長門特大橋中跨鋼箱梁合龍技術

楊天偉，林高鵬，龔 山

(中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000)

0 引言

長門特大橋是福州繞城高速公路東南段工程項目中重要的控制性工程，主橋全長848m，結構形式為(35+44+66)m+550m+(66+44+35)m雙塔雙索面混合梁斜拉橋，為塔梁墩固結體系，是塔梁墩固結體系斜拉橋國內最大跨徑、世界第二跨徑。中跨鋼箱梁全長495m，位于斜拉橋中跨對稱布置，合龍段鋼箱梁梁寬38.5m、梁長15m，設置4道橫隔板、間距3.188m，2道縱隔板、間距15.2m(見圖1)。合龍段采用4臺橋面吊機吊裝施工，合龍段梁段重約280t。

該橋合龍為跨度>500m的雙塔塔梁墩固結體系斜拉橋中跨合龍，為我國橋梁建設史上首次嘗試，中跨鋼箱梁精確合龍是否成功決定了整座橋梁的線形及受力狀況。本文通過對以往斜拉橋中跨合龍技術進行分析研究，總結經驗，結合長門特大橋橋況，采用無勁性骨架自然溫度配切方案實現中跨合龍。通過對現場環境及合龍口姿態進行連續性觀測，確定合龍溫度和配切參數，以順利實現中跨合龍，確保合龍精度滿足要求。

1 合龍方案比選確定

鋼箱梁采用橋面吊機懸臂拼裝，全橋施工控制采用標高索力雙控法。中跨合龍是鋼箱梁安裝的重要環節，安裝質量直接影響主梁線形和受力狀況。

1)長門特大橋合龍段長達15m，若采用勁性骨架中跨合龍，則需設置體量龐大的勁性骨架。

2)勁性骨架能承受的彎矩小，需龐大的壓重水箱，短時放水量大。

3)無勁性骨架合龍方式在九江長江大橋、武漢沌口長江大橋等大跨度斜拉橋中已多次使用，工藝成熟。

4)長門特大橋采用塔梁墩固結體系，溫度合龍是唯一選擇，而且無體系轉換風險。

綜上所述，中跨合龍段采用無勁性骨架自然溫度配切法施工工藝。

2 合龍施工技術

通過對合龍口連續觀測，確定合龍溫度及合龍段安裝長度，對鋼箱梁段進行配切，吊裝鋼箱梁，實現中跨合龍。

1)合龍段鋼梁北岸匹配、南岸配切。

2)不設置勁性骨架，在南岸側安裝固定消能裝置。

3)本橋合龍精度要求高、合龍時間緊迫。

4)主跨跨度達550m，溫度變化1℃將導致合龍間隙變化約5.9mm。

5)合龍時合龍段與兩側16號梁段間隙允許范圍小，單側間隙一般在6～10mm時方可將合龍段吊進，而>25mm則無法保證良好的焊接質量(現場焊接工藝試驗，常規焊縫寬度為6～28mm，最大縫寬30mm)。

6)起吊安裝過程不可逆轉，考慮航道安全和運輸船舶安全，合龍段起吊后必須在當夜完成合龍固定工作。

7)盡可能選擇陰雨天氣進行合龍，減少環境溫度對合龍的影響。

中跨合龍總體流程為：16號梁段安裝、17號斜拉索一張→更換吊具，橋面吊機移至合龍位置→17號斜拉索二張→卸荷邊跨第3孔支架→調控和龍口形態→和龍口48h觀測→和龍口單端配切→起吊合龍段→合龍段精匹配→北岸碼定、焊接→南岸碼定、焊接→橋面吊機松吊，恢復斜拉索索長。

3 合龍施工工藝

3.1 合龍前準備

3.1.1鋼箱梁運輸

鋼箱梁在集中加工廠加工成整段后，采用運輸船運輸至橋位區吊裝。運輸船舶停至裝船碼頭，拋錨固定，采用轉運車將鋼箱梁節段由存梁區運到港池，用600t門式起重機吊起鋼箱梁梁段直接落在船舶甲板上，完成積載。吊裝如圖2所示。

