[0001] 本申请涉及桥梁建造技术领域，特别涉及一种上跨地铁车站大跨度钢箱梁施工方法。

[0002] 目前对于跨越既有城市地铁车站的桥梁来说，因考虑车站顶板的荷载情况，一般都是采用横向牵引顶推施工、纵向牵引顶推施工或一般起重吊装。

[0003] 但是对于处于主要交通要道路口，东西两处地铁出入口中间、大跨度变截面变曲面的钢箱梁施工来说：（1）现场常规原位吊装，其荷载不能满足地铁车站范围内的要求，同时地铁顶板覆土较薄，会对车站地铁顶板存在较大变形，对地铁造成较大的安全风险。

[0004] （2）采用纵横向牵引顶推工艺，桥梁施工段东西侧为地铁车站出入口，铁车站出入口内侧为交通繁忙道路，地铁出入口外侧均建筑区，采用横向滑移不具备场地及平台。

[0005] （3）采用纵向顶推工艺，桥跨截面呈现墩柱处梁厚向跨中梁呈现非线性变化，同时此跨钢箱梁纵坡很大，前一联箱梁墩柱较低，斜向及水平推力设置复杂，不易控制；另外在地铁正上方钢箱梁或砼箱梁施工一般采用的方式是顶推，采用一般钢管临时支墩或盘扣支架传递到地铁顶板的荷载不能满足小于等于20kpa要求，会导致地铁顶板出现较大变形，造成较大的社会危害。

[0020] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0021] 对于本申请应该理解的是：对处于主要交通要道路口，东西两处地铁出入口中间、大跨度变截面变曲面的钢箱梁施工，具体应用场景可以参考图1所示，桥梁的左线第二联中跨纵向跨越地铁站，地铁站纵向长度66m，横向宽度为58m，上跨第二联中跨为82m，全部上跨地铁车站主体，地铁顶板厚度为60cm，覆土1.6m，西侧为交通繁忙的大道，其中图1中标记S为上跨地铁车站的待架设桥梁段，标记T为地铁车站，常规施工的方式包括以下三种：
（1）现场常规原位吊装，其荷载不能满足地铁车站范围内的要求，同时地铁顶板覆土较薄，会对车站地铁顶板存在较大变形，对地铁造成较大的安全风险。

[0022] （2）采用纵横向牵引顶推工艺，桥梁施工段东西侧为地铁车站出入口，铁车站出入口内侧为交通繁忙道路，地铁出入口外侧均为军事管理区，采用横向滑移不具备场地及平台。

[0023] （3）采用纵向顶推工艺，桥跨截面呈现墩柱处梁厚向跨中梁呈现非线性变化，同时此跨钢箱梁纵坡很大，前一联箱梁墩柱较低，斜向及水平推力设置复杂，不易控制；另外在地铁正上方钢箱梁或砼箱梁施工一般采用的方式是顶推，采用一般钢管临时支墩或盘扣支架传递到地铁顶板的荷载不能满足小于等于20kpa要求，会导致地铁顶板出现较大变形，造成较大的社会危害。

[0024] 综合上，采用吊装结合临时支墩方式施工较为合适，但是由于临时支墩导致车站顶板的荷载较大，车站地铁顶板存在变形和安全风险的问题，因此本申请实施例提供了一种上跨地铁车站大跨度钢箱梁施工方法，从而实现在车站顶板覆土较薄处进行支架搭设及钢箱梁起重吊装施工。

[0025] 请参阅图2‑图6，一种上跨地铁车站大跨度钢箱梁施工方法，其包括：步骤100、模拟计算出吊装节段后对上跨车站区域的附加应力小于上跨车站区域的地基承载力的吊装方案；吊装方案包括上跨车站区域上的拼装支架组件和钢箱梁节段的数量，以及拼装支架组件对应在上跨车站区域上的安装区域；拼装支架组件包括上下设置的钢管支架1和条形基础2；；拼装支架组件可以参考图2和附图3所展示的结构；节段可参考图2中的标记X。

