南京大勝關長江大橋主跨鋼梁合龍調整的過程控制

戴福忠，劉學文，潘家英，胡所亭

(1.中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.京滬高速鐵路股份有限公司，北京 100038)

1 主跨鋼梁合龍方案概述

主橋采用大跨度連續鋼桁梁及鋼桁拱橋，橋跨布置為:2聯2×85 m鋼桁連續梁+109.5+192+336+336+192+109.5(m)6跨連續鋼桁拱。橋梁結構橫向由三片主桁架組成，每兩片主桁間的中心距均為15.0 m;上游側是兩線滬漢蓉鐵路，下游側是兩線京滬高速鐵路。兩邊桁的外側各外挑5.8 m的懸臂托架，作為地鐵行車道;結構總寬41.6 m。

主橋上部結構的架設，采用從兩側往跨中雙向架設、跨中合龍的方案。兩側192 m邊跨及兩孔336 m主跨各設一個合龍口。先合龍兩側192 m邊跨，后合龍兩個336 m主跨。南北岸側邊跨鋼桁采用臨時支墩單伸臂拼裝，鋼桁拱采用下部用墩旁托架固定，上部在6#，8#墩上各設吊索塔架及斜吊索，7#墩上設三層水平拉索輔助安裝。6#，7#，8#主墩墩頂2個節間在墩旁托架上架設，其余節間鋼梁均為雙懸臂架設。

邊跨合龍口設在5#～6#墩和8#～9#墩間，于2008年12月完成合龍。中跨合龍口設在6#～7#墩的 E37～E38和 7#～8#墩的 E37'～E38'間，根據工程進度和施組安排，先進行7#～8#墩南主拱拱肋合龍，再進行6#～7#墩北主拱拱肋合龍，拱肋合龍完成后，同時進行南、北合龍口系桿合龍。大橋中跨合龍布置見圖1。

圖1 大橋主跨合龍

南京大勝關長江大橋主跨鋼梁合龍具有如下特點:

1)鋼梁伸臂長，合龍端撓度、轉角大，合龍對位困難。

2)跨中合龍前輔以吊索塔架進行鋼梁懸臂安裝，拱肋合龍后，吊索塔架不能拆除，吊索塔架參與主梁受力，構成“斜拉橋”的體系，受力體系比較復雜。

3)拱肋合龍后欲合龍系桿，還需通過調整索力、頂張力、溫差、加減載等措施來實現，體系轉換過程比較復雜。

4)合龍點多。主跨合龍有6根弦桿、3根斜桿、3根系桿，共12根合龍桿件，不可能同時合龍，須分步進行。

5)合龍點空間坐標的變化因素多。順橋向鋼梁長度的偏差，受溫度、鋼梁制造與安裝的偏差及索力、鋼梁實際剛度系數、梁上荷載等的影響。垂直方向的偏差，受溫度、安裝荷載、索力偏差及鋼梁實際剛度系數的影響。鋼梁中線上下游的偏差，受日照、索力與鋼梁安裝順序、梁上臨時荷載的分布、起吊荷載的影響，調整時縱向、豎向相互影響，合龍較難掌控。

6)合龍精度要求高。合龍節點栓孔由工廠按設計圖一次成孔，工地用沖釘打入，施工過程中不準擴孔。這樣復雜的大型鋼梁在空中實行多點合龍，施工難度大。

以鐵科院(北京)工程咨詢有限公司為主體單位，中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司和德國PEC+S集團公司為成員單位組成的咨詢監理聯合體，積極參與大橋主跨鋼梁合龍方案的審查，對主跨鋼梁合龍過程實施有效監控。

2 合龍口位移調整的監控計算

鋼梁施工設計圖只提供某一特定狀態下各節點坐標，并不能反映鋼梁架設過程及合龍時實際受力和承載狀態。大勝關長江大橋監控單位對整個架梁過程實施監測、監控。監測側重于監控方案的實施，鋼梁變形、應力和溫度場的實測，監控主要是制定方案，分析監測成果，提出鋼梁調整的建議。咨詢監理項目部對大橋合龍過程進行了索力、溫度等因素對合龍口位移影響的敏感性分析(圖2)，驗證了大橋合龍調控方案的可行性，并對監測、監控方案和監控報告進行審核，對監控過程進行全面的監督檢查。

