大跨度三塔結合梁斜拉橋邊跨強制合龍施工技術

黃海歐，孫曉偉，陳超華

（中交二航局第五工程有限公司，湖北 武漢 430012）

斜拉橋合龍施工方法主要有兩種：自然狀態合龍法和強制合龍法。自然狀態合龍法即根據對合龍口觀測，分析計算確定合龍段長度后現場切割，在低于設計合龍溫度情況下吊裝主梁，在溫度上升過程中實現主梁合龍；強制合龍法以設計成橋狀態主梁長度為依據，通過頂撐系統將合龍口增大，吊裝主梁后再縮小合龍口，實現主梁合龍，施工不受環境溫度限制、施工速度快。武漢二七長江大橋主橋為三塔結合梁斜拉橋，邊跨合龍施工成功采用了頂推強制合龍法，實施效果良好。

1 工程概況

武漢二七長江大橋是武漢市二環線控制工程之一，主橋采用三塔斜拉橋，主跨616m，是世界最大跨徑的三塔斜拉橋；主跨上部結構采用工字鋼組合梁與混凝土預制板相結合的主梁結構，是世界最大跨度的結合梁橋。主橋輔助墩至過渡墩間邊跨為90m預應力混凝土主梁，在輔助墩處JH梁段一端通過剪力釘與混凝土主梁澆筑結合，另一端通過高強螺栓與鋼混結合梁相連。

根據橋型布置，全橋共有兩個邊跨合龍段和兩個中跨合龍段。兩個邊跨合龍段分別位于2號、6號墩附近。如圖1～圖3。

工程特點為：1）三塔斜拉橋中塔懸臂大，整體剛度小，受環境因素影響大。2）主跨上構采用工字型鋼混結合梁，主梁剛度小，對索力、溫度、臨時荷載等各種施工因素反應敏感。3）上構結構復雜，施工程序復雜。主跨上構采用工字型鋼混結合梁，邊跨為預應力混凝土配重梁，鋼混結合段結構受力復雜。

圖1 武漢二七長江大橋主橋橋型布置圖（單位：m）

圖2 邊跨合龍段布置圖

圖3 工字鋼組合梁圖

2 體系轉換方法

三塔斜拉橋因中間塔頂沒有端錨索來有效地限制變位，整體結構剛度減小、柔性增大，其變形較大。故三塔斜拉橋上部結構施工體系轉換較復雜，為使整體結構體系受力明確，保證主梁施工質量，將系統受力體系轉換分為三個階段：

1）三塔分別以雙懸臂方式進行主梁安裝施工，塔梁縱向臨時固結。

2）邊跨合龍時，將塔梁縱向臨時固結解除，并轉移到輔助墩墩頂，進行主梁縱向臨時固結，以減小邊跨160m鋼梁溫度應力對結構體系的影響。

3）主跨合龍時，先合龍一側主跨，解除對應邊跨輔助墩臨時固結；再合龍另一側主跨，解除輔助墩臨時固結；中塔始終為縱向固結狀態。

3 頂推合龍方法選擇

邊跨合龍口調整可通過頂推雙懸臂結構實現，也可通過頂推邊跨混凝土梁段實現。為保證合龍梁段能順利吊入合龍口，將雙懸臂鋼梁向江側整體偏移200mm以上，或將邊跨混凝土梁段整體向岸側偏移200mm以上。就兩種頂推方法進行分析比較如下：

1）頂推雙懸臂結構

在塔柱處設置頂推設備，通過頂推雙懸臂主梁移動，實現對合龍口的調節。

這種方案可不移動邊跨混凝土PC梁段，頂推對邊跨永久結構及臨時支架結構受力沒有影響。但頂推雙懸臂需將塔梁臨時固結的縱向約束解除，這樣對雙懸臂結構主梁線形影響較大；邊跨JH梁段安裝時存在一定誤差，采取雙懸臂頂推工藝，將不利于誤差調整和梁段匹配，會影響主跨主縱梁累計誤差。

2）頂推邊跨混凝土PC梁段

在邊跨輔助墩墩頂布置頂推設備，通過頂推邊跨PC梁移動，實現對合龍口的調節。

這種方案不解除塔梁臨時固結，在頂推時邊跨JH梁安裝誤差可以調整，有利于梁段匹配連接，且不會累計到主跨鋼梁拼裝誤差。缺點是頂推邊跨混凝土PC梁段會對邊跨永久性結構（PC梁、1號、2號墩柱）和臨時支架結構產生不利影響；頂推力很大，安全風險大；受邊跨鋼梁溫度變形影響，混凝土PC梁段將往返移動，易損壞。