[0026] 步骤200、根据吊装方案在上跨车站区域的安装区域上设置拼装支架组件；步骤300、根据吊装方案在上跨车站区域外利用吊车将节段吊装在拼装支架组件上。

[0027] 通过以上的步骤利用条形基础2增加与地面的接触面积，以分散压应力，通过预先模拟计算拼装支架组件和节段的数量，降低每个吊装节段的重量及长度，有效地降低了实际施工时钢梁对地铁顶板作用的压应力；另外由于提前进行分析计算，得出的拼装支架组件和节段的数量，可以避免实际的施工调整，将风险提前进行排除，解决了大跨度钢箱梁跨地铁车站顶板荷载过大而无法实施等难题，同时较大减少工程成本。

[0028] 也可以理解为划分钢箱梁的节段数量，使得加载在对应的拼装支架组件重量减少，使得每一个拼装支架组件对地铁车站顶板荷载不会超过地基承载力，从而避免车站地铁顶板存在变形和安全风险的问题。

[0029] 在一些优选的实施例中，步骤100的具体步骤为：步骤1001、设定节段的初始数量和拼装支架组件的初始数量，以及拼装支架组件对应在上跨车站区域上的初始安装区域；
步骤1002、计算出每个拼装支架组件在吊装节段后对上跨车站区域的附加应力；
步骤1003、判断全部拼装支架组件对上跨车站区域的附加应力是否均小于上跨车站区域的地基承载力；
步骤1004、若否，则调整节段数量、拼装支架组件数量和安装区域，然后更新节段数量、拼装支架组件数量和安装区域；根据更新的节段数量、拼装支架组件数量和安装区域，进行重新计算每个拼装支架组件在吊装节段后对上跨车站区域的附加应力，并再次判断附加应力是否均小于上跨车站区域的地基承载力；
步骤1005、若是，则将节段的初始数量和拼装支架组件的初始数量，以及拼装支架组件对应在上跨车站区域上的初始安装区域作为吊装方案。

[0030] 以上进行调整时，可以先单独调节节段数量进行计算，也可以先单独调节拼装支架组件的数量和安装区域，安装区域包括相邻两个拼装支架组件之间的间隔距离；也可以同时调节节段数量、调节拼装支架组件的数量和安装区域；只要满足要求即可。

[0031] 进一步的，在以上步骤1004中，吊装方案还包括条形基础2的高度，以及钢管支架1顶部的调节管的高程；当拼装支架组件对上跨车站区域的附加应力大于等于上跨车站区域的地基承载力时，除调整节段数量、拼装支架组件数量和安装区域外，还需调整条形基础2的高度，以及钢管支架1顶部的调节管的高程，以得到新的吊装方案。

[0032] 以上实现吊装时复合对应节段的底部的高程，然后设置钢管支架1顶部的调节管的高程，以保证吊装的节段与桥梁的线形符合。

[0033] 在一些优选的实施例中，步骤1002、计算一个拼装支架组件在吊装节段后对上跨车站区域的附加应力，包括以下步骤：步骤10021、建立拼装支架组件的几何模型，并获取节段自重和拼装支架组件自重；
步骤10022、对几何模型施加第一载荷组合，并结合节段自重和拼装支架组件自重，以计算出吊装节段后的拼装支架组件的支反力；
步骤10023、获取条形基础2的长度和宽度，条形基础2压力扩散角，上跨车站区域的基础底面至软弱下卧层的距离；
步骤10024、基于附加应力计算公式，并结合支反力，条形基础2的长度和宽度，条形基础2压力扩散角，上跨车站区域的基础底面至软弱下卧层的距离，计算出拼装支架组件在吊装节段后对上跨车站区域的附加应力。

[0034] 其中，附加应力计算公式为： ；其中，B为条形基础2地面的宽度；为条形基础2地面长度；Pk为吊装节段后的拼装支架组件的支反力；Pc为基础底面处土的自重压力值；z为基础底面至软弱下卧层的距离；θ为条形基础2压力扩散角， 为附加应力。

[0035] 进一步的，在步骤10021和步骤10022之间，还包括以下步骤：对几何模型施加第二载荷组合，并结合节段自重和拼装支架组件自重，以计算出吊装节段后的拼装支架组件的支架强度；
判断支架强度是否大于设计值；
若大于，则执行计算吊装节段后的拼装支架组件的支反力的步骤；
否则，改变拼装支架组件的尺寸，然后以新的尺寸对几何模型进行调整；对新的几何模型施加第二载荷组合，重新计算出吊装节段后的拼装支架组件的支架强度，然后回到判断支架强度是否大于设计值的步骤。