圖2 梁段裝船吊裝示意

JH鋼箱梁裝船配載時采用單層的配裝方式，裝載節段梁如圖3所示。

圖3 合龍段裝船配載示意

鋼箱梁與甲板四周焊止動塊，以防止鋼箱梁滑動，兩側采用角鋼焊接加固。在裝船時，盡量使鋼箱梁中心線與船舶中心線重合。

3.1.2前期梁段安裝及測量

3.1.2.1前期梁段質量控制

中跨合龍前14～16號段鋼箱梁安裝加強對線形、索力、橋塔偏位及應力方面的控制和監測，對不滿足要求的項目及時調整。為確保合龍段與兩側懸臂端頭梁段的平順連接，將重點控制好軸線及高程偏差。

1)軸線控制，先調正再減差 梁段前、后控制點(T2，T5)軸線偏差相同，即梁段軸線調正與橋軸線平行；梁段軸線偏差值<10mm(使用平錯的方法調梁)；南、北岸梁段軸線相對偏差值<10mm。

2)高程控制，先調平再減差 前端左、右控制點(T1，T3)相對高差<5mm，梁段高程偏差值<10mm，南、北岸梁段高程偏差一致，同高或同低。

施工控制采用標高索力雙控法，在14～16號梁段二張偏于照顧梁段的高程(見圖4)。

圖4 鋼箱梁幾何控制點布置(頂板)

3.1.2.2前期梁段測量

從14號梁段開始，每段梁安裝均進行兩岸軸線和標高的聯測。15，16號梁段的測量工作交由北岸統一控制，確保梁段標高和軸線對合龍姿態的影響程度達到最小。

3.1.3橋面吊機性能

1)橋面吊機 采用縱向小變幅橋面吊機，使用分離式雙機抬吊施工方法，額定最大起重量約為180t。橋面吊機設有步履式驅動裝置，可在橋面自行前進或后退(見圖5)。

圖5 橋面吊機

2)橋面吊機工作特征 待17號斜拉索一張后，對橋面吊機進行前移，前支點站位位于16號梁段第2道橫隔板處，后錨點距離前支點11.25m。鋼梁的縱向及橫向調節通過起升、變幅、索具調整等進行精確控制。

3)橋面吊機主要技術參數 如表1所示。

表1 橋面吊機主要技術參數

4)更換吊具 17號斜拉索進行一張后，將大型吊具拆除并移走，安裝橋面吊機小型吊具。橋面吊機起吊位置變幅到8.813m。

5)吊裝位置 完成吊具更換后，橋面吊機前移。吊機前支點位于16號梁段江側第2道橫隔板位置，后錨位于15號梁段江側第1道橫隔板位置，該位置需增設后錨座螺栓孔(見圖6)。

圖6 吊裝位置

橋面吊機到達指定位置，進行17號斜拉索二張。

3.1.4邊跨支架卸除

17號索二張后，對剩余的第3孔邊跨支架進行卸載。從結構安全和體系轉換要求來說，只需使得現澆支架與邊跨混凝土梁底板脫開即可。南岸將7號墩到8號橋臺的6根鋼管支架卸落裝置進行卸載，北岸將2號墩到1號墩的現澆支架卸落裝置進行卸載(見圖7)。支架卸荷的同時，及時清除現場多余荷載、布置施工臨時荷載(檢查車、電焊機等)。

圖7 對邊跨支架進行卸荷

3.1.5預案汽車式起重機試載

在合龍當天采用南、北岸一邊2臺汽車式起重機在15，16號梁段位置進行預壓，以臨時調整合龍口標高。在合龍前通過汽車式起重機在不同位置對鋼梁前端進行量測，確定汽車式起重機位置對標高的影響值。

3.1.6合龍口姿態調整

在邊跨第3孔支架卸除及橋面荷載處理完成后，進行合龍口姿態調整。在進行合龍口姿態觀測時，必須使測量時合龍口的姿態與合龍段起吊后的姿態相同。因此，需進行合龍口姿態調整，合龍口姿態調整通過計算確定，以15～17號索的索力(索長)調整為主要手段，主要內容如下。

