公鐵兩用的閔浦大橋中跨橋面施工關鍵技術

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

閔浦大橋是上海S32申嘉湖（A12）高速跨越黃浦江段工程，主橋為雙塔雙索面雙層斜拉橋，主跨跨徑708 m，鋼梁采用N型桁架結構。其中，中跨鋼結構橋面梁全長約682 m，總質量約23 000 t，為正交異性結合鋼桁梁。

閔浦大橋中跨鋼結構橋面梁上下橋面高差9 m，上橋面總寬43.6 m，下橋面寬28 m，主桁橫向間距為27 m，邊弦桿距離主桁為7.25 m，斜拉索錨固在邊弦桿上。整個中跨鋼梁由45 根間距為15.1 m的主橫梁分成46 個節間，由44 對斜拉索錨固在對應主橫梁與邊弦桿形成的結點上。

2 總體技術路線確定

閔浦大橋中跨橋面鋼桁梁節段構件尺寸大，故委托具備大型碼頭、可直接下水的專業鋼結構廠加工制作，并在工廠預拼裝，經驗收合格后，由水路運輸至施工現場，進行現場節段吊裝并懸臂拼裝。

考慮到安裝流程及安裝方法，中跨主梁共分為45 個節段，東西對稱。其中MB1節段為邊、中跨結合段，長度11.9 m；HL為合龍段，長度23.2 m；MB2～MB22為標準節段，長度均為15.1 m。每個節段均包含1 個主橫梁大結點，為保證節段的整體性，在另一端設置臨時桿件。同時，為確保節段吊裝時進檔順利，節段分段上橋面的前端比下橋面的前端長約1.64 m。現場安裝采用專用橋面吊機整體節段吊裝工藝，所有節段均采用全焊接方式連接。

中跨鋼桁梁的安裝因受現場地形及水文條件的影響，部分鋼桁梁不能直接運到吊裝位置。浦東主塔西側防汛墻堤外有較長的河漫灘，水深淺且易回淤，因此在浦東主塔西側修建一組長約86 m的滑道，將船舶運抵的鋼桁梁（MB1～MB6）通過大型浮吊轉移到滑道臺車上，滑移至近塔處的吊裝位置，然后再使用橋面吊機吊裝。浦西側主塔東北角最近處距離防汛墻凈距25 m左右，且在距防汛墻外側8 m處有一寬約9 m的廢棄碼頭，同樣需要在浦西主塔東側修建一組主跨鋼桁梁臨時擱置點，將船舶運抵的鋼桁梁（MB1～MB4），通過大型浮吊轉移到臨時擱置點上，然后再使用橋面吊機吊裝。

其余節段，由運輸船將鋼桁梁直接運輸到橋面吊機投影面下，拋錨定位后由橋面吊機直接起吊。由于合龍段吊點間距達20.17 m，不適用于橋面吊機前后兩吊具間距，同時為保證吊裝時結構受力的對稱性，中跨合龍段采用浦東、浦西4 臺橋面吊機抬吊吊裝，每臺吊機只用1 套提升系統，吊裝合龍段之前需對橋面吊機進行現場改造。

梁段安裝的同時進行斜拉索安裝及張拉。為安裝鋼錨梁和斜拉索，在浦東浦西主塔4 個塔柱頂部設置提升門架和卷揚機提升系統。為長重斜拉索上岸用，在已安裝桁架梁底部設置提升系統；為斜拉索上橋面用，因此，分別在兩側上層橋面近塔側各配置1 套500 kN履帶吊。

3 中跨橋面安裝施工關鍵技術[1-8]

3.1 中跨梁段的制作、拼裝和運輸

中跨桁架梁標準節段結構如圖1所示。

圖1 中跨鋼桁組合梁三維示意

中跨雙層鋼桁梁空間結構尺寸大，鋼桁梁的制作精度變形控制和安裝精度控制是關鍵控制點。為控制制造精度，在專業橋梁鋼結構工廠制造時即采取了大量的針對性措施。制作分單元件制作、弦桿預拼、組合單元件制作、節段整體組裝預拼4 個階段進行，在制作中采取了變形控制及余量補償措施；為確保精度，鋼桁梁節段組裝及預拼在總裝胎架上完成，總裝匹配采取“5+1”模式（圖2）。

