个性化拆建激发拱桥新工艺——平陆运河部分跨线桥梁拆建关键技术

来源：桥梁视界

“世纪工程”——平陆运河是西部陆海新通道的骨干工程，起点位于南宁横州市西津库区平塘江口，经钦州灵山县陆屋镇沿钦江进入北部湾，作为新中国成立后的第一个重大运河工程，运河建成后将形成大能力、低成本、广覆盖的江海联运新通道。

运河沿线有诸多旧桥梁因不满足运河通航要求需要拆除重建，其拆建总体工期基本覆盖运河工程建设周期，对运河的整体建设影响尤为突出。

平陆运河沿线旧桥与待建新桥桥型不一、周边环境复杂，所需拆除与建设工艺也不尽相同。通过对G75钦江大桥、金海湾大桥、南珠大街跨江桥及北环路跨江大桥等典型案例的分析，阐述了连续刚构中跨分节段分块切割拆除、边跨原位凿除，石拱桥机械逐孔，以及连续梁中跨分节段整幅切割吊运、边跨原位凿除等差异化拆除技术，分析了钢管混凝土拱肋整体提升、提篮拱肋竖转施工、拱肋斜拉扣挂悬拼、桥面梁安装等关键新技术的研发和应用情况。这些技术在应对复杂环境、确保施工安全与质量、提高施工效率方面展现出显著优势。平陆运河桥梁拆建工程的成功经验，为类似工程项目提供了宝贵的技术参考和实践指导。

本项目为原位改建，需要拆除G75钦江大桥旧桥。旧桥为双向8车道高速公路桥，采用左右幅分离式设计，主桥长288.06m，桥面宽45.7m，上部结构为7×40m装配式预应力混凝土简支I型/T型梁桥，下部结构为钢筋混凝土实体墩，旧桥结构如图1所示。新桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥，主跨318m，矢跨比1/4.48，拱轴线为悬链线，拱轴系数1.5。拱肋为钢管混凝土桁架结构，单幅桥主拱中心间距24.9m，左右幅弦管距离4.2m，拱肋采用变高度四管桁式截面，拱顶高5m，拱脚高7m，肋宽2.6m。每肋上下弦为两根φ1000mm钢管混凝土弦管，壁厚为20～28mm，混凝土为C60自密实补偿收缩混凝土，新桥效果图如图2所示。旧桥拆除采用常规架桥机倒拆法，不再赘述，本小节主要介绍结合最大化利用旧桥的新桥建造技术。

图1 G75钦江大桥旧桥

图2 G75钦江大桥新桥效果图

单片拱肋分14个节段加工制作及安装，全桥共56个节段，其中拱脚处的4个节段（两岸各2个）采用支架原位安装，中间的10个节段制造完成后船运到桥位，采用地面吊车起吊放到旧桥上的运输车上，运到安装位置，然后采用布置在旧桥上的吊车起吊安装到低支架上，待这10个节段连城整体大节段后，通过竖向提升系统提升到设计位置与拱脚节段进行合龙。中拱段跨度232.2m，提升质量1900t，提升高度49.1m，整体提升过程耗时16小时，为目前世界最大整体提升跨径和吨位的钢管混凝土拱桥。整体提升布置图如图3所示。

图3 拱肋整体提升布置图

为确保整体提升的精度与安全，降低风荷载影响并精准控制提升精度和拱肋线形，建设团队采用LSD液压同步提升技术，并自主开发了物料跟踪、虚拟预拼装、数字孪生和提升监控系统，实现拱肋整体提升工序的预模拟，提前预警空间碰撞，推动智能化与精细化管理。钢管拱肋两岸各搭设提升门架，布置8台LSD3500千斤顶、4台液压泵站和1套控制系统。提升前，通过钢绞线将提升塔顶的千斤顶与中拱段连接，并布置水平拉索抵消变形。施工时，地面总站同步控制千斤顶顶升钢绞线，通过千斤顶与夹持器的交替动作实现提升。为确保中拱段安全脱离拼装胎架，水平索与垂直索分级动态加载，使拱肋受力和线形保持拱肋成拱状态。分阶段提升采用五级加载，依次为设计提升力和张拉力的25%、40%、50%、75%、100%。