圖2 6#墩、7#墩合龍前敏感性分析計算模型(鐵科院)

在施工設計圖提供某一特定狀態下各節點坐標前提下，監測、監控小組考慮鋼梁預拱度設置、鋼梁自重荷載和施工荷載及各層索索力、鋼梁合龍前實際承載模式，得出南主拱合龍面各節點合龍時的高程及縱坐標值，見表1。拱肋合龍時，先合龍下弦中桁桿件，因此合龍口位移調整以將中桁下弦實際高程調整到與監控計算高程一致為準，此時其它合龍桿件高程與監控計算高程有近10 mm的差別。南主跨拱肋中桁合龍口需調整至監控計算位置。

南主拱肋合龍完成后，8#墩縱向約束已解除，7#墩平索索力已進行調整，鋼梁承載狀態發生變化，應根據鋼梁實際狀態計算6#～7#墩合龍口各節點高程及縱坐標值。監控計算表明:6#～7#墩合龍口拱肋各節點高程及縱坐標值對比7#～8#墩合龍口合龍時節點高程及縱坐標值變化較小。同樣，南、北主拱拱肋合龍完成后，應計算橋面系桿合龍時各節點高程及縱坐標值。

表1 南主跨拱肋合龍監控計算坐標

3 合龍口位移調整方法

1)7#墩鋼梁的調整:用大型浮吊安裝2個節間后，解除分離口的鎖定，調整2個節間的中線和高程，對分離口重新鎖定，以后直至全橋合龍，除張拉平索調整外，不再通過頂推對7#墩鋼梁進行調整。

2)192 m跨合龍后，解除6#和8#墩墩旁托架，解除5#和9#墩的鎖定，用9#和8#(或5#和6#)墩的縱向千斤頂使鋼梁向 7#墩預偏 150 mm，用 8#、9#和 10#(或 4#、5#和6#)墩的橫向千斤頂調整鋼梁中線。

3)高程和轉角調整:主要調整方法是通過張拉和調整8#墩、6#墩三層吊索及7#墩三層平索的索力，使合龍口兩側高程和轉角達到合龍條件。

按規范要求，索力安全系數為2.5，即吊索在使用過程中的強度不得超過0.4倍的極限強度(Rb)，在整個架梁過程中，實測節點高程均小于監控計算高程，其值一般在30～40 mm之間，為此必須調大索力，但不得將一層索的索力調得過大，應對各層索的索力綜合調整。

高程和轉角微調手段:加減載，即采用在不同位置增加或減少施工荷載的方法，微調懸臂端的高程和轉角。

4)縱向里程調整:7#墩固定不動，縱向里程調整的主要手段是在6#、8#墩頂布置鋼梁縱移千斤頂，聚四氟乙烯滑板涂黃油后摩擦系數 ＜2%，6#、8#墩支反力 ＜200 000 kN，縱移力＜4 000 kN，縱移較容易實現。

主跨合龍時，在拱肋上、下弦、系桿等9根桿件上均采用長圓孔加圓孔合龍鉸的構造措施，長圓孔直徑80 mm、長度100 mm，鉸軸直徑 79 mm;圓孔直徑 100 mm，鉸軸直徑99 mm。長圓孔和圓孔設在37節點側，37節點合龍桿件連接處有70 mm的間隙，桁拱下弦合龍打入長圓孔鋼銷后，鋼梁在縱向有-70～100 mm的可調范圍，應通過縱移將合龍口尺寸調整至與合龍準確位置偏差30 mm以內。

縱向里程調整也是以中桁下弦為準，從理想狀態圖可以看出，當中桁下弦調整到理想狀態時，上弦與理想尺寸比約短8 mm，故合龍口呈正“八”字形態。

鋼梁頂推縱移是里程調整的主要手段，里程調整的其它手段有:在上下弦桿、系桿設頂拉設施，頂拉力設計為6 000 kN，利用栓和孔的間隙進行調整;還可利用溫度變化進行調整，7#墩和8#墩弦桿固結后，336 m梁跨升溫10℃，系桿合龍口尺寸縮短約40 mm。