梁段制作完成并經廠內總體預拼后放置在存梁區，需要時提前2～3 d滾裝上船至自航式梁段專用運輸船并運輸至作業現場水域；在長江及黃浦江航行時由海事局進行護航。整個運輸期間，加強與沿途各港航管部門的聯系，堅決服從水上航行管理，確保運輸船及節段的安全。節段運達工地后，如因故不能及時起吊，應在港監部門指定的錨地或碼頭拋錨待命（圖3）。

圖2 中跨鋼桁梁工廠整體預拼

圖3 中跨鋼桁梁水上運輸

3.2 橋面吊機設計、制造及安裝

鑒于中跨鋼桁架橋面特點，閔浦大橋中跨的橋面吊機采用分離式低重心液壓千斤頂提升的結構和起重形式，與主桁架對應布置。浦東浦西方向各設置2 臺橋面吊機，每臺額定起重量400 t，采用2 臺2 300 kN穿芯式液壓千斤頂；吊機提升速度約16～20 m/h。吊機采用步履式裝置，可以在橋面上前后行走。

橋面吊機主承載結構采用桁架式，前支點支于橋面桁架梁上橫梁與主弦桿結點處，后錨點與橋面吊耳綜合考慮。由于雙層桁架橋下橋面較寬，主桁橫向間距大，因此，提升設備采用上下游分離式；為解決橫向穩定問題，考慮采用低重心的形式；為進一步減少設備結構用鋼量，主要承重結構采用塔索梁結合體系，主梁采用全焊接桁架形式，鋼塔采用格構式，頂部設置鋼錨梁，利用平行鋼絲成品索斜拉至鋼塔上，整個結構呈三角形。考慮到盡量減小前支點以及后錨點的受力，后錨點錨固位置考慮1.5節間，使用節段吊裝吊點進行錨固。

橋面吊機動力裝置及其控制系統主要包括主提升系統、縱移系統、泵站供油系統、計算機控制及操作系統等一整套滿足吊裝工況的設備及裝置。主提升系統與縱移系統結合成一個整體，主提升系統由4 臺額定荷載2 300 kN的千斤頂及其掛架、提升鋼絞線、吊具和索盤導索架組成；縱移系統由滑道、縱移小車、連桿和縱移千斤頂組成。節段吊裝時，由主提升系統將節段提升到位，再由縱移系統推動提升系統，同時將節段精確就位（圖4、圖5）。

圖4 橋面吊機結構

圖5 提升與縱移系統

為使整個橋面吊機形成一套完整的設備，設置步履式行走系統；同時，添加完善的操作平臺及通道系統和操作控制室以方便操作人員工作。

橋面吊機在工廠分段制作，除表面涂裝要求按2 年考慮外，其余制造標準同永久鋼結構；經1.25 倍靜載試驗合格后運輸至現場，利用塔吊及橋面汽車吊進行現場拼裝。

3.3 浮吊和橋面吊結合吊裝

需要用到浮吊吊裝的最重構件質量約540 t，考慮到吊具等輔助設施，選擇采用6 000 kN雙吊鉤浮吊來進行，不能直接用橋面吊機吊裝梁段的吊裝轉移。為保證吊裝安全和梁段吊點部分只受豎向力，通過扁擔梁吊架來吊裝。扁擔梁吊架由鋼管組成格構柱，上吊點布置剛性吊耳，采用4 根Φ75 mm的鋼絲繩同浮吊鉤子相連；下吊點布置類似萬向鉸的結構，兩個方向均可自由轉動，鉸下布置柔性鋼絲繩同橋面上吊點相連，由于鋼絲繩延性較大，確保了各吊點受力均勻，同時也便于吊索具拆裝。

浮吊作業時，利用錨位卷楊機定位，使浮吊頂于碼頭方向。先吊碼頭上的吊架，然后調整浮吊的船位，使浮吊船首和碼頭留有100 m的開檔，并根據水流的流向先松下水頭的錨纜，讓箱梁船進檔，使之頂于船頭。運梁船進檔后如有余地即可拋下船尾上水錨，通過船上卷揚機控制船位。梁船后纜帶于浮吊的船首，梁船的前纜帶于碼頭。

梁船進檔定位結束后，由浮吊調整吊點位置吊梁。當浮吊把箱梁起到無礙運梁船進出檔的高度后，浮吊擋開下水錨纜讓運梁船出檔，然后浮吊再調整船位錨纜，至碼頭或棧橋位置后將梁段平穩放下（圖6、圖7）。