桥面梁采用钢格子梁的钢-混凝土组合桥面板，由两道主纵梁、四道次纵梁、主横梁及三道次横梁组成。主横梁与吊杆对应布置，除端横梁为箱形截面外，其余为工字形截面，主横梁间距11.8m，次横梁间距2.95m，标准段格子梁质量为88t。由于拱肋采用整体提升工艺，桥面格子梁安装不能使用常规缆索吊系统，因此项目研发了桥面梁安装新装备，此装备后续详细介绍。

图4 桥面梁安装

金海湾大桥旧桥结构为11×25m预应力混凝土连续梁+（55m+98m+55m）预应力混凝土连续刚构+9×25m预应力混凝土连续梁。桥梁全长718m，其中主桥长208m，引桥长510m。金海湾新桥采用主跨191m的下承式钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径180m，计算矢高40m，矢跨比为1/4.5，如图7所示。拱轴线采用悬链线，拱轴系数1.3。拱肋为钢管混凝土哑铃型结构，单幅桥共两片拱肋，拱肋横桥向中心间距为18.9m。单片拱肋采用哑铃型截面，哑铃高3.2m，上、下弦管直径1300mm，壁厚24～28mm，管内灌C60自密实补偿收缩混凝土。

本项目为原位改建，需拆除旧桥。主桥中跨采用分节段分块切割的拆除方式，顺序从中跨合拢段至主墩0号块，每个箱梁节段切割为2块翼缘板、1块顶板、2块腹板、1块底板，依次拆除翼缘板→顶板→腹板→底板。边跨拆除前，先在桥底搭设支架防止受力不平衡导致倾倒。边跨拆除顺序为先用炮机凿除翼缘板和顶板，再用长臂炮机拆除剩余腹板和底板。引桥采用架桥机拆除，从主桥往桥台方向依次进行，拆除的箱梁由运梁跑车运至旧梁存放区破碎处理。

图5 金海湾旧桥主跨拆除

图6 金海湾旧桥边跨拆除

金海湾新桥采用缆索吊施工。缆索吊装系统中跨270m，西岸边跨为318m，东岸边跨为293m，缆索吊装系统设置两组索道，设计吊重95t，采用两组主索抬吊。采用集团公司自主提出的“基于影响矩阵和最优化原理的扣索一次张拉索力优化计算方法”进行扣索力优化计算，该方法以拱肋合龙松索后的线形为约束条件，施工过程线形为目标约束函数，建立“过程最优”优化计算模型。合龙松索后的线形与目标线形误差控制在10mm以内；各吊装施工阶段的预抬高值与目标线形最大误差在7mm以内。

图7 金海湾缆索吊系统

南珠大街跨江桥旧桥建于20世纪60年代，结构为5×27m的连拱石拱桥，全长148.4m，桥面宽度13m，其中机动车道8.9m，两侧人行道各2.05m，桥面无伸缩缝。新桥全长936m，主桥长185m，引桥长751m，主桥为185m中承式钢管混凝土提篮拱桥，计算矢高45m，矢跨比1/4，采用悬链线拱轴，系数1.5。拱肋为两片钢管混凝土桁架结构，中心间距36.5m，拱肋向桥轴线侧倾斜15°形成提篮式结构。单片拱肋为变高度四管桁式截面，拱顶截面高3.6m，拱脚截面高5m，肋宽2.4m，上、下弦均为两根φ900mm钢管混凝土弦管，壁厚16～24mm，混凝土为C50自密实补偿收缩混凝土。

南珠旧桥建设年代久远，具有一定的历史意义，钦州市政府决定保留旧桥西岸第一跨第一个腹拱结构作为永久纪念。旧桥拆除利用炮机在东岸地面对5号主拱先凿除破坏主拱结构体系，使拱肋倒塌，然后逐跨拆除，如图8所示。为防止在旧桥拆除过程中，保留段随着主拱顺势垮塌，计划在第二个腹拱位置增加支撑墙体，如图9所示。旧桥倒塌后，会保留至第二个腹拱位置，然后在人工凿除多余石块，将保留段凿到设计形状。