合龍口姿態調整包括合龍口縱斷面形狀、兩側16號梁段前端高程和軸線。

合龍口高程調節措施主要是調整中跨15～17號斜拉索索長(邊跨拉索進行同步調整)，調索長前做好索頭外露量記錄，以便合龍后恢復。將兩側鋼梁前端左、右幅高程調至同一標高，即起吊后設計標高。

合龍口軸線調節則通過安裝在兩側16號梁段頂板上的調位裝置完成，將兩側鋼梁軸線調整至同一軸線上(見圖8)。

為減少溫度影響，合龍口形狀的精確調整在溫度恒定的夜間或陰雨天進行。

調整完畢后，進行橫向鎖定。此后，鋼箱梁前端不得出現既定以外的荷載。

3.1.7合龍口48h連續觀測

合龍口的狀態對氣溫變化非常敏感，存在合龍段無法嵌入合龍口或焊縫過寬風險。為確保中跨合龍的可控性，需對合龍口狀態進行嚴密監控。觀測的目的是通過大量觀測，采用回歸分析方法找到預計合龍時溫度對應的合龍段長度。

觀測主要內容包括合龍口頂底板寬度、懸臂前端5個梁段的相對高程。合龍口寬度觀測時應配合索溫、塔溫、梁溫、氣溫觀測；測1次合龍口寬度，就要測1次索溫、梁溫、塔溫，這樣便于監控單位進行溫度修正和預測，在溫度穩定時間段還應配合索力測量。

觀測頻率為每2h測量1次，在日出前后2h和日落前后2h測量頻率增加至每1h測量1次，連續觀測48h；可根據觀測情況適當增加測量頻率。

合龍口寬度測量采用手持式激光測距儀(1臺)進行。根據監測數據確定合龍溫度和合龍口寬度，以此決定合龍段精加工的形狀、長度。

觀測時機：17號斜拉索二張完成，完成橋面臨時荷載清理，合龍口姿態調整達到要求后。

觀測參數：環境溫度、結構溫度場，合龍口寬度，中跨懸臂端前3段梁段高程、軸線。

觀測時段及頻率：觀測時間段為第1天19：00至第3天19：00，連續48h觀測，晚間每1h觀測1次、白天每2h觀測1次。

鋼箱梁頂板設置5個觀測點，分別位于邊中腹板位置及梁軸線；底板設置5個觀測點，分別位于邊中腹板位置及底板和斜底板的交點，具體布置如圖9所示。

圖9 合龍口觀測點布置

3.1.8合龍溫度及配切長度確定

通過連續觀測，確定合龍溫度和合龍段配切長度，合龍溫度為25℃，配切溫度與合龍溫度相同，誤差≤5℃。

3.1.9合龍段配切及運輸

合龍段在鋼梁制作廠加工時預先按設計梁長增加20cm長度進行制作。合龍段配切采用單端配切，北岸側作為匹配端，南岸側作為配切端。

合龍段提前到場，得出配切長度后在現場的運輸船上進行配切。配切長度測量放樣采用鋼尺，且該鋼尺必須與觀測時的手持式激光測距儀相校正。合龍段配切放樣時的溫度需接近合龍溫度，避免溫度影響(見圖10)。配切與合龍時溫差為5℃時，配切長度影響值為15×5×1.2×10-5=9×10-4m=0.9mm。

圖10 吊裝過程標高測量區域

3.1.10合龍段檢查車軌道配切及安裝

同步配切檢查車軌道，配切長度同合龍段底板配切長度，16號梁段的檢查車軌道前端相對位置必須提前精確量測。

檢查車軌道4個端頭提前切割下來一段25cm長配切段，待合龍段匹配完成后再進行配切安裝。該軌道的配切段在合龍當天晚上，碼板基本碼定完成，即可連夜進行安裝。

3.2 中跨合龍

3.2.1合龍段吊裝

溫度對合龍口姿態的影響很大，因此合龍段吊裝選擇在有利天氣進行合龍段吊裝作業，長門特大橋合龍段吊裝當天為陰雨天氣、無持續風向微風、晚間氣溫26℃左右，當天天氣對合龍段吊裝影響較小。為了減小溫度對合龍口姿態的影響，確保合龍段順利喂入合龍口，在吊裝當天，在南、北兩岸各安排1臺灑水車，對梁段頂面灑冰水，保證鋼箱梁頂面呈現濕潤狀態，對鋼箱梁進行降溫處理。

