虎跳峽金沙江大橋鋼桁梁施工技術

李明歡，張大兵

(1.中鐵大橋局集團第八工程有限公司，重慶 400020；2.中鐵大橋科學研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

1 工程概況

虎跳峽金沙江特大橋是香麗高速公路項目的關鍵控制性工程，大橋位于虎跳峽景區內，在上虎跳上游跨越金沙江，橋面距江面260m。主橋為主跨766m懸索橋，主纜孔跨布置766m+160m，為當今世界上跨度最大的獨塔單跨地錨式鋼桁梁懸索橋。大橋采用獨塔結構[1]，充分利用香格里拉岸山體陡峭的地形，將主纜通過集主索鞍與散索鞍于一體的滾軸式復合索鞍轉向散索后錨于隧道錨中，減少了香格里拉岸陡峭岸坡上的索塔和邊跨，不僅降低了工程造價，而且不破壞香格里拉的植被，符合建設經濟、環保綠色公路的要求。該索鞍同時具備轉索和散索功能，在國內外大跨度懸索橋施工中尚屬首次使用。

該橋僅麗江岸設置索塔，為鋼筋混凝土門形塔，左塔肢高161.6m，右塔肢高145.6m；麗江岸為重力錨，香格里拉岸為隧道錨[2]；主纜橫向布置2根，橫橋向中心間距為26m，矢跨比1/10；鋼桁梁全長671m；麗江岸引橋為2×(3×41m)結構連續鋼-混凝土組合梁橋，全橋總長1 017m。虎跳峽金沙江大橋橋型總體布置如圖1所示。

圖1 虎跳峽金沙江大橋橋型總體布置(單位：cm)

鋼桁梁由主桁架、主橫桁架、上下平聯組成，均采用Q370qD鋼材。主桁桁高6.0m，桁寬26m，1個標準節段長11.5m。各桿件之間通過高強螺栓和節點板進行連接。主桁架為帶豎腹桿的華倫式結構，由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成；主橫桁架采用單層桁架結構，由上、下橫桁架及豎、斜腹桿組成；上、下平聯均采用K形腹桿體系、H形截面。全橋共計59個梁段，自小里程香格里拉側至大里程麗江側依次為B1～B59梁段，鋼梁桿件共計2 468 根，節點板共計34 430塊，高強螺栓共計334 396 套；鋼桁梁標準節段長度為11.5m，單節段最大重103t。鋼桁梁標準斷面如圖2所示。

圖2 鋼桁梁標準斷面(單位：cm)

除B1，B59梁段無吊索外，其余梁段均設計1組豎向吊索；在跨中區域為限制主梁縱向位移，B24～B28梁段設計有中央扣斜拉索。另外，香格里拉岸還設計有4根地錨吊索MS1，MS2，上、下游各2根，分別錨固于錨墩、0號橋臺上。

2 鋼桁梁總體施工方案

鑒于虎跳峽金沙江大橋處于山區峽谷地形，且香格里拉岸位于虎跳峽景區內，山勢陡峭，施工場地狹小，橋面與江面高差高達260m等施工特點，特制訂大橋的總體施工方案如下：①鋼桁梁各桿件在工廠制造成型后，通過汽車運輸至現場組拼，在麗江岸設置1處拼裝場，在拼裝場組拼成鋼桁架后，通過運梁車運輸至起吊點；②B1，B59 2個梁段為無吊索吊裝節段，吊裝前需搭設支架作為鋼桁梁存放平臺；③采用纜索式起重機整節段吊裝鋼梁，起吊點設置在麗江岸橋位正下方江邊公路旁，待兩端B1～B3，B57～B59鋼桁梁架設完成后，從跨中向兩邊對稱架設其余節段鋼桁梁，合龍口設在B4，B56節段處；④鋼桁梁節段吊裝到位后，與相鄰節段鋼桁梁上弦臨時鉸接，根據鋼桁梁線形變化情況適時進行剛接[3]。

3 鋼桁梁施工技術

3.1 鋼桁梁組拼、存放、運輸技術

大橋穿越金沙江深切峽谷，香格里拉岸山勢陡峭，平均自然坡度約60°，局部懸崖甚至倒崖，坡面崩積覆蓋層主要為碎石角礫土，局部區域存在巖堆體及破碎危巖，無建設鋼桁梁拼裝場條件；麗江岸主塔附近區域平均自然坡度約45°，邊坡不良地質發育，也不宜建設拼裝場。鑒于以上原因，鋼桁梁拼裝場無法按常規思路布置在橋位正下方，因此，拼裝場選址在離橋位約700m金沙江上游一處較平坦區域。