[0036] 以上的所述第一载荷组合=1.0×恒载+1.0×施工荷载+1.0×风荷载；所述第二载荷组合=1.2×恒载+1.4×施工荷载+1.1×风荷载；
所述恒载包括拼装支架组件自重，施工荷载包括节段自重、施工人员自重、吊装机具自重，风荷载包括节段风荷载和拼装支架组件风荷载。

[0037] 具体的计算提供一个实施例，包括：利用软件Midas Civil 2020，然后根据拼装支架组件的尺寸和材料建模；然后施加不同的载荷组合；其中可以参考相关附图5和6，所展示的内容。

[0038] 荷载包括：恒荷载，由拼装支架组件自重产生的荷载，重力加速度g=9.8m/s2
节段自重、施工人员、机具在吊装时产生的施工荷载，为活荷载，已知在拼装支架组件上吊装的最重钢梁节段52吨，每个节段使用4个调节管做为支点，因此竖向施工荷载Fv=钢梁吊装转换的节点荷载13t含人、机载荷。

[0039] 风荷载根据《公路桥梁抗风设计规范》JTG/T 3360‑01‑2018当地风速V=27.7m/s；
节段横向风荷载：FH1=0.5×1.25×(1.49×0.84×1.02×1×0.86×27.7)2×1.8
×1.9=2KN/m，转换为节点荷载最大为FHJ1=2×14/4=7KN；
节段纵桥向风荷载：FH2=7×0.25=1.8KN；
拼装支架组件风荷载：Fh1 =0.5×1.25×(1.49×0.84×1.02×1×0.86×27.7)2
×0.6×0.478=168N/m；
根据《公路桥涵设计通用规范》风荷载分项系数取1.1，组合值系数取0.75。荷载如图5所示。

[0040] 将荷载组合，验算构件强度采用荷载组合=1.2×恒载+1.4×施工荷载+1.1×风荷载；验算构件刚度及支反力采用标准组合=1.0×恒载+1.0×施工荷载+1.0×风荷载；拼装支架组件的支脚采用位移全约束；进行计算出支架强度，刚度，位移变形量；位移变形量的计算如图6所示。

[0041] 以上步骤可以保证拼装支架组件在实际施工中的施工效果，保证施工安全，在保证施工安全的基础之上进行附加应力的计算。

[0042] 在一些优选的实施例中，本案也不排除吊车在上跨车站区域上进行吊装的方案，此时需要计算吊车在吊装后的附加应力是否大地基承载力，若大于则采取以上的在上跨车站区域外进行吊装。

[0043] 计算吊车在吊装后的附加应力是否大地基承载力，可参考以下步骤：已知200t汽车吊车重55t，配重70t, G0=55+70=125t,最大吊装重量（包含吊具）G1=50t，最大吊装半径R=14m，支腿间距a=9.1m，b=8.3m，θ为吊臂平面角度，吊臂回转中心，支腿中心，车辆重心近似取相同点。

[0044] 根据力矩平衡，各个支腿的支反力计算如下：F1M +

[0045] F2M ‑

[0046] F3M +

[0047] F4M ‑

[0048] 吊装动载系数取1.2，根据计算，当θ=50°时有最大的支反力F1= 1×G0/4+1.2×G1/4+1.2×F1M=114.7t。

[0049] F2= 1×G0/4+1.2×G1/4+1.2×F2M=92.4t。

[0050] F3= 1×G0/4+1.2×G1/4+1.2×F3M=114.7t。

[0051] F4= 1×G0/4+1.2×G1/4+1.2×F4M=92.4t。

[0052] 此时，最大支反力为114.7t。

[0053] 每个支腿下有2.2m×2m的垫板。因此，（Pk）平面荷载g=114.7/4.4=26.1t/m2=261kpa。

[0054] 基础以下2.7m处的附加应力：

[0055] 式中：b、l‑‑‑矩形基础或条形基础地面的宽度及长度（m）Pk‑‑‑相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）
Pc‑‑‑相应于作用的标准组合时，基础底面处土的自重压力值（kPa）
z‑‑‑基础底面至软弱下卧层的距离（m）
θ‑‑‑垫层（材料）的压力扩散角，取23°
‑‑‑基础底面至软弱下卧层的距离（m）

[0056]

