新白沙沱长江特大桥主桥钢梁中跨合龙施工技术探讨

王志勇

摘要： 新白沙沱长江特大桥为双塔双排双索面、双层铁路钢桁斜拉桥，主跨432m。为尽量减少杆件内力的产生，本桥中跨合龙采用“适配法”的方式进行合龙。根据监控量测数据，严密分析，制定了相关合龙措施，严格按照合龙步骤操作，实现了利用合龙杆件的无应力合龙，为以后类似桥梁的合龙提供了借鉴经验。

Abstract： New Baishatuo Yangtze River Bridge is a twin-tower double-row double cable plane， double railway steel girder cable-stayed bridge with main span of 432m. In order to reduce member internal force， the midspan closure adopts "adaptation method". Based on monitoring data and analysis， the closure measures are formulated. The closure steps are strictly followed. Stress free closure with closure bar is realized， which provides reference for similar project in the future.

关键词： 双塔双排双索面；双层铁路；斜拉桥；无应力合龙

Key words： twin-tower double row double crane plane；double railway；cable-stayed bridge；stress free final closure

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0106-03

0 引言

鉴于目前大多数钢桁梁斜拉桥中跨合龙是通过合龙点的弦杆竖版及内外拼接板上设“长圆孔+圆孔”，用绞轴链接实现，这种方案以强迫合龙为主，对于大跨度钢桁梁斜拉桥中跨合龙施工中，容易导致钢桁梁杆件内力较大，合龙时间较长。本文以新白沙沱长江特大桥为依托，对大跨度钢桁梁斜拉桥中跨合龙采用“适配法”的方式进行合龙，实现了利用合龙杆件的无应力合龙，解决了钢梁的刚度大、合龙杆件多、温度影响大、合龙精度要求高等一系列难题。

1 工程概况

新白沙沱长江特大桥主桥布置为（81+162+432+162+81）m钢桁梁斜拉桥，全长920.4m，上层为四线客车线，标准段线间距为4.4m；下层为双线货车线，标准段线间距为4.0m。2# 、3#墩为主塔墩，主塔为H型桥塔，双塔双排双索面、半漂浮体系，塔墩固结，塔梁分离。钢梁为N型桁架、两主桁、直桁结构、桁宽24.5m，桁高15.2m，节间长度13.5m，共计68个节间，钢梁每延米重约45t。（如图1所示）

主桥施工采用塔梁同步施工，合龙段设置在跨中靠近2#塔侧的A33-A34节间，重庆侧（2#塔）钢梁采用边跨部分顶推+散拼，主跨侧悬臂架设的施工方案；贵阳侧（3#塔）钢梁采用架梁吊机双悬臂架设的施工方案。待中跨钢梁合龙后，再架设3#塔边跨侧剩余2个节间的钢梁，最后完成全桥钢梁架设。

2 合龙段的特点

2.1 钢桁梁刚度大 新白沙沱长江特大桥钢梁主桁弦杆和部分竖杆、斜杆采用箱型截面，断面尺寸大；上下双层，上层桥面正交异性板与钢梁主桁焊接共同受力，使得在同样外力作用下钢梁产生的变形很小。

2.2 合龙对位困难 主跨合龙采用双悬臂，全桥仅在跨中设置一个合龙段（A33-A34节间），悬臂跨度长，合龙段挠度、转角大，合龙对位困难。

2.3 合龙点多 钢梁合龙点有6处，上下弦杆4处，斜杆2处。要求6点均能准确对位，空间形态无误，施工控制难度大。

2.4 合龙点空间坐标的变化因素多 合龙前2#塔主跨侧已悬臂拼装了15个节间钢梁，3#塔主跨侧已经悬臂拼装了16个节间的钢梁。顺桥向钢梁长度偏差，受温度、钢梁制造误差与安装偏差及索力影响；垂直方向的偏差，受安装荷载、日照及索力偏差的影响；钢梁横桥向的偏差，受日照、索力及钢梁安装顺序、起吊荷载的影响，调整时顺桥向、垂直高差方向相互制约，合龙点的位置较难控制。

2.5 各方位偏差相互制约 主梁由于受斜拉索的作用，纵向移动时垂直方向也跟着变化，横向移动时索力制约很大，垂直顶落均会影响索力，调整难度大。

3 合龙方案

为尽量减少杆件内力的产生，借鉴其他钢桁梁斜拉桥合龙的成功经验，本桥中跨合龙采用“适配法”的方式进行合龙。适配法就是合龙口处主桁杆件的拼接板一端孔眼在工厂按设计要求钻孔，另一端孔眼则根据现场实测尺寸在工地现场钻孔。用于现场配钻的拼接板均在设计长度基础上增加5cm，用于调整拼装偏差，配钻孔设置在非合龙杆件上。合龙顺序为：合龙2根下弦杆和2根上弦杆，然后合龙2根斜杆。主桁合龙之后依次架设下层平联、纵梁、上层正交异性桥面板等。

