滬通長江大橋29#墩塔梁同步施工工藝

趙東波

（中國國家鐵路集團有限公司工程管理中心，北京 100844）

大跨度鋼桁梁斜拉橋的施工監控是指在施工過程中通過對控制性截面的關鍵數據如應力、變形、基礎沉降以及風、溫度、振動等進行監測，保證結構的變形和內力在建造過程中始終處于控制范圍內，確保橋梁施工安全和成橋狀態下線形、內力符合設計要求［1］。

近年來，采用塔梁同步施工的橋梁逐漸增多。相關學者集中研究同步施工的影響因素及控制理論、技術和措施，得出同步施工對索塔的影響大于主梁，在同步施工各階段須控制最不利截面壓應力、線形、塔柱垂直度、頂端偏位和索力［2］。也有學者對斜拉橋塔和索的監測控制進行了探討，對監測結果作誤差分析以及精度計算，從而保證索塔線形和測量定位的精度［3-4］。針對同步施工是否可以達到合理成橋狀態，相關學者從成橋索力、線形，主梁及主塔應力、位移等方面討論同步施工的可行性［5］。在安全防護和風險研究方面，國內外學者討論了施工過程中斜拉橋的風振響應、減振安全［6］和穩定性問題［7］。目前，采用塔梁同步施工的斜拉橋有馬嶺河特大橋、綏芬河斜拉橋、合生大橋等，采用塔梁同步施工可以明顯縮短工期［8］。

采用塔梁同步施工技術的斜拉橋，其施工控制目標與普通斜拉橋相同，即達到合理成橋狀態，同時要確保施工過程中橋梁結構的安全［9］。由于塔沒有形成整體結構就要進行主梁的施工，因此須要在主塔處增設支架、鋼管等臨時裝置，確保主塔在塔梁同步施工過程中的安全。

滬通長江大橋在主航道橋29#主塔墩施工時，由于施工工期緊張，采用塔梁同步施工的方法。在滿足施工質量的條件下，減少了施工工期，產生了較好的經濟及社會效益。

1 工程概況

滬通長江大橋主航道橋孔跨布置為（140+462+1 092+462+140）m，全長2 296 m，主橋布置見圖1。

圖1 主航道橋布置（單位：m）

29#墩為鉆石形鋼筋混凝土主塔，塔高330 m，全部采用C60 自密實混凝土，單塔混凝土土方用量超過6萬m3（不含塔座）。主塔施工采用塔梁同步方案，共分54 節。其中下塔柱7 節，下橫梁2 節，中塔柱25 節，上塔柱20節，見圖2。

主梁劃分為164 個節間，每個節間長14 m，墩頂7個節段及邊跨部分節段為無索區，公路橋面邊跨側252 m 范圍為預制混凝土板，其余為鋼橋面板。鐵路橋面板為鋼箱結構，公路橋面板為正交異性板結構。

圖2 主塔節段劃分

斜拉索采用2 000 MPa 直徑7 mm 的平行鋼絲拉索，三索面布置，全橋共432根。單根索最長576.2 m，最大重量為835 kN，最大張拉力為9 980 kN。

2 塔梁同步施工原則

2.1 施工原則

為確保主塔施工質量及全橋線形控制，滿足工期要求，29#墩塔梁同步施工組織原則如下：①主塔進入上塔柱施工前完成墩旁托架、墩頂節段和架梁吊機拼裝；②塔端拉索錨固端上方至少完成3 個塔柱標準節段施工，張拉時對應塔柱節段混凝土須達到設計強度且齡期不少于30 d；③塔、索、梁并行施工各自均存在測量、測控環節，須相互校核；④根據斜拉索長度（短索、中長索、長索）安排單個循環施工工期；⑤為降低由邊跨、中跨自重差異引起的主塔縱向變形和塔根縱向彎矩，須通過配載保持兩懸臂端荷載平衡。

根據掛索工藝和工效，確定2層短索、中長索和長索的掛索時間分別是10，11，12 d。確定29#墩塔梁同步施工自主塔第39 節混凝土澆筑完成、第40 節鋼錨梁定位完成后啟動第1 層斜拉索張拉，直至主塔施工完成。

在每輪次鋼梁拼裝時，同步進行本輪次斜拉索塔端掛設和梁面展索工作。待鋼梁節段間栓焊完成后，架梁吊機前移28 m，完成該輪次2 層斜拉索梁端掛設及斜拉索張拉。

2.2 施工工序交叉安排

29#墩主塔爬模結構高度覆蓋塔柱3 節，鋼錨梁層間距從下往上逐步變小，可滿足啟動掛索后鋼錨梁上升速率大于主塔節段施工速率的要求。為保證斜拉索始終處于爬模之下，在第40節內鋼錨梁測量定位完成后，啟動第1層斜拉索張拉。

