沪通长江大桥天生港专用航道桥三主肋柔性拱合龙施工技术

袁小龙，薛志武

(1.中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121； 2.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 430040)

1 工程概况

沪通长江大桥天生港专用航道桥采用刚性梁柔性拱结构形式，如图1所示，跨径布置为(140+336+140)m，全长616m。柔性拱采用三主肋结构，箱形截面，内宽1 200mm，内高1 400～2 004mm，板厚44～48mm。主肋横向间距17.25m，总宽34.5m，矢高60m，拱肋间设K型平联或桁式桥门架。拱肋施工总体采用梁上拼装、竖转到位、跨中合龙工艺，合龙段长1m，单节重约2t。

图1 专用航道桥桥型布置(单位：m)

2 拱肋合龙总体施工方法及重难点分析

如图2所示，3，4号墩拱肋依次竖转到位后，通过调整上、下层扣索索力及设置端部合龙调位系统来精确实现合龙口姿态调整。按先两边后中间的顺序进行合龙，结构上采取马板临时固定措施进行杆件对接安装。

图2 拱肋合龙示意

拱肋合龙施工重难点分析如下。

1)拱肋为三主肋结构，横向刚度较大，平面内刚度小。转体到位时端部横向无约束，易错位，端部下挠较大，合龙节点位移和转角调整难度较大。

2)拱肋跨度大，合龙点空间坐标影响因素多，顺桥向拱肋长度偏差受温度、拱肋制造与架设偏差的影响，竖直方向偏差受风荷载、日照的影响，拱肋轴线偏差受日照和临时荷载等影响。顺桥向与竖直向相互制约，合龙点位置难以控制。

3)工程位置常年风速接近6级，且合龙口位置距离江面高度约130m，风荷载影响更甚，拱肋合龙前处于大悬臂状态，合龙口抖动，横移等难以消除。

4)合龙精度要求高，合龙段由工厂按设计图制作，现场用马板临时固结，在空中实现多点合龙，难度较大。

3 拱肋合龙敏感性分析

合龙调位过程中，前端索作为主牵引索，承担拱肋转起和标高调整功能，后端索作为辅助索，用以调整拱肋线形和前端转角，改善拱肋应力状态。通过分析建模计算结果如图3所示。

图3 拱肋转体合龙时整体位移与应力

由于竖转控制系统可将索力偏差控制在±50kN，经计算分析，合龙口高程最大偏差13mm，里程最大偏差26mm(合龙口拉开)，转角最大偏差0.004rad；拱肋组合应力：最大拉应力117.7MPa，最大压应力-136.4MPa，均满足设计要求。

以上是在理想状态下的计算结果，在受到外部荷载作用时，由于超大跨度和柔性结构的特点，合龙口很易产生偏差，需设置合龙口工装以纠正偏差。以下对合龙口进行敏感性分析，以确定工装参数和方式。

3.1 合龙口横桥向调位

当合龙口出现横向偏位后，需在合龙口加横桥向荷载以调整拱肋横向错位。分别施加50，100，200kN荷载，结果如图4所示。

图4 横桥向敏感性分析

根据分析可知，配备≥200kN的横向调位装置可满足合龙口精确调位要求。

3.2 合龙口竖向调位

通过竖向调位装置对合龙口加竖向荷载以调整竖向错位，分别施加50，100kN荷载，对应的位移值及位移变化量结果如表1、图5所示。

图5 合龙竖向调位

表1 竖向荷载作用下合龙口位移 mm

由分析可知，合龙口在100kN竖向荷载作用下可进行292mm的高差调整，转体提升系统可将合龙口两侧拱肋高差调整至≤20mm，故配置≥100kN的竖向调位装置可满足合龙口精确调位。

3.3 合龙口顺桥向调位

当合龙口顺桥向空间无法满足嵌补段安装要求时，在合龙口施加顺桥向荷载，调整合龙口间距，分别计算拉力-100，-200，-300，-600，-800kN作用下合龙口靠拢位移量(合龙口间隙变小为负值)及推力100，200，300，600，800kN作用下合龙口远离位移量(合龙口间隙变大为正值)，结果如图6所示。

图6 顺桥向敏感性分析

由分析可知，合龙口在800kN顺桥向荷载作用下，可进行±200mm的宽度调整。转体提升系统可将合龙口宽度调整至不大于设计值±40mm的宽度，配置≥800kN的顺桥向调位装置可满足合龙口精确调位要求。