4 合龙方案的实施

4.1 钢桁梁架设过程中的控制 在钢桁梁架设过程中，主塔两侧要求对称悬臂架设，两侧不平衡荷载不大于150t，索力误差控制在规定的范围内（5%），尤其要严格控制钢桁梁的轴线偏差及上下游高差。

鋼桁梁架设完每个节间后进行工况测量，出具索力张拉控制值，通过监控量测来指导下一节段钢桁梁架设，及时采取纠偏措施，使轴线偏差和高程偏差得到有效控制，为中跨合龙的顺利进行创作了良好的条件。

根据前期每个节间的监控量测数据显示2#塔轴线偏差偏上游、3#塔轴线偏差偏下游，为了保证合龙时线形平顺，在合龙前5个节间开始联测，逐步调整后续节间钢桁梁的轴线偏差数据，使2、3#塔的偏差数据趋于一致。在主桁杆件安装的过程中及时跟踪测量，同时采取2台10t倒链对拉调整杆件的轴偏。

4.2 合龙前工况 2#塔完成重庆侧33个节间钢梁架设，完成塔两侧1#-12#斜拉索的张拉工作；3#塔完成贵阳侧除边跨2个节间外剩余的32个节间钢梁架设，完成塔两侧1#-13#斜拉索的张拉工作（如图2所示）。

钢梁达到合龙前工况，进行敏感性分析，确定调整措施，解除钢梁纵向约束，让钢梁纵向自由移动达到平衡，然后将钢梁纵向位置调整到合龙状态。对钢梁做一个全面监控测量，由此拟定合龙口钢梁调整方案，并将钢梁调整到预设状态，然后进行合龙口24小时监测。精确测量合龙口两端主桁杆件的孔群间距，根据测量数据分析确定并实配主桁杆件拼接板。微调钢梁纵、横、竖向位移将6个主桁合龙接口合龙，实现钢梁主桁杆件精确合龙后，施拧高栓，对称焊接桥面板。

4.3 敏感性分析 合龙前敏感性分析计算表如表1所示。

通过表1得出以下结论：纵向（x向）调整采用顶推方式比较敏感，竖向（z向）调整采用压重方式最敏感，调索方式次之；横向（y向）采用偏载压重方式较敏感，但同时对竖向（z向）影响也较大；温度变化对竖向（z向）的影响敏感，但同时也对纵向（x向）影响也较大。

4.4 合龙口数据测量 3#塔侧13#斜拉索张拉完成后，对合龙口两侧钢梁连续监测24h，每间隔2小时观测并记录合龙口的长度及杆件的温度（如表2）。

表2中偏差值为：实测合龙口数据-理论合龙口数据，负值表示实测合龙数据小于理论数据，温度为安装在钢梁上的测温元件采集的数据。

4.5 合龙口数据分析 根据实测的数据，选取夜间20：00-凌晨4：00钢梁温度变化不大的五组数据作为基础进行分析，最终得出四根弦杆的拼接板板缝的数据（如表3）。

为保证板缝在20-60mm之间，需要调整板缝宽度，同时考虑合龙杆件加载后跨距变化，上弦减小2mm，下弦增加1mm。

4.6 合龙口数据确定 根据分析结果，将拼接板的拼缝宽度报设计单位进行审核，确定合龙口偏差数据后，现场配钻合龙口拼接板。

5 主要调整措施

5.1 纵向调整措施的安装 钢梁纵向调整以主墩处纵向调整为主，合龙口局部对拉为辅。①主墩处纵向调整措施的安装。主墩处纵向调整设备，通过主塔墩支座处纵向临时锁定进行设置。分别拆除中跨侧和边跨侧临时连接杆并置换成400t千斤顶，4台千斤顶全部安装完成后，同步操作4台千斤顶，将钢梁调整到初始位置后锁定，然后张拉13#斜拉索。②合龙口纵向辅助调整设施的安装。合龙口纵向调整设施在下弦杆顶板上设置顶拉板及支撑座，顶拉板、支撑座与钢梁顶面之间通过高强螺栓连接。顶拉千斤顶采用250t穿心式千斤顶，千斤顶在使用时，适当在千斤顶口用厚钢板做抄垫处理。

5.2 横向调整措施的安装 钢梁合龙主要通过设置2台10t倒链对拉调整横向相对位置的偏差。反拉点利用杆件起吊吊耳设置。

5.3 竖向调整措施 通过在合龙口钢桁梁悬臂端压重、调整架梁吊机位置以及斜拉索索力调整等措施。

5.4 合龙偏差调整顺序 根据设计图纸的相关要求，结合“适配法”的合龙方案，确定合龙偏差的调整顺序：首先调整Y方向（横向）偏差，使合龙口两侧桁中线在10mm范围内；再调整Z方向（竖向）高差，使合龙口Z方向的相对偏差值减小至5mm以内；然后再利用温度变化和合龙口处的顶拉设备来调整X方向（纵向）距离，使冲钉顺利打入。