為保證鋼桁梁的拼裝精度，架設前期拼裝場內設2條拼裝線同時拼裝，分麗江側和香格里拉側拼裝線，每條生產線配置1臺100t門式起重機，均按“1+2”連續匹配拼裝，即每輪拼3個吊裝節段，留1個整節段作為下一輪次的拼裝基準。為加快鋼桁梁的拼裝速度，在場內將部分桿件預先拼裝成一個吊裝單元，然后用履帶式起重機吊運至整節間組拼位置，再用門式起重機吊裝組拼成一個吊裝節段。

由于拼裝場場地狹小，若采用單層存梁方案，則場地僅能存梁12個節段，約占全橋59個節段的20%。為縮短施工工期，經過多次討論和論證，現場提出雙層存梁的方案，即充分考慮存梁臺座的承載力，將鋼桁梁雙層存放。在正式吊裝架設前一次性可提前存放24個節段的鋼桁梁，可縮短工期約45d。鋼桁梁雙層存放如圖3所示。

圖3 鋼桁梁雙層存放

由于拼裝場距離起吊點約700m，鋼桁梁通過4臺輪胎式運梁車沿著江邊道路同步運輸至起吊點。原江邊道路寬度8m左右，需提前拓寬至15m，最小拐彎半徑≥25m。

3.2 纜索式起重機施工技術

結合現場實際條件，對纜索式起重機的吊裝噸位進行比選。若采用雙節段鋼桁梁整體吊裝方案，則纜索式起重機額定吊裝噸位需達220t；由于每個節段鋼桁梁僅1組吊索，若單節段鋼桁梁吊裝，高空對接時需將吊裝節段鋼桁梁與相鄰節段鋼桁梁連接穩妥后，纜索式起重機才能卸載，則纜索式起重機高空作業占用時間較長。但由于鋼桁梁運輸道路寬度有限，道路一側靠山、一側臨江，雙節段鋼桁梁寬度達23m，通過道路無法運輸。因此，采用單節段鋼桁梁整體纜索吊裝方案。

纜索式起重機主索分為上、下游2組，中心距33.9m，每組最大額定吊重65t。由于地形原因，上、下游纜索式起重機主索跨度不同，具體布置為：上游，0m(香格里拉岸)+797m(主跨)+138m(麗江岸)；下游，0m(香格里拉岸)+801m(主跨)+138m(麗江岸)。纜索式起重機總體布置如圖4所示。

圖4 纜索式起重機總體布置(單位：cm)

纜索式起重機主要由纜索系統、索鞍、跑車、塔架、巖錨等系統及電動機設備組成。纜索系統由主索、牽引索、起重索等組成，各設2組。每組主索選用6-φ56麻芯鋼絲繩，香格里拉岸無塔架，直接錨固于隧道錨上方的巖錨錨梁處，主索經過麗江岸索塔兩側的塔架到達邊跨錨固在重力錨上。纜索式起重機工作狀態單根主索最大垂度68m，最大矢跨比1/11.78。每組牽引索走4繞穿滑車組布置，選用φ28麻芯鋼絲繩，配15t摩擦式雙向牽引卷揚機。每套跑車設起重索1根，每根起重索起重段走8繞穿滑車組布置，選用φ30麻芯鋼絲繩，配15t卷揚機。纜索式起重機跑車共設2臺，每組主索上各設1臺，雙向牽引。跑車選用上掛架與走行架一體式，起吊小車牽引速度5m/min，吊點起升速度3～6m/min。因大橋僅麗江岸設置鋼桁梁拼裝場，若纜索式起重機塔架設置在索塔內側上橫梁上，則已架設的鋼桁梁會影響纜索式起重機縱向移動吊裝，故纜索式起重機塔架設置在麗江岸主塔頂兩側，纜索式起重機從主纜外側通過三角桁架吊具吊裝鋼桁梁。上、下游共2座塔架，塔架高9.68m，通過型鋼牛腿與主橋索塔連接，采用HW414×405型鋼作為立柱，連接系采用角鋼、工字鋼等型鋼。香格里拉岸巖錨錨固采用預應力錨索，預應力錨索采用9φs15.24高強度低松弛鋼絞線，每束預應力錨索的設計張拉力為1 000kN；巖錨與主索、牽引索之間采用型鋼分配梁連接。為實時監測巖錨錨固狀態，在錨具與分配梁之間安裝有錨索應力計。麗江岸的錨固采用預埋件結構，直接錨固在重力錨基礎上。

3.3 無吊索節段鋼桁梁支架法存放施工技術

B1梁段位于香格里拉岸0號橋臺側，B59梁段位于麗江岸主塔側，2個梁段為無吊索吊裝節段，吊裝前需搭設支架作為鋼桁梁存放平臺。

3.3.1香格里拉岸側B1梁段支架

B1梁段鋼桁梁底離地面約4.5m，采用4根φ1 020鋼管作為臨時支撐，每個鋼管頂設置1臺200t千斤頂作為卸落裝置。千斤頂的頂標高根據監控計算B2梁段吊裝后梁底的標高確定，鋼管底設置1.5m(長)×1.5m(寬)×0.5m(高)C30混凝土基礎。