5)中線調整:在合龍口兩側用導鏈對拉或在合適的溫度下合龍可達到中線調整的目的，大勝關橋中線控制較好，偏差在15 mm以內。

4 拱肋合龍

拱肋合龍步驟如下:

1)兩側鋼梁采用對拉，再度精調中線;

2)打入下弦長圓孔鋼銷，此時懸臂端間隔距離與監控計算間距的偏差為(-70，+100)mm;

3)對鋼梁進行縱移調整，當合龍口尺寸與監控計算尺寸偏差在30 mm左右甚至更小時，不需再進行縱移，等待溫度變化即可，當偏差在0.5 mm以內時，打入下弦圓孔鋼銷。

拱肋下弦合龍完成，立即將8#(6#)墩臨時固定支座釋放為活動支座，完成體系轉換，防止產生過大的溫度力;

4)利用上弦頂拉設施調整上口間隙至偏差在0.5 mm以內時，打入上弦圓孔鋼銷;

5)依次在下弦、上弦及斜桿的合龍點上打入50%沖釘、上足30%高栓，然后按照正常的順序進行沖釘的替換、高栓初擰和終擰，同時退出鋼銷。

南側主跨拱肋合龍過程:2009年7月6日開始安裝7#，8#墩拱下弦合龍桿件，并根據監控計算反復調整7#，8#墩的索力。7月10日下午 16∶00，拱下弦插入長圓孔φ79鋼銷，8#墩第二層索補張拉3 000 kN/桁，7#墩第三層索補張拉2 500 kN/桁后，安裝所有合龍桿件。7月11日晚上20∶30，溫度約為34℃，中桁合龍口拱下弦間距為11.980 m，23∶45，溫度約29.5℃，插入下弦中桁桿件 φ99圓孔銷并打入沖釘，隨后，插入上、下游拱下弦圓孔銷。7月12日0∶30，解除8#墩約束。拱肋下弦合龍未使用頂拉設施。

2009年7月12日上午，完成斜桿合龍。

2009年7月12日下午開始吊裝頂拉設備，到14日凌晨2∶00許完成頂拉設備的安裝工作。拱上弦的合龍從14日凌晨3∶00開始起頂，起頂前拱上弦間隙分別為105 mm，95 mm，95 mm(設計間隙為120 mm)，上游桿件頂到16 MPa(2 660 kN)時插入圓孔銷，中桁桿件頂到20 MPa(3 300 kN)，下游桿件頂到17 MPa(2 800 kN)，分別插入圓孔銷，打入沖釘，合龍工作于7月14日凌晨4∶00結束。14日白天對各節點補充沖釘并上高栓。

北主拱6#墩于2009年7月26日張拉完第三層索，開始安裝下弦合龍桿件、斜桿和上弦，由于連續陰雨天，至31日才完成安裝3根下弦桿件、3根斜桿和1根中桁上弦桿件。當安裝7根桿件后，合龍口兩側高程滿足合龍條件，下弦3根桿件在相同溫度下里程差如下:上游側13 mm、中桁18 mm、下游側14 mm。至31日上午11∶00，溫度為28.5℃，順利插入圓孔銷并打入沖釘(先中桁、再下游、后上游)，并迅速解除6#墩縱向約束，合龍過程很順利，未使用頂拉設施。

2009年8月2日下午，完成北拱肋斜桿合龍。

8月3日0∶00～0∶08，北合龍口上弦頂拉設施安裝完成，開始合龍上弦，這時梁體溫度24.8℃，大氣溫度23.5℃。先合龍下游側，中桁與上游側基本同時合龍，合龍時三桁節間距＜12 m，用千斤頂撐開，每桁安裝4臺200 t千斤頂，合龍時里程差及頂力見表2。

