滬通長江大橋天生港專用航道橋三主肋柔性拱合龍施工技術

袁小龍，薛志武

(1.中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121； 2.中交武漢港灣工程設計研究院有限公司，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

滬通長江大橋天生港專用航道橋采用剛性梁柔性拱結構形式，如圖1所示，跨徑布置為(140+336+140)m，全長616m。柔性拱采用三主肋結構，箱形截面，內寬1 200mm，內高1 400～2 004mm，板厚44～48mm。主肋橫向間距17.25m，總寬34.5m，矢高60m，拱肋間設K型平聯或桁式橋門架。拱肋施工總體采用梁上拼裝、豎轉到位、跨中合龍工藝，合龍段長1m，單節重約2t。

圖1 專用航道橋橋型布置(單位：m)

2 拱肋合龍總體施工方法及重難點分析

如圖2所示，3，4號墩拱肋依次豎轉到位后，通過調整上、下層扣索索力及設置端部合龍調位系統來精確實現合龍口姿態調整。按先兩邊后中間的順序進行合龍，結構上采取馬板臨時固定措施進行桿件對接安裝。

圖2 拱肋合龍示意

拱肋合龍施工重難點分析如下。

1)拱肋為三主肋結構，橫向剛度較大，平面內剛度小。轉體到位時端部橫向無約束，易錯位，端部下撓較大，合龍節點位移和轉角調整難度較大。

2)拱肋跨度大，合龍點空間坐標影響因素多，順橋向拱肋長度偏差受溫度、拱肋制造與架設偏差的影響，豎直方向偏差受風荷載、日照的影響，拱肋軸線偏差受日照和臨時荷載等影響。順橋向與豎直向相互制約，合龍點位置難以控制。

3)工程位置常年風速接近6級，且合龍口位置距離江面高度約130m，風荷載影響更甚，拱肋合龍前處于大懸臂狀態，合龍口抖動，橫移等難以消除。

4)合龍精度要求高，合龍段由工廠按設計圖制作，現場用馬板臨時固結，在空中實現多點合龍，難度較大。

3 拱肋合龍敏感性分析

合龍調位過程中，前端索作為主牽引索，承擔拱肋轉起和標高調整功能，后端索作為輔助索，用以調整拱肋線形和前端轉角，改善拱肋應力狀態。通過分析建模計算結果如圖3所示。

圖3 拱肋轉體合龍時整體位移與應力

由于豎轉控制系統可將索力偏差控制在±50kN，經計算分析，合龍口高程最大偏差13mm，里程最大偏差26mm(合龍口拉開)，轉角最大偏差0.004rad；拱肋組合應力：最大拉應力117.7MPa，最大壓應力-136.4MPa，均滿足設計要求。

以上是在理想狀態下的計算結果，在受到外部荷載作用時，由于超大跨度和柔性結構的特點，合龍口很易產生偏差，需設置合龍口工裝以糾正偏差。以下對合龍口進行敏感性分析，以確定工裝參數和方式。

3.1 合龍口橫橋向調位

當合龍口出現橫向偏位后，需在合龍口加橫橋向荷載以調整拱肋橫向錯位。分別施加50，100，200kN荷載，結果如圖4所示。

圖4 橫橋向敏感性分析

根據分析可知，配備≥200kN的橫向調位裝置可滿足合龍口精確調位要求。

3.2 合龍口豎向調位

通過豎向調位裝置對合龍口加豎向荷載以調整豎向錯位，分別施加50，100kN荷載，對應的位移值及位移變化量結果如表1、圖5所示。

圖5 合龍豎向調位

表1 豎向荷載作用下合龍口位移 mm

由分析可知，合龍口在100kN豎向荷載作用下可進行292mm的高差調整，轉體提升系統可將合龍口兩側拱肋高差調整至≤20mm，故配置≥100kN的豎向調位裝置可滿足合龍口精確調位。

3.3 合龍口順橋向調位

當合龍口順橋向空間無法滿足嵌補段安裝要求時，在合龍口施加順橋向荷載，調整合龍口間距，分別計算拉力-100，-200，-300，-600，-800kN作用下合龍口靠攏位移量(合龍口間隙變小為負值)及推力100，200，300，600，800kN作用下合龍口遠離位移量(合龍口間隙變大為正值)，結果如圖6所示。

圖6 順橋向敏感性分析

由分析可知，合龍口在800kN順橋向荷載作用下，可進行±200mm的寬度調整。轉體提升系統可將合龍口寬度調整至不大于設計值±40mm的寬度，配置≥800kN的順橋向調位裝置可滿足合龍口精確調位要求。