3.3.2麗江岸側B59梁段支架

B59梁段鋼桁梁底離地面約67m，若采用常規的落地式支架平臺則需投入大量鋼結構[4]，因此采用墩旁托架式存梁平臺，如圖5所示。根據計算，單側墩旁托架采用3層4排貝雷梁，貝雷梁上設置槽鋼滑道，單側滑道上設置2個滑塊以調整鋼桁梁縱向位移，單側滑道上設置2臺200t千斤頂調整鋼桁梁豎向位移。

圖5 B59梁段支架布置(單位：cm)

3.4 梁段架設施工技術

鋼桁梁采用纜索式起重機整節段吊裝，起吊點設置在麗江岸橋位正下方江邊公路旁，起吊高度高達250m。鋼桁梁架設順序為：先架設兩端B1～B3，B57～B59邊梁，再從跨中向兩邊對稱架設其余節段鋼桁梁，合龍口設在B4，B56節段處。

3.4.1邊梁架設

1)香格里拉岸邊梁B1～B3梁段 B1梁段采用纜索式起重機直接吊裝至0號橋臺側的存梁支架平臺上。根據監控計算，B2梁段吊裝完成后，在其與B1梁段連接前，B2梁段比設計成橋位置高約51cm，故B1梁段存梁支架千斤頂的頂標高需與B2梁段吊裝完成后的梁底標高一致，確保B2梁段與B1梁段順利對接形成穩定結構之后拆除B2梁段的纜索式起重機吊具。B3梁段吊裝完成后，根據監控計算，此時地錨吊索MS1，MS2的無應力長度大于錨固點到索夾中心的距離，此時地錨吊索的下銷鉸易安裝，為安裝地錨吊索的最佳時機。

2)麗江岸邊梁B57～B59梁段 根據纜索式起重機設計，距索塔中心線22m范圍內為吊裝盲區，故B58，B59節段均采用常規的“蕩移法”進行吊裝[5]。水平蕩移系統采用下橫梁上10t卷揚機配置滑車組進行拽拉。蕩移最大角度為9°，B59梁段重103t，最大水平牽引力163kN。先吊裝B59梁段至設計位置就位，然后再將梁段向引橋側偏移50cm，便于后續合龍段豎直提升安裝。B59梁段吊裝完成后，依次吊裝B58，B57梁段。

3.4.2中間梁段架設

鋼桁梁吊裝過程中，在上弦桿端頭處設有臨時鉸。加勁梁線形總的變化趨勢是“下凹形”→“斜直線”→“上凸形”[6]，與之相對應，加勁梁跨中各設鉸處下弦桿開口間距隨著吊裝施工的進行逐漸減小[7]，直至閉合甚至擠壓。因此，在跨中鋼桁梁吊裝過程中需注意觀察鋼桁梁下弦開口情況，適時安裝鋼桁梁高強螺栓對梁段進行剛接。鋼桁梁吊裝施工如圖6所示。

圖6 鋼桁梁吊裝施工

隨著鋼桁梁吊裝施工的推進，主纜的荷載隨之增加，主索鞍將逐步向橋跨中心偏移，施工過程中定期觀測索鞍偏移量，并根據監控單位提供的頂推量及時進行麗江岸主索鞍頂推作業[8]，以保證主塔偏位在允許范圍內。香格里拉岸滾軸式復合索鞍不用頂推，其可隨著中跨加載自動慢慢滾動回到設計位置。

另外，在架設鋼桁梁過程中，需注意適時調整改吊在主纜上的貓道，使貓道的線形與主纜線形保持一致。

3.4.3合龍梁段架設

0號橋臺側B1～B3節段設計位置與山體距離較近，若將B2作為合龍梁段，則B2梁段被山體阻擋無法吊裝至合龍口；若將B3作為合龍梁段，則合龍時B3梁段易與山體發生碰撞，存在安全隱患。主塔側吊裝時纜索式起重機在索塔附近存在22m吊裝盲區[9]，不宜選擇B58，B59節段作為合龍梁段。因此，選擇B4和B56梁段作為合龍段。合龍梁段吊裝前，先用卷揚機將邊梁向邊跨側拉開50cm，合龍梁段先與中跨側梁段剛接，再對接邊梁側節段。通過邊梁下方的豎向千斤頂調整合龍口豎向位移，卷揚機調整合龍口縱向位移，手拉葫蘆調整合龍口橫向偏位。

4 結語

香麗高速公路虎跳峽金沙江大橋橋位處于峽谷地形，山勢陡峭，施工場地狹小，施工組織及技術難度均較大。在該橋鋼桁梁施工過程中，采用單側拼裝場整體拼裝、雙層存梁、輪胎式運梁車運輸、無吊索節段鋼桁梁支架法存放、纜索吊裝等施工技術，有效解決了以上難題。