圖6 浮吊吊裝

圖7 橋面吊機直接吊裝

3.4 結合段安裝

MB1段使用橋面吊機吊裝就位后，與邊跨鋼桁梁進行焊接。然后在結合段鋼桁梁下搭設支架，澆筑混凝土并進行縱向預應力張拉，將結合段鋼梁與邊跨橋面結構連成整體。

3.5 浦西MB4節段空中接力吊裝

浦西MB4梁段因所處位置尷尬，梁段有部分已超出廢棄碼頭而無法直接擱置，且運梁船也無法靠近到橋面吊機投影位置；若在碼頭外打樁作為排架又影響航道，所以只得采用空中換手吊裝工藝，即梁段先由浮吊起拎后移至橋面吊機投影位置，橋面吊機同時下吊鉤的相連；其后橋面吊機逐漸加載，浮吊被動卸載，直至浮吊上荷載為零，浮吊松鉤；采用高低吊的辦法將吊架移出，完成空中換手，轉由橋面吊機提升就位（圖8）。整個過程沒用到支架，施工方便、轉換平穩又降低了成本。實踐證明該方法在水流流速較小、風速較小的情況下還是行之有效的，但考慮到風險系數較高，應盡量慎用。

圖8 浦西MB4節段空中接力吊裝

3.6 橋面吊機水上直接吊裝

從浦西MB5、浦東MB7節段起，水深已滿足運梁船吃水深度要求，可直接拋錨定位在橋面投影線位置，然后由橋面吊機直接吊裝就位。

3.7 梁段現場焊接技術

中跨梁段連接采用懸臂拼裝全焊接的施工工藝，現場焊接主要為梁段之間的連接，包括上下弦桿、邊弦桿、斜腹桿、中縱梁、U肋、橋面板的連接。梁段接口對接匹配時，先匹配剛度大的六大弦桿，后再匹配橋面。焊接順序總的原則為：先下后上、由內向外、對稱施焊。為確保焊接質量，事先應模擬現場工況，按規范制作各類焊接試件并進行各項焊接工藝評定，根據評定結果，現場采取相應防風防雨措施。

中跨弦桿桿件板厚較大，焊接前需要預加一定的焊接收縮補償量。不同桿件和不同焊接形式應分別進行試制，通過試制找出焊接收縮量。為控制焊接變形，除增加焊接收縮補償量以外，還應控制裝配間隙，并可適當采取反變形措施。在生產中應采用線能量較小的焊接方法，同時加強現場對電流、電壓等工藝參數的控制，根據現場溫度視需要采取電加熱措施，防止氫對焊縫的影響，確保焊接質量。根據板厚情況，結合規范和設計要求，不同部位選擇相應的坡口形式。現場應布置足夠數量的碼板，沿環縫均勻布置，約每40 cm布置1 道，弦桿部位適當加密。

3.8 合龍段安裝

中跨合龍段結構主要由桁架系統及橋面系統2 部分組成。合龍段上層橋面長度為23.220 m+2Δm，下層橋面長度為26.502 m+2Δ m，其中2Δ為長度預留量。包括臨時桿件，整個合龍段質量約740 t。通過對幾種施工方案的對比，結合質量、工期、風險、現場條件等因素考慮，本工程最終采用整體焊接的施工方法，利用溫度自然降溫合龍。

3.8.1 合龍段的切割及端口處理

為了降低合龍段現場吊裝的難度，同時為了合龍段與相鄰梁段的接口匹配，保證后續梁段線型和焊接質量，將MB22和MB22'梁段的上、下和邊弦桿與合龍段相接的端頭切成斜口，斜口按1∶10坡度設置，梁段上下橋面的縱梁腹也切成斜口，U肋設置嵌補。端口處理在預拼裝之前完成。

3.8.2 合龍段長度確定

合龍段安裝前，進行鋼梁的連日溫度、變形及索力觀測，根據歷史氣象資料及實測結果，選擇溫差變化相對較小、恒溫時間持續較長的溫度作為合龍溫度。在正式確定合龍長度前，需進行48 h情況測量，求得溫度、風、索力等因素與間距之間的準確變化關系并計算得出合龍段最終長度，然后下達指令到工廠對合龍段預留量進行精確切割。