表2 北拱肋上弦合龍時里程差及施加頂力值

表3 拉索初張值及拱肋合龍后實測索力值

在拱肋合龍過程中，監控小組對索力和變形進行監測、監控，表3為拱肋完成合龍后實測各層索索力，均滿足規范要求。

5 系桿合龍

拱肋合龍完成后，對兩個合龍口系桿里程差進行測量，差值見表4。據此須釋放索力，張開橋面合龍口，經監控小組計算，需釋放的索力值及索號見表5，每一步均要求同步釋放。

表4 拱肋合龍后合龍口系桿里程差 mm

表5 調整系桿里程時索力釋放值

在索力釋放過程中，加強監測、監控，重點是監測合龍口距離，看是否能安裝合龍口桿件。安裝完合龍桿件后，可釋放索力進行微調或通過頂拉完成合龍。8月20日南側合龍口安裝完3根合龍桿件，經過8#墩釋放索力微調，中桁先合龍，未頂拉。此時上游側合龍口短18 mm，下游側合龍口短15 mm，安裝頂拉設施，上游側施加4 900 kN、下游側施加3 500 kN力后，于21日早晨完成合龍。施加頂力上、下游同時進行。

8月22日，經過6#墩釋放索力微調，北側合龍口中桁先合龍，未頂拉。中桁合龍后實測上游側合龍口短25 mm，下游側合龍口短10 mm。23日，通過施加頂力安裝下游側合龍桿件并打入長圓孔鋼銷;24日上午，通過施加頂力安裝上游側合龍桿件并打入長圓孔鋼銷，下午3∶38，同時施加頂力完成兩個邊桁合龍，上游側施加頂力值為5 000 kN，下游側施加頂力值為3 000 kN。

6 結語

南京大勝關長江大橋主跨鋼梁合龍未采用傳統的支點頂升方法，而是以調整索力和整體縱移為主，輔以合龍口頂拉、溫差微調、加減載、設長圓孔與圓孔等進行合龍。合龍期間，施工單位制訂方案，精心施工;建設、咨詢監理、設計、監控單位積極履責，審查方案，對合龍過程進行監控。合龍的控制要點有:

1)使用長圓孔加圓孔輔助合龍作用明顯，使用長圓孔加圓孔輔助合龍，先將合龍口高程調整至理想位置，穿長圓孔銷，再分別調里程和中線至理想位置，達到合龍目的。這實際上是將空間位置調整簡化為分階段的平面位置調整。

2)拱肋是桁架結構，剛度對比橋面較小，變形調整相對容易。三桁結構中桁受力大，受橋面板焊接變形影響，架梁過程及合龍時中桁系桿一直較邊桁短，制造時中桁系桿應取正公差。合龍時一定先從中桁開始，邊桁系桿靠頂力完成合龍，因為相同位移中桁需要的頂拉力大，兩邊桁同時施頂容易得多。

3)鋼梁整體縱移以滿足下弦合龍為主，應考慮在溫度變化不急速的夜間合龍，大勝關拱肋下弦考慮的合龍溫度為29℃，縱移時根據移梁溫度、合龍溫度確定縱移量。拱下弦對溫度敏感，微調手段以利用溫度為主，盡量不用頂拉設施;上弦合龍時，溫度敏感性差，須使用頂拉設施。

4)拱肋下弦合龍后，實測合龍口兩側節點高程比監測、監控計算值低，因此，上弦合龍時需施加頂力將合龍口撐開。拱肋合龍完成后，需釋放索力，張開橋面合龍口，完成系桿合龍。

5)系桿合龍時，拱肋已合龍，結構體系復雜，溫度升降的利用效果不明顯，系桿合龍以調整里程、能安裝合龍桿件為主。桿件安裝完后使用釋放索力、頂拉等手段達到合龍目的。

［1］中鐵大橋局南京大勝關長江大橋項目經理部.新建南京大勝關長江大橋鋼梁架設規則［R］.南京:中鐵大橋局，2007.

［2］胡輝躍，張成東.南京大勝關長江大橋主橋鋼梁架設監控報告［R］.南京:中鐵大橋勘測設計院有限公司，2009.

［3］新建南京大勝關長江大橋工程咨詢監理項目部.南京大勝關長江大橋咨詢監理工作總結［R］.南京:新建南京大勝關長江大橋工程咨詢監理項目部，2009.

［4］譚康榮.武廣鐵路客運專線東平水道橋三主桁鋼桁拱架設的技術創新［J］.鐵道建筑，2010(1):71-74.

［5］張春新，劉代興.鋼桁拱橋精確合龍施工技術［J］.鐵道建筑，2010(1):82-83.