6 合龙口实施情况

6.1 合龙杆件的安装 ①安装两根下弦杆。将设计理论拼接板安装到下弦杆杆件E33节点端，现场适配的拼接板安装到下弦杆杆件E34节点端，利用架梁吊机先安装合龙口两个下弦杆。下弦杆件E33节点端安拼接板按要求插打50%的冲钉和固定螺栓，确保杆件固定牢固。②安装两根斜杆。先安装上口拼接板，插打冲钉到位，下口拼接板暂不安装，等四根弦杆合龙后在合龙斜杆。为防止斜杆下口前端因自重下挠给钢梁弦杆合龙带来不便，在E34节点竖杆上利用钢丝绳形成一个反力点，然后通过卡环、倒链、钢丝绳和反力座与斜杆下口连接。在需要时收紧倒链，拉起斜杆下口，避免斜杆与E34大节点相撞。③安装两根上弦杆。安装方法同下弦杆，主桁杆件均安装完成后，准备合龙主桁杆件。

6.2 主桁杆件的合龙 现场具备合龙条件后，选择气温变化较小的夜间开始进行合龙段合龙工作，首先根据下弦杆件的合龙口数据，需要利用支座处的顶推措施将3#塔钢梁向中跨纵移10mm使得下弦合龙口处的冲钉打入。待下弦杆件合龙口冲钉打入50%后，解除支座处约束，使钢梁处于自由体系状态。再进行上弦杆件合龙工作，实测上弦杆件合龙口的数据，结合敏感性分析采取同时增加2个塔的中跨侧最外层斜拉索索力、分级加载100t/根，张拉完成后观测合龙口数据，虽不能打入冲钉，但偏差值明显减小。然后利用上弦上、下游杆件上的辅助纵向调整装置对杆件分级施加到100t顶托力，将上弦合龙口处的冲钉打入，完成四根弦杆的合龙工作。

6.3 斜杆的合龙 主桁杆件合龙后根据实测斜杆合龙口处拼缝间距，记录当时的气温和实测数据，拼接板的拼缝宽度经设计单位确认后现场适配拼接板的钻孔数据，完成斜杆的合龙工作。

6.4 合龙杆件高强螺栓施拧及剩余的合龙段杆件拼装

合龙杆件完成合龙工作后，上足30%的高强螺栓并对这部分螺栓进行初拧，分两次退出已打入的冲钉，冲钉每次退出后及时补上高强螺栓，待冲钉全部退出后，对高强螺栓进行初拧和终拧工作。

合龙杆件合龙之后实测下层纵梁和上层桥面板间距，得出纵梁和桥面板的拼接板钻孔数据，拼接板现场钻孔，依次架设下层平联、纵梁、上层正交异性桥面板等。完成剩余的合龙段杆件拼装，施拧高强螺栓，对称焊接桥面板。

6.5 合龙后的线形监测

钢梁合龙后，合龙处线形圆顺，无明显折角。上弦上游侧合龙点轴线相对于理论轴线最大偏差为-10mm，偏向下游。以上控制参数均小于规范规定控制指标。

待下层道砟槽板安装和上层桥面环氧沥青混凝土铺装完成之后，对斜拉索索力进行二次张拉，以全面调整主桥钢梁内力及线形。

7 结束语

新白沙沱长江特大桥钢梁具有刚度大、合龙杆件多、安装精度要求高等特点，在钢梁悬臂拼装架设过程中，做了大量的监控量测工作，采取了合理的施工控制技术，特别是钢梁中线偏差的控制，发现问题及时处理，将各种偏差控制在允许范围内，为钢梁成功实现跨中合龙创造了有利条件。本桥采用“适配法”合龙是在确定塔顶钢梁位置正确，满足设计和规范要求的前提下，缩短了合龙口杆件合龙的具体实施时间近50%，实现了利用合龙杆件的无应力合龙，解决了钢梁的刚度大、合龙杆件多、温度影响大、合龙精度要求高等一系列难题。

参考文献：

[1]柯軍圣，万方.芜湖长江大桥主跨钢桁梁斜拉桥跨中合龙施工[J].中国铁道科学，2001，22（5）：115-117.

[2]李世安.钢桁梁斜拉桥钢梁合龙施工技术探讨[J].科学之友，2012，10：63-65.

[3]中铁大桥勘测设计院集团有限公司.新白沙沱长江大桥钢桁梁设计施工图[Z].武汉，2012，10.

[4]TB10415-2003铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2004（2）.

[5]Q/CR 9211-2015铁路钢桥制造规范[S].北京：中国铁道出版社，2015（5）.