3.8.3 臨時鎖定裝置

根據合龍段的施工工況，所需要采用的臨時鎖定裝置必須承受鋼結構由于因熱脹冷縮所引起的應力，包括拉應力和壓應力，同時鎖定裝置還應作為橫向及豎向限位裝置，在焊接過程中固定節段。

3.8.4 整體吊裝

合龍段加上輔助結構總質量約740 t，采用4 臺橋面吊機同步提升，提升高度約40 m，提升速度約15 m/h，持續約3 h。合龍段提升至離就位位置約0.5 m時，停止提升，鎖定橋面吊機。當氣溫達到合適溫度點（22：00左右），兩邊梁段均有空隙時，將節段提升就位（圖9）。隨著氣溫的緩慢下降，合龍段同MB22（MB22'）節段的間隙慢慢擴大，當間隙到達焊縫要求寬度時，安裝臨時鎖定裝置，焊接人員安裝碼板，準備進行焊接施工。同時，浦東浦西兩邊主塔處約束裝置解除。

圖9 合龍段吊裝

3.8.5 合龍段焊接

完成合龍段臨時鎖定后，首先焊接上、下、邊6 大弦桿，同步進行上下橋面縱梁和橋面焊接，形成橋梁縱向傳受力的主要骨架，之后按照橋位焊接工藝規程對合龍段的其他部位依次進行焊接。

3.9 斜拉索安裝

閔浦大橋斜拉索采用高強度低松弛平行鋼絲外擠高密度聚乙烯形式，全橋共8×22對，1#～7#斜拉索直接錨固于主塔上，上橫梁以上的8#～22#斜拉索錨固區采用錨固鋼橫梁結構，斜拉索在主塔內張拉、錨固。最大索長約366.4 m，最大索質量約50 t。

3.9.1 索的架設

斜拉索張拉施工主要包括運輸、索上橋面、展索、掛設、張拉、索力檢測、調整以及減振裝置安裝等工序。根據斜拉索的質量、錨固牽引力的大小以及張拉施工空間要求，1～8#、9～22#索分別采用不同的方法進行施工（圖10、圖11）。

圖10 掛索施工

圖11 橋面梁段入錨

斜拉索以索盤形式運輸，采用履帶吊吊到橋面臥式放索機上，用卷揚機牽引斜拉索固定端沿著橋梁中軸線背向主塔方向展開，采用豎向牽引卷揚機提升至斜拉索塔端部，然后配合塔頂豎向卷揚機進行塔端掛設；利用橋面卷揚機、梁端手扳葫蘆以及橋面汽車吊互相配合牽引梁端錨頭進入索套管錨固，接著在塔端用千斤頂、軟硬組合牽引塔端錨頭入索套管錨固，最后在塔端進行張拉及調索。9～22#斜拉索張拉牽引因受到主塔空間結構的影響，張拉牽引難度增加，故加工了特殊的短張拉桿，確保了交替張拉的空間。

3.9.2 斜拉索張拉

斜拉索統一采取塔端張拉。張拉過程中索塔順橋向兩側的拉索和橫橋向對稱的拉索須對稱同步張拉，索力中值誤差小于±2%。按照本項目斜拉索的設計索力，并考慮滿足同索號斜拉索同步張拉的要求，以最大設計索力的120%配備了10 臺12 000 kN的千斤頂用于Φ313 mm以上規格的斜拉索張拉。日照和環境溫度對斜拉橋的塔、梁、索影響較大，張拉和索力調整要避免在溫度變化較大的時段進行。張拉時的橋面要求無動載，附加荷載則應盡可能與設計計算條件相一致。

3.10 工程測量

中跨節段為雙層全鋼結構，接縫采用全焊接，截面尺寸大，結構橫向剛度差，測量控制難度大。測量主要內容包括：平面位置控制點和高程控制點、 軸線控制、高程控制、主塔位移觀測、沉降觀測。

4 結語

閔浦大橋中跨橋面施工采取了大量的創新工藝，從吊裝標準段至完成合龍段初步焊接，前后不到6 個月，完成了近22 000 t鋼桁架橋面鋼梁的安裝以及176 根重約4 000 t斜拉索的安裝。取得了良好的社會效益和經濟效益，也開創了大跨度雙層公路斜拉橋施工的新方法，對類似工程具有一定的指導意義。