桥向位置，再调整纵桥向位置及高程位置，由于纵桥向位置与高程之间相互影响极大，因此调整时需分多轮次进行，每轮次各千斤顶行程控制在5mm内；

步骤3.7.3：调整完成后在支撑型钢与定位钢支架之间填塞钢板使两部分密贴，然后复测节段弦管、铰座位置，满足设计要求后将支撑型钢、填塞钢板、定位钢支架底面焊接连接，防止浇筑混凝土时定位钢支架移位；

步骤3.7.4：焊接完成后三向千斤顶回油并撤出，进行拱座预埋段钢筋、模板、混凝土的施工，在其余各项施工时要继续观测节段弦管、铰座的位置，发生移动时应立即停止施工并进行调整，特别是在混凝土浇筑时严禁触碰定位钢支架。