4 合龙口调位系统

如图7所示，合龙口调位系统由横向、竖向和纵向调位装置组成。

图7 合龙口调位系统

横向调位装置由预先焊接在拱肋端部的耳座和10t手拉葫芦组成。合龙口粗定位后，人工利用钢丝绳将横向调位装置对拉张紧，如图8所示，根据测量数据调整手拉葫芦来消除合龙口横向错位。

图8 合龙口轴偏调整

竖向调位利用转向滑轮组架体作为调整反力架，转体扣索调整锁定后，测量拱肋合龙口两端高程差。如图9所示，如4号墩侧拱肋端部高度大于3号墩侧，将架体转下横跨拱肋锁定3号墩侧销轴后，4号墩侧支腿中间装入20t千斤顶反顶，端部高度调整到位后，将支腿与拱肋刚接。反之，将架体转下后，现场焊接4号墩侧耳座与支腿连接，拆除3号墩侧架体销轴后在支腿中间装入20t千斤顶反顶，高度调整到位后再将支腿与拱肋刚接。

图9 合龙口高差调整

纵向调位装置包括80t油缸和锁定装置。在合龙口拱内预先固定1根钢管，用于合龙口过小时顶开，如图10所示。合龙口过大时，利用千斤顶张拉两侧精扎螺纹钢缩小合龙口，待调整到位后，用4组带球形螺母的精轧螺纹钢和中间撑杆锁定合龙口，安装嵌补段。

图10 合龙口临时固结

5 合龙口姿态调整

5.1 合龙口初步调整

在合龙前，通过调整主索将合龙口标高基本调整至设计标高，调整辅助索将合龙口转角基本调至设计转角。调整完后张紧缆风绳至50kN/根，防止合龙口出现振动，并消除部分横向偏差。

另外，合龙时受外界环境条件、加工制作精度、结构实际自重、安装误差等因素的影响，合龙口实际状态与计算值存在一定的误差，初步调整后的合龙口相对高差及横向偏差控制在20mm以内，相对竖向位移偏差控制在40mm以内。

5.2 合龙口精确调整

1)横向相对偏差调整 通过横向调位装置将横向偏差控制在5mm以内。

2)竖向相对高差及转角调整 合龙口竖向相对高差及转角的精确调整先通过计算机PID精确调控扣索索力实现，在进行调整时，以拱肋前端标高控制及转角控制为主，以索力控制为辅，且索力调整不宜过大或过小，以免结构应力超标，当调整至合龙口两侧高差在20mm以内时，再通过竖向调位装置调整高差至5mm以内。

3)纵向相对偏差调整 通过纵向调位装置将合龙口宽度调整至1 020～1 030mm。

6 合龙段安装

合龙段位于4号墩侧节点S21和S22之间，长1m，单节重约2t。为使合龙对接顺利准确，拱肋在工厂内试拼装，合龙拱肋按设计线形和加工余量预装。合龙顺序为先两边拱肋后中间拱肋。

选择气温平稳时段精调合龙口线形，纵向预留2～3cm间隙。合龙段吊装就位后，与一侧拱肋进行焊接，然后通过调整拉索索力并辅以千斤顶、手拉葫芦等设备，将合龙段另一侧与拱肋精确匹配对位，并用马板临时固结，最后完成合龙段焊接。

拱肋提升通过锚固在主梁上的卷扬机及合龙端口上方设置的转向滑轮实现。两侧卷扬机同步提升，配合拱顶手拉葫芦，拱肋垂直进入合龙口。通过手拉葫芦和紧线器精确调整合龙口各项指标。码板固定后对环向对接焊缝实施手工焊接，焊接工艺严格按工艺试验确定的要求进行。

经实测，拱肋横桥向整体偏差和三片拱肋高程相对偏差均控制在10mm以内；合龙段吊装就位后，轴偏为2mm，高差为1mm。

7 结语

大跨三主肋柔性拱结构平面刚度较小，合龙口影响因素较多，且合龙精度要求高，合龙难度较大。本工程实施过程中通过敏感性分析及精度控制指标确定合龙口调整工装系统，实现合龙口姿态及拱肋整体线形的精确控制，效果良好。