在主塔施工過程中、鋼梁拼裝對接后和斜拉索張拉后，對主塔內勁性骨架、鋼錨梁及索導管、模板和主塔、主梁線形進行測量，需要主塔、主梁分別處于無荷載變化的可測量的“靜態”。根據上塔柱標準節段包含2 層鋼錨梁、鋼梁標準節段包含2 層錨拉板的特點，采取索梁與主塔異步施工，可保證主塔測量時不提梁、架梁吊機不走行、不掛索張拉，保證斜拉索張拉時橋面荷載分布無變化。

為保證1個周期內架設1個節段鋼梁、掛2層斜拉索，計劃安排索、梁工序重疊交叉5 d，同時在鋼梁節段拼裝過程中完成2 層索塔端掛設和梁面牽引、張拉。主塔封頂后再無塔梁同步施工，但鋼梁架設進入結合梁區間，須考慮預制橋面板安裝與梁面掛索重疊，仍按1個周期為12 d的計劃進行。

3 塔梁同步施工控制

3.1 控制原理

塔梁同步施工過程中，斜拉索張拉時塔、梁須保持“靜態”，索力測量、張拉后塔梁復測均用常規方法。鋼梁節段拼裝時，索、塔保持“靜態”，且拼裝節段在斜拉索前方，采集在拼節段、接口后方2個節段節點的三維坐標，推算接口前后相對拱度、斜拉索前方整體線形。

斜拉索掛索后，邊跨、主跨拉索不平衡水平分力引起主塔縱向偏位，索力不均甚至會引起一定程度的塔柱橫向扭轉。同時，須考慮大型塔吊附著、ZSL2700塔吊站位偏離主塔軸線、施工電梯非對稱布置等施工設施的疊加影響。選擇在主塔存在變形的非垂直狀態下進行主塔施工放樣坐標計算、復測控制是塔梁同步施工控制的關鍵。根據有限元計算結果與實測數據，相互校核上塔柱施工中各節段相關控制點的三維坐標，確定40 節以后各節段內勁性骨架定位、鋼錨梁與索導管測量定位、立模放樣結果。

3.2 塔偏監測點布置與坐標推算

為校核數值計算結果，在施工過程中測量主塔偏位。自第3節塔柱開始，依次在下橫梁、下橫梁以上中塔柱50 m 處、中塔柱中部、第33～51 節、塔冠的上下游側主塔軸線上埋設觀測棱鏡，監測塔梁同步施工期間的塔偏情況。

因爬模覆蓋3 節高度、待澆筑節段以下12 m 內棱鏡無法通視，每次主塔偏位線形測量時觀測斷面為第3 節、下橫梁、下橫梁以上中塔柱50 m 處、第33 節、已澆筑節段頂面，通過此5 或6 個高程斷面軸線點坐標，計算主塔偏位曲線，按割線法外推至待施工節段特征點的三維坐標，并與數值解相互校核，保證待施工節段與已施工節段“順接”。塔偏變形監測和主塔坐標推算如圖3所示。

圖3 塔偏變形監測和主塔坐標推算示意

3.3 塔梁同步荷載平衡控制

塔梁同步施工中，周期循環內鋼梁拼裝、架梁吊機走行、掛索等須保持南北側同步、荷載一致。同時，在雙懸臂架設至Z61—Z62 和Z24—Z25 后、輔助跨合龍前，因輔助跨側梁段重量大于主跨側，需對主跨壓重進行荷載配平，控制主塔偏位，降低主塔根部彎矩。

4 大階段鋼桁梁整體節點合龍技術

主航道橋鋼梁合龍施工以對合龍口敏感性分析計算為基礎，通過控制已掛設斜拉索索力及均衡性、配合壓重、布設張拉起頂等合龍措施，調整合龍段鋼梁軸線偏位，合龍口鋼梁節點豎向、縱向位移，保證兩側合龍口豎向高程與轉角一致再合龍。

4.1 輔助跨合龍敏感性分析

輔助跨鋼梁合龍邊界條件：主航道橋鋼梁整體處于懸臂狀態，主塔處設置縱向及橫向限位，支座處設置豎向限位。根據南輔助跨實際約束條件，對鋼梁局部壓重、溫度變化、長索索力調整等合龍調節措施進行敏感性分析。分析結果見表1。可見，鋼梁局部壓重、索力調整對合龍口鋼梁豎向線形影響較大。擬采用配置壓重、控制斜拉索張拉索力粗調整合龍口懸臂端鋼梁線形等措施，使線形控制在監控目標范圍內。

表1 輔助墩敏感性分析

4.2 邊跨合龍敏感性分析

根據南邊跨實際約束條件，對鋼梁局部壓重、輔助墩起頂、溫度變化、長索索力調整等合龍調節措施進行敏感性分析。分析結果見表2。

表2 邊跨敏感性分析

由表2 可知，鋼梁局部壓重、輔助墩起頂措施、索力調整對合龍口懸臂端線形影響較大。擬采用配置壓重、控制斜拉索張拉索力、輔助墩起頂粗調整合龍口懸臂端鋼梁線形等。

4.3 中跨合龍敏感性分析

分析主跨側壓重、對拉、長索拔出和鋼梁整體縱向頂推、輔助墩起頂等措施對合龍口豎向位移和上下弦縱向位移的影響。分析結果見表3。

表3 中跨敏感性分析

由表3 可知，鋼梁局部壓重、輔助墩起頂、鋼梁縱移、索力調整措施對主跨合龍口懸臂端鋼梁線形影響較大。主跨鋼梁合龍施工擬采用集中壓重、控制斜拉索張拉索力、鋼梁往邊跨縱移、輔助墩起頂等措施粗調整合龍口懸臂端鋼梁線形，使之在監控目標范圍內。