4 合龍口調位系統

如圖7所示，合龍口調位系統由橫向、豎向和縱向調位裝置組成。

圖7 合龍口調位系統

橫向調位裝置由預先焊接在拱肋端部的耳座和10t手拉葫蘆組成。合龍口粗定位后，人工利用鋼絲繩將橫向調位裝置對拉張緊，如圖8所示，根據測量數據調整手拉葫蘆來消除合龍口橫向錯位。

圖8 合龍口軸偏調整

豎向調位利用轉向滑輪組架體作為調整反力架，轉體扣索調整鎖定后，測量拱肋合龍口兩端高程差。如圖9所示，如4號墩側拱肋端部高度大于3號墩側，將架體轉下橫跨拱肋鎖定3號墩側銷軸后，4號墩側支腿中間裝入20t千斤頂反頂，端部高度調整到位后，將支腿與拱肋剛接。反之，將架體轉下后，現場焊接4號墩側耳座與支腿連接，拆除3號墩側架體銷軸后在支腿中間裝入20t千斤頂反頂，高度調整到位后再將支腿與拱肋剛接。

圖9 合龍口高差調整

縱向調位裝置包括80t油缸和鎖定裝置。在合龍口拱內預先固定1根鋼管，用于合龍口過小時頂開，如圖10所示。合龍口過大時，利用千斤頂張拉兩側精扎螺紋鋼縮小合龍口，待調整到位后，用4組帶球形螺母的精軋螺紋鋼和中間撐桿鎖定合龍口，安裝嵌補段。

圖10 合龍口臨時固結

5 合龍口姿態調整

5.1 合龍口初步調整

在合龍前，通過調整主索將合龍口標高基本調整至設計標高，調整輔助索將合龍口轉角基本調至設計轉角。調整完后張緊纜風繩至50kN/根，防止合龍口出現振動，并消除部分橫向偏差。

另外，合龍時受外界環境條件、加工制作精度、結構實際自重、安裝誤差等因素的影響，合龍口實際狀態與計算值存在一定的誤差，初步調整后的合龍口相對高差及橫向偏差控制在20mm以內，相對豎向位移偏差控制在40mm以內。

5.2 合龍口精確調整

1)橫向相對偏差調整 通過橫向調位裝置將橫向偏差控制在5mm以內。

2)豎向相對高差及轉角調整 合龍口豎向相對高差及轉角的精確調整先通過計算機PID精確調控扣索索力實現，在進行調整時，以拱肋前端標高控制及轉角控制為主，以索力控制為輔，且索力調整不宜過大或過小，以免結構應力超標，當調整至合龍口兩側高差在20mm以內時，再通過豎向調位裝置調整高差至5mm以內。

3)縱向相對偏差調整 通過縱向調位裝置將合龍口寬度調整至1 020～1 030mm。

6 合龍段安裝

合龍段位于4號墩側節點S21和S22之間，長1m，單節重約2t。為使合龍對接順利準確，拱肋在工廠內試拼裝，合龍拱肋按設計線形和加工余量預裝。合龍順序為先兩邊拱肋后中間拱肋。

選擇氣溫平穩時段精調合龍口線形，縱向預留2～3cm間隙。合龍段吊裝就位后，與一側拱肋進行焊接，然后通過調整拉索索力并輔以千斤頂、手拉葫蘆等設備，將合龍段另一側與拱肋精確匹配對位，并用馬板臨時固結，最后完成合龍段焊接。

拱肋提升通過錨固在主梁上的卷揚機及合龍端口上方設置的轉向滑輪實現。兩側卷揚機同步提升，配合拱頂手拉葫蘆，拱肋垂直進入合龍口。通過手拉葫蘆和緊線器精確調整合龍口各項指標。碼板固定后對環向對接焊縫實施手工焊接，焊接工藝嚴格按工藝試驗確定的要求進行。

經實測，拱肋橫橋向整體偏差和三片拱肋高程相對偏差均控制在10mm以內；合龍段吊裝就位后，軸偏為2mm，高差為1mm。

7 結語

大跨三主肋柔性拱結構平面剛度較小，合龍口影響因素較多，且合龍精度要求高，合龍難度較大。本工程實施過程中通過敏感性分析及精度控制指標確定合龍口調整工裝系統，實現合龍口姿態及拱肋整體線形的精確控制，效果良好。