3）方法選擇

綜合兩種頂推方法對永久結構和臨時結構影響，并從施工安全角度考慮，頂推雙懸臂主梁工藝較合理。但需要解決頂推布置、頂推臨時結構受力和同步性控制問題。

4 合龍口調整方法

1）合龍口線形調整方法選定如下三種，現進行綜合比較：

①調整前端3對斜拉索索力；

②在JH梁段底設托架，調整合龍口高程及轉角；

③調整前端1對斜拉索索力及配臨時荷載。見表1。

表1 合龍口匹配調整方案比較

綜合分析各種因素，確定采用方案三，根據監控數據對索力進行調整，合龍前，密切觀測合龍口，通過現場臨時荷載微調，使合龍口兩端位移及轉角達到相同狀態。

2）通過結構計算軟件進行建模計算，對索力調整、溫度變化、臨時堆載等各種因素對主梁影響的敏感度進行分析，分析結果見表2及圖4。

表2 主梁線形敏感度分析表

圖4 主梁線形敏感度計算匯總

5 邊跨合龍施工關鍵技術

5.1 施工準備

1）合龍段尺寸確定

施工至合龍前5個節段時，根據現場實際監測數據及各鋼梁實際加工尺寸誤差，對合龍段理論長度進行修正，確定加工尺寸并進行制造。

2）鋼混結合段及邊跨混凝土主梁施工完畢，按監控要求完成預應力張拉。

3）連接板配鉆螺栓孔

在合龍口兩側主梁上布設測量點（根據監控要求確定位置），選擇風力較小的天氣，每間隔兩小時測量一次合龍口間距及相鄰主梁的高程，同時測量大氣溫度、主梁內表溫度，根據監控要求，連續觀測1～2晝夜。根據實測數據，進行合龍段ZL1與JH梁段接頭連接板螺栓孔開孔。

4）調位千斤頂布置

邊跨合龍前，解除主塔處設置的縱向限位桿件，安裝合龍調位千斤頂。根據建模計算，雙懸臂主梁向一側頂推20 cm所需頂推力1 235 kN，即上下游頂推力均為617.5 kN。在支座墊石及主梁ZL12的反力耳座間布置250 t千斤頂，共4臺，千斤頂布置見圖5。

5.2 合龍段起吊連接

啟動頂撐系統，放松江側千斤頂，頂撐岸側千斤頂，將主橋雙懸臂結構向江側移動20 cm。在頂撐過程中，上下游兩側千斤頂統一指揮，以3 cm為一行程進行，保證上下游千斤頂同步。橋面吊機吊裝合龍段ZL1兩根主梁，與S10號索梁段ZL2間高強螺栓連接。

5.3 頂推合龍

回頂千斤頂，使合龍口鋼主梁最小距離控制在4 cm（考慮10℃溫差，160m鋼梁伸長量約2 cm），鎖住千斤頂，安裝墊塊，將主梁縱向臨時約束，進行合龍口線形微調。

1）高程及轉角調節：調整S10斜拉索索力，并在ZL2梁端設置臨時水箱，使合龍段主梁ZL1端頭緩慢下落，與JH梁段相匹配。

2）主梁軸線調節：在合龍口布置手拉葫蘆，一端連接ZL1梁段主梁端頭，另一端連接JH梁段，通過手拉葫蘆收、放進行主梁軸線調整（見圖5）。連續觀測合龍口上下游、梁頂梁底間距、軸線偏差等，計算合龍口轉角偏差，進一步反復調整，直至合龍口兩側主梁高程、轉角及軸線吻合后，將拼接板安裝在JH梁段。

圖5 主塔處調位千斤頂布置圖

3）縱向里程調節：主梁縱向里程調節通過頂推裝置完成。選擇環境溫度恒定時（凌晨），解除縱向臨時約束，將鋼梁上下游千斤頂同時向岸側頂推，控制合龍口最小寬度為2 cm，仔細觀察連接板螺栓孔與主梁螺栓孔匹配情況，當螺栓孔孔眼重合時，停止調位千斤頂，快速用沖釘將孔位固定，采取先施打底板沖釘、后腹板工藝，當ZL1梁段與JH梁段間連接板50%沖釘就位后，安裝50%高強螺栓并初擰。抽換沖釘并終擰高強螺栓，實現主梁合龍，即主橋邊跨合龍，同時解除塔梁臨時固結。

6 頂推合龍實施效果

武漢二七長江大橋北邊跨合龍施工于7月15日22∶30正式開始，于7月17日4∶30完成主梁合龍，用時30 h。施工時環境溫度23～30℃，大于設計合龍溫度16.8℃，實際頂推距離250mm，滿足了鋼主梁吊裝空間要求。

在合龍口頂推時，上游千斤頂頂撐力最大達820 kN，下游千斤頂頂撐力最大達700 kN，頂撐力大于建模計算617.5 kN，其原因是由塔區梁段ZL12支座的摩擦力以及增大的頂推位移造成的。在合龍口縮小過程中，上、下游千斤頂頂撐力最大分別達到910 kN、880 kN，頂撐力較合龍口增大時變大，主要是由塔區梁段ZL12支座的摩擦力、合龍段主梁ZL1重量共同作用造成的。

合龍前，實測合龍口尺寸偏差，ZL1梁段上游側頂板偏高266mm，頂口較底口間距寬5mm，軸線偏下游34 mm；ZL1梁段下游側偏高24.5 cm，頂口較底口寬5mm，軸線偏下游31mm。通過調索、壓載以及上下游間拉索調整后，ZL1梁段上下游高程均小于1mm，頂底板處接縫寬差約1mm，軸線偏差小于2mm，ZL1梁段與JH梁段匹配良好，順利的完成了高強螺栓的安裝施工。

7 結語

武漢二七長江大橋邊跨合龍施工順利，確保了大橋按時通車，主梁線形及應力狀況完全符合設計要求，頂推強制合龍施工方法得到了順利實施。

通過前端索力調整、配重調節、拉索設置等措施，使主梁線形匹配效果良好；采用頂推系統調節合龍口尺寸，在非“設計合龍溫度”條件下實現主動合龍。與溫度自然合龍法相比，更符合橋梁設計理念，施工不受環境條件約束，速度快，在結合梁、鋼梁斜拉橋建設領域具有較高的推廣價值。

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