在合龍段吊裝前，向海事等相關部門申請航道管制，由海事警戒中心對閩江航道進行管制。

待航道管制后，拋錨定位船駛進施工水域進行拋錨定位，運梁船進場并通過纜繩與拋錨船連成整體，利用拋錨船松拉錨繩，逐步完成運輸船的精確定位。運輸船完成定位后，橋面吊機繼續下放吊具至合龍梁段頂面，水上作業人員用銷軸將吊具與鋼梁上的臨時吊耳進行連接。

在鋼箱梁起吊前，現場技術人員對鋼梁上的臨時吊耳進行全面檢查，確定無誤后再行吊裝作業。

起吊過程中注意4臺橋面吊機同步協調，每提升5min進行1次梁段調平；采用手持式激光測距儀定時量測合龍段四角相對高差，及時將合龍段鋼箱梁調整水平，盡量避免不均衡受力。2臺手持式激光測距儀須提前進行校正。

鋼箱梁吊裝至不影響拋錨船正常移動的高度后，運輸船和拋錨船先后駛離施工水域。當合龍段接近合龍口底板時，暫停起吊，觀測合龍口姿態，利用南、北岸4臺橋面吊機進行16號梁段配重，以調整合龍口姿態，在確定合龍口姿態滿足合龍段喂入合龍口后開始喂梁。

合龍段吊裝采用單側橋面吊機S形小距離提升方案，通過南、北兩側的橋面吊機替換提升，緩慢將合龍段喂入合龍口，合龍段嵌入合龍口過程中，在邊腹板兩端設置手拉葫蘆進行輔助，每側配置4套5t手拉葫蘆，調整鋼箱梁位置以便鋼箱梁順利提升。合龍段嵌入合龍口后，安裝臨時匹配定位螺桿，完成合龍段吊裝。

3.2.2梁段精度匹配及焊接

3.2.2.1吊裝初步就位后，立刻開始北岸側匹配

通過4臺橋面吊機調整頂面標高，與兩側16號梁段平齊。北岸側焊縫寬度調整采用兩側定位螺桿的松緊，軸線調整采用手拉葫蘆。通過高程和軸線的反復調整，確保兩側焊縫寬度均勻、北岸側縫寬滿足焊接要求，確保兩側斷口對接平順，尤其是邊縱腹板頂部對齊順直。

北岸精調完成后，采用大碼板將合龍段與北岸側16號梁段焊接固定，防止梁段移動。同時，采用小碼板進行梁段碼平。在南岸側大碼板暫時僅一端與合龍段或S16號梁段焊接(見圖11)。

圖11 大碼板固定

北岸固定后，設置定位板，間距≤30cm，將梁段空間位置和已架設梁段在xz平面內定位牢固，然后再進行局部碼平，且打碼過程必須對稱同步進行；定位板附近碼平后方可割除定位板。

碼平工作必須在吊裝當夜完成，在第2天8：00前完成腹板焊接和頂底板的打底焊接。

3.2.2.2南岸固定合龍口

在適當溫度，南岸側縫寬滿足要求時進行合龍口固定。將大碼板另一側與鋼箱梁焊接，確保0.5h內焊接完畢。隨后進行局部碼平工作，即刻開始鋼箱梁焊接，在第2天8：00前完成腹板焊接和頂底板的打底焊接。安裝并恢復鋼箱梁檢查車軌道；完成焊接后，橋面吊機松鉤并后退；拆除橋面吊機；恢復16～17號索長至二次張拉索長。

4 結語

長門特大橋中跨合龍采用無勁性骨架自然溫度合龍方案，于2018年6月10日完成合龍，整個合龍過程十分順利。大橋成型后的線形符合要求，整體受力處于可控狀態，合龍質量得到有效保證。通過對超大跨徑塔梁墩固結體系斜拉橋超長合龍段的合龍施工工藝及控制措施進行詳細研究，保證了合龍施工質量。