[0057] 由于基础以下2.7m处有地铁站，地基承载力不得大于20kPa，而计算出Pz=59.6kPa>20kPa，所以车站上方汽车吊吊装钢箱梁不满足要求。

[0058] 在一些优选地的实施例中，在上跨车站区域的安装区域上设置拼装支架组件，具体包括以下步骤：根据桥梁中线桩及水平点测定各条形基础2的中心和纵横十字线位置，以校准条形基础2对应在上跨车站区域上的安装区域的位置；
在对应安装区域开挖垫层槽，然后安装条形基础2；
在所有条形基础2安装完成后安装钢管支架1。条形基础2采用7000mm×1800mm×
600mm、4300mm×1800mm×600mm等多个长宽尺寸，厚度均为600mm，支架砼基础采用C30混凝土，双层双向配筋。考虑到绿色施工，节材、节地、节能、节水、保护环境等原则，采用现场预制，循环利用的原则，本项目使用完毕后可拖到本公司其他类似项目进行使用。根据现场放样的十字线，准备的将预制好的条形基础2进行定位安装，安装前，对地面的平整度进行验收，不符合要求的进行处理，确保条形基础与基底进行密贴；吊装后对条形基础的四个角进行复核与验收，验收完毕后方可进行下一步施工。钢管支架1的主结构四肢采用Q235钢管，顶部采用双排工40a型钢与钢管焊接，各承力钢管横断面以及侧面的连接系均采用C16槽钢连接，加强结构的整体稳定性。参考图3和图4所示。

[0059] 在一些优选的实施例中，还包括步骤400、在上跨车站区域外利用吊车吊装节段之前，在根据所述吊装方案在上跨车站区域的所述安装区域设置拼装支架组件之后，按照吊装方案中的钢管支架（1）顶部的调节管的高程，进行调节调节管。调节完成后在上跨车站区域外利用吊车吊装节段时，按照桥梁中心线的延伸方向顺次吊装节段；这样做的好处在于保证多个节段的线形和桥梁设计线形相同，避免采用顶推施工带来的桥跨截面呈现墩柱处梁厚向跨中梁呈现非线性变化，同时此跨钢箱梁纵坡很大，前一联箱梁墩柱较低，斜向及水平推力设置复杂，不易控制的问题。

[0060] 步骤500、在所有节段吊装完成后，对节段段间环缝进行焊接，以及对于桥面附属件进行吊装和焊接。

[0061] 焊接的操作为：（1）桥上施工准备
a.根据桥上焊接工程总量和施工进度要求，在每一吊装焊接作业面配置容量为
200KVA的焊接电源。

[0062] b.施工前吊装、调试好配电设备、焊接设备、通风排尘设备、CO2焊所需防风棚架、除锈机具、气刨工具、火焰切割工具、防水防潮设备、焊接材料烘干箱、高强度螺栓施宁等施工必备器材器具，并设立专职维护管理人员。

[0063] c.施工前搭设好临时工作平台、临边防护。

[0064] d.提前采购好施工所用焊接材料并做好复验工作。

[0065] e.建立健全桥上施工岗位责任制度、安全制度、供电制度、通风排尘制度等规章制度，在桥上设置用电安全告示及用电安全设施。将各种制度落实到责任人，保证施工安全。

[0066] （2）工地焊具体操作a.焊接前，仔细核对破口尺寸是否合格、清除破口内的水，锈浊，油污及定位焊外的焊渣、飞溅及污物。

[0067] b.焊接后，认真除去焊道上的飞溅、焊瘤、咬边、表面气孔、未熔合、裂纹等缺陷存在。

[0068] c.焊接顺序现场焊接时，根据吊装顺序安排详细的焊接顺序。以主线吊装为例分析主桥吊装过程中各个焊缝焊接顺序。临时焊接采取码板连接，码板焊接牢靠，码板设置有过焊孔，焊接完成后对焊接瘤子应打磨，确保桥面钢板平整清洁。