4.4 測量、監控控制

鋼梁懸臂架設過程中通過鋼梁壓重、索力調整，控制主塔偏位，保證鋼梁線形按照既定要求架設，同時確保結構線形和內力滿足設計要求，實現鋼梁順利合龍。

在橋面、主塔荷載基本不變的情況下測量兩合龍口鋼梁姿態。在合龍前1～2 d 對合龍口鋼梁姿態進行連續測量，通過測量數據分析因環境溫度變化引起的合龍口姿態變化規律，找到最適合的合龍時機，確定縱向頂推∕拖拉距離。根據現場實測結果，通過斜拉索張拉索力、鋼梁節間配重等措施調整主梁線形，確保架設至合龍口時合龍口兩側鋼梁線形一致。

施工監控的目的是：保證橋梁結構成橋時結構受力合理，線形平順，施工過程中各工況結構均處于符合規范和設計要求的受力狀態下；對施工過程進行必要的優化論證分析，主要通過載荷布置、斜拉索索力控制鋼梁線形。

輔助墩合龍目標主要是確定輔助墩合龍前結構狀態（最大雙懸臂），通過控制雙懸臂對稱架設張拉索力，保持主塔豎直，懸臂端標高需考慮輔助墩跨主動合龍時懸臂端在設計高程以下300 mm。

邊墩合龍目標主要是確定邊墩合龍前結構狀態，通過控制張拉索力和輔助墩起頂位移，滿足邊跨節間主動合龍時懸臂端在設計高程以下300 mm。

主跨合龍子目標是控制主跨合龍時29#塔梁狀態，主要通過控制S27#—S34#拉索索力，配合壓重、長索張拉、輔助墩鋼梁起頂等合龍措施，保證兩側合龍口豎向高程與轉角一致。

中跨合龍后主塔各測點的塔偏見圖4。可見，上下游塔偏均小于JTG∕T D65?01—2007《公路斜拉橋設計細則》規定的min｛30 mm，H∕3 000｝［10］。中跨合龍后主梁的軸偏和高程見圖5。可見，主梁高程滿足相鄰階段相對高程誤差不大于階段長度的±0.3%，主梁高程不應大于±L∕10 000，滿足規范要求［10］。

圖4 主塔各測點的塔偏

圖5 中跨合龍后主梁的軸偏和高程

5 塔梁同步施工功效分析

5.1 塔梁同步功效分析

29#主塔墩2017 年12 月23 日開始施工，2019 年6月27 日主塔封頂完工，主塔施工歷時552 d。按照塔梁同步施工工藝，2019 年1 月12 日開始鋼梁懸臂架設，2019 年9 月27 日架設完畢，鋼梁懸臂架設歷時259 d。自29#主塔墩開始施工至全部鋼梁懸臂架設完成歷時644 d。

若不采用塔梁同步施工，仍按通常先塔后梁的施工工藝，待主塔封頂后開始鋼梁懸臂架設，則塔梁施工工期預計811 d，比采取塔梁同步施工工藝預計滯后167 d。

5.2 主塔施工功效分析

29#墩采取塔梁同步施工工藝，雖然主塔、鋼梁及斜拉索同時施工，施工工藝及步驟交叉因素多，但通過不斷優化施工工藝，加大資源投入，從實際情況看主塔施工進度并未因此而減緩。

29#墩主塔施工歷時552 d，施工功效0.59 m∕d，較滬通大橋主航道橋28#墩主塔施工功效0.47 m∕d 高。與同類型其他橋梁相比，29#墩主塔施工功效亦有較大優勢：天興洲橋主塔功效0.35 m∕d，銅陵橋主塔功效0.31 m∕d。

5.3 社會經濟效益

29#主塔墩為滬通長江大橋施工的關鍵節點，滬通長江大橋為滬通鐵路的控制性工程。根據實際情況來看，29#主塔墩采用塔梁同步施工節約工期167 d，意味著整個滬通長江大橋工期提前167 d，整個滬通鐵路將提前167 d通車運營。

從建設施工的角度來看，采用塔梁同步施工需加大勞務、大型設備等資源的投入，將造成施工成本略微增加。從整個項目的運營角度來看，提前通車運營將帶來較大的經濟效益，同時從整個社會來看，提前通車運營將提早拉動蘇南蘇北的經濟社會發展，有著不可估量的社會效益。

6 結論

滬通長江大橋29#主塔墩通過施工工序交叉安排、測量控制措施、荷載平衡措施以及大節段鋼桁梁整體節點合龍技術，保證了塔梁同步施工的質量與精度。