图8 南珠旧桥拆除

图9 保留段支撑

经过方案对比，新桥采用竖转方案施工，半拱转体质量为552t，最大转角24.4°。由于施工场地及航道水位的限制，利用旧桥作为拱肋节段运输通道，新桥主拱合龙后再进行旧桥拆除。在旧桥桥面布置一套轨道平车系统，包含4个小车，轨道基础采用C30混凝土，宽2m，纵向覆盖全桥，平车之间设置连接梁及拱肋台座，同时配置缆风保障拱肋稳定。拱肋安装时，先根据节段长度定位平车两端的支撑位置，然后利用汽车吊将拱肋从船上转运至轨道平车，运输至安装位置，并在低位塔架上进行整体拼装，最后通过竖向转体完成拱肋合龙。

旧桥结构为西引桥（4×30m+30.08m）装配式预应力混凝土箱型连续梁、主桥（80m+135m+80m）预应力混凝土连续箱梁、东引桥（30.08m+30m）装配式预应力混凝土箱型连续梁，总长512.56m。新桥为主跨372m的中承式钢管混凝土拱桥，计算跨径330m，矢高82.5m，矢跨比1/4，采用悬链线拱轴，系数1.5。拱肋为两片钢管混凝土桁架结构，中心间距28m，单片拱肋为变高度四管桁架，拱顶高7m，拱底高12m，肋宽3.2m，上下各两根φ1220mm钢管混凝土弦管，壁厚24～32mm，混凝土强度为C70。

考虑桥下通航和周边铁路干线的环境问题，采用主桥中跨分节段整幅切割吊运与边跨原位凿除相结合的方法进行拆除施工。该方法对环境影响小，不增加桥梁上部结构荷载，具备拆除速度快、风险低的优势。具体操作中，先在旧桥主墩与主梁结合处灌注混凝土进行临时固结，并在关键位置设置支架，通过张拉螺纹钢锚固强化临时固结作用。主跨拆除从跨中合龙段向0号块逐段切割吊运，边跨则使用液压破碎锤原位凿除。

图10 北环路跨江大桥边跨支架

图11 北环路跨江大桥主跨切割吊运

新桥上部钢结构采用缆索吊装斜拉扣挂施工法，包含缆索吊装和斜拉扣挂两部分。结合桥梁信息和现场地形，设计了专用系统，提升施工安全性并控制拱肋线形。主要优化包括：塔脚锚固系统由可循环使用的立柱、横梁、限位键和高强螺纹钢构成，降低成本；新式扣索鞍适用于通索和非通索，确保受力平衡，滑槽采用低摩阻、高耐久工程塑料合金，更适应施工环境。

钢结构通过水路运至桥址处进行安装，针对施工期运输航道水深受潮汐影响，难以确定钢结构运输时间的问题，采用GIS+200kHz超高频声呐技术获取航道三维地形，搭建航道辅助运输系统，内嵌基于Splice-LSTM深度神经网络的潮汐水位预测模型，实现对运输窗口期的预测，辅助施工决策，实现了一天一节段拱肋运输目标。同时开发了拱桥施工智能监控平台，对上部结构安装全过程进行钢管应力、线形、塔架偏位、提升速度、风力等可视化监控，实现拱桥施工智能化监控。

平陆运河沿线旧桥与待建新桥桥型不一、周边环境复杂，所需拆除与建设工艺与方法也不尽相同，给大桥的建设带来前所未有的施工风险和挑战。针对各桥的工程特点和施工难点，提出了差异化拆建技术，相较传统工艺大幅降低了大跨径拱桥施工作业风险，提高了施工效率，保障了施工质量，为大跨径拱桥的建设积累了成功经验，可为后续工程施工提供有益借鉴。

（广西路桥工程集团有限公司杨茗钦、刘祥、朱继财、徐航、赵玉峰、匡志强、隗磊军、王楚杰对本文亦有贡献。）