[0069] 第一步：吊装中间箱梁块体，首先同时完成顶板与底板纵缝焊接，然后完成中腹板焊接。

[0070] 第二步：吊装两侧挑臂块体，两侧挑臂块体根据现场施工人员以及设备情况，可同时施工，两侧均为首先同时完成顶板与底板纵缝焊接，然后完成中腹板焊接。

[0071] 第三步：完成环缝焊接。环缝焊接时，同样首先焊接顶板与底板焊缝，按照由中间向两侧的顺序进行；然后焊接两侧腹板位置焊缝，按照由下向上的原则进行。

[0072] 第四步：完成嵌补件的焊接。

[0073] d.焊接方法e.尽量采用埋弧自动焊，既C02气体保护半自动焊打底，用埋弧自动焊盖面。

[0074] f.现场焊接顺序，根据先焊长焊缝，后焊短焊缝，先焊熔敷量大的焊缝，后焊熔敷量小的焊缝的原则，制定现场焊接的焊接顺序。

[0075] g.桥段工地连接焊缝:先焊顶、底板的横向对接焊缝，后焊腹板的对接焊缝，最后焊和嵌补段的焊缝。

[0076] h.施焊时应按监理工程师要求和相关工艺档规定焊接产品试板，产品试板的厚度、轧向、坡口尺寸应与所代表的接头一致，并与之采用相同的工艺方法及参数同时施焊。产品试板应做好标记，在经监理工程师验收合格后方可取下移送试验部门取样试验。

[0077] i.梁段间环缝为横桥向对接焊缝，是主要传力焊缝，要求100%熔透和100%无损检测。由于桥上施工条件较差，焊缝拘束度又很大，因此应从考试合格的焊工中挑选经验丰富、焊接水平较高的焊工施焊。

[0078] j.桥上焊接施工的环境温度宜在5℃以上，相对湿度不大于80%，风力不大于5级。若在露天或雨天施焊时，应采取有效的防风、防雨、防潮措施。

[0079] k.定位焊可采用手工焊或CO2气体保护焊，定位焊时执行桥上连接焊接工艺相关规定。当定位焊出现裂纹或其他严重缺陷时，应先查明原因再清除缺陷并补充定位焊。

[0080] l.焊前全面检查界面的错边、间隙及坡口尺寸。

[0081] m.焊接前用砂轮清除表面的铁锈，清除范围为焊缝两侧各50mm，除锈后24h内必须焊接，以防接头再次生锈或被污染。否则应在重新除锈后再施焊。

[0082] n.在钢箱内采用CO2气体保护焊时，焊工要佩戴防护面罩，必须配备通风防护安全设施，以免焊接时产生的CO影响焊工安本申请应该注意的是：以上的吊车的装回转半径达到46米，出杆长60米，此状况下最大起重量为30t，节段8重约26t，以满足吊装跨距的要求。

[0083] 有益效果为：1、有效控制单节段钢箱梁吊装重量，减小了单节段钢箱梁的吊装，降低了起重吊及钢梁对地铁车站顶板的反力，确保了在允许范围的应力下进行钢箱梁，确保了钢梁的安装质量。

[0084] 2、有效分解临时支墩对顶板压应力，增加了临时支墩的数量，缩小了临时支墩的间距，临时支墩下设置扩大条形基础，进一步分解并降低了对地铁车站顶板的影响。

[0085] 3、安全性高；分节段增加有利于减少吊装重量，有助于缩小起吊范围，对周边居民出行及道路交通影响减小，安全性进一步提高。

[0086] 4、降低成本，保护环境。采用横向顶推需要场地较大，周边树木林生，需要苗木进行迁改，顶推费用较大，采用此工法，费用有效降低，同时保护了周边生态环境并且降低了工程成本。

[0087] 应用前景广泛。随着国家城市更新进程，在既有周边环境（地铁、综合管廊、周边建筑、箱涵、地下管线、地下广场等地下空间结构）影响下，采取可靠的施工措施，尽可能降低对周边环境的影响。

[0088] 实际应用案例：针对地铁埋深较浅约1.5m左右，中跨75%支架落在地铁车间段，约62m长的区域，施工稍有不慎，顶板变形超标，会导致地铁停运，影响及损失是不可估量的，针对此种情况，通过采用增设预制条形基础、加密支架间距（“满堂式”）、增加钢箱梁的节段数量来对左二联钢箱梁进行吊装，直接避免了地铁顶板覆土薄、对荷载敏感、受载跨度大等影响，有效的简化了钢箱梁吊装的作业程序，提升了吊装效率及质量，并提前1个月优质完成桥梁桩钢箱梁吊装施工任务。经监测，地铁顶板的变形的应力在左二联施工期间保持在允许范围内，未出现报警情况，工程质量受到业主单位、监理单位的表彰。同时该技术采用预制条形基础，绿色环保，可重复利用，节约资源。

[0089] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0090] 需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0091] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。