鵝公巖軌道大橋多階段合龍施工關鍵技術研究

陳寧賢 張海順

摘要 剛度差異較大的不同梁段合龍需要保證主梁線形平順過渡，最終確保成橋線形和內力與設計一致，重點研究了邊跨合龍、錨跨合龍兩大關鍵技術，而非已有大量文章論述的中跨合龍關鍵技術。通過比較邊跨不同合龍時機對合龍段內力的影響，確定主纜錨固段與邊跨的最佳合龍時機;通過監測升降溫對過渡墩內力及位移、主梁內力等的影響，確定錨跨與主纜錨固段合龍方案。

關鍵詞 自錨式懸索橋;邊跨合龍;錨跨合龍;合龍時機;升降溫

中圖分類號 U448.25 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0156-03

0 引言

鵝公巖軌道大橋為（60+210+600+210+60）m雙塔雙索面自錨式懸索橋，其主梁為混合梁結構，可劃分為錨跨段混凝土箱梁、主纜錨固段混凝土箱梁、鋼混結合段、邊跨鋼箱梁、中跨鋼箱梁等部分。大橋采用“先梁后纜”的施工方法、“先斜拉、后懸索”總體施工方案，施工中涉及邊跨合龍、中跨合龍、錨跨合龍等三個階段多次合龍[1]。

1 工程概況

鵝公巖軌道大橋的主梁為鋼筋混凝土混合梁，兩端錨跨及主纜錨固段各（50 m+35.08 m）為預應力混凝土箱梁結構，中間為鋼箱加勁梁（926.4 m），混凝土箱梁與鋼箱加勁梁之間設鋼混結合段（11.72 m）。主梁布置圖見圖1所示。

2 總體施工方案

鵝公巖軌道大橋為自錨式懸索橋，按照先梁后纜的順序進行施工。由于工程地質水文環境等因素，采用“先斜拉、后懸索”的總體施工方案[2]，即通過安裝過渡斜拉橋完成加勁梁的施工，再進行過渡斜拉橋向自錨式懸索橋的體系轉換，過渡斜拉橋的結構布置見圖2所示。加勁梁總體施工方案：錨跨段與主纜錨固段混凝土箱梁采用支架現澆施工方案，邊跨鋼箱梁采用自橋塔向輔助墩高位頂推的施工方案，中跨鋼箱梁采用架梁吊機自橋塔向跨中懸臂拼裝、臨時斜拉索扣掛施工、跨中合龍的施工方案[3]。

3 多階段合龍施工關鍵技術研究

主梁由錨跨段、主纜錨固段、邊跨鋼箱梁（含鋼混結合段）、中跨鋼箱梁幾部分組成[4]，涉及的合龍口按照施工順序依次為邊跨合龍口1、中跨合龍口2、錨跨合龍口3。不同的合龍時機和合龍方案會造成結構的變形及內力分布不同，為此應結合橋梁結構及施工特點進行分析，找出主梁最優合龍時機和合龍方案[5-6]。中跨合龍口2施工屬于大跨度斜拉橋主跨合龍，已有大量文獻研究，此處不做贅述。該文重點對邊跨合龍及錨跨合龍關鍵技術進行分析。

3.1 邊跨最佳合龍時機

3.1.1 五種不同合龍時機

邊跨合龍口1設在主纜錨固段與鋼混結合段之間，如圖2所示，由于邊跨WM8—WM16斜拉索均在主纜錨固段上錨固，邊跨合龍施工應在邊跨鋼箱梁頂推到位之后、WM8斜拉索張拉之前完成。不同的合龍時機對主纜錨固段和鋼混結合段應力及變形的影響不同，為此擬定五種不同合龍時機進行分析。五種邊跨合龍時機分別為：邊跨頂推到位后合龍，張拉第1對斜拉索后合龍，張拉第3對斜拉索后合龍，張拉第5對斜拉索后合龍，張拉第7對斜拉索后合龍，僅以西岸為例進行研究[7]。

3.1.2 邊跨合龍計算分析

重點研究架梁過程中主塔和錨固鋼塔的塔頂水平位移、錨固鋼塔的塔底彎矩以及合龍段軸力、彎矩等[8]，不同方案主塔和鋼塔塔頂位移及錨固鋼塔塔底彎矩、合龍段彎矩比較見表1。

邊跨不同合龍時機對合龍段軸力的影響。

邊跨合龍口位于第7、8對斜拉索之間，邊跨合龍后、第8對斜拉索張拉前，溫度變化對合龍段軸力影響顯著。E方案邊跨合龍至張拉第8對斜拉索之間的時間間隔最短（約7 d），選擇溫度較為穩定的期間合龍，可將升降溫控制在5 ℃的范圍內;其他方案，邊跨合龍至張拉第8對斜拉索之間的時間間隔40 d以上，期間溫度變化按升降溫20 ℃取值[9]。對五種不同方案分別在邊跨合龍后、第8對斜拉索張拉前進行升降溫計算，并結合施工過程分析，研究不同合龍時機對合龍段軸力的影響，見表2所示。

3.1.3 邊跨合龍最佳時機

從表1、表2可以看出，五種不同合龍時機對主塔和錨固鋼塔的塔頂水平位移、錨固鋼塔的塔底彎矩等影響不大，主塔塔頂水平位移最大值、錨固鋼塔塔頂水平位移最大值、錨固鋼塔塔底彎矩最大值差別不大;但方案E的合龍段彎矩和拉力最大值遠遠小于其他幾個方案，對合龍段受力最有利。因此，邊跨合龍最佳時機是第七對斜拉索張拉后進行合龍。

3.2 錨跨合龍關鍵技術

3.2.1 錨跨合龍方案簡介

根據總體施工方案，過渡斜拉橋及主纜安裝施工過程中，搭設支架、現澆錨跨混凝土箱梁，并在錨跨與主纜錨固段之間預留合龍口3，主纜安裝完成后、吊索安裝前進行錨跨合龍口3施工。全橋東、西兩岸各一處錨跨合龍口，合龍方案有兩種：

方案一：兩端錨跨同步合龍：

主纜安裝完成后，在輔助墩P12設置臨時縱向約束，限制主梁的縱向位移;然后安裝合龍口勁性骨架，施工錨跨合龍口3，錨跨預應力張拉完成后，釋放輔助墩臨時縱向約束。

方案二：兩端錨跨分步合龍：

主纜安裝完成后，先在一端輔助墩處設置臨時縱向約束，施工錨跨合龍口，張拉錨跨預應力后，釋放輔助墩臨時縱向約束;然后在另一端輔助墩設置縱向約束，進行錨跨合龍口施工。以先合龍西岸錨跨，再合龍東岸錨跨為例。

兩種合龍方案，輔助墩與主梁縱向約束后，溫度荷載對結構體系的影響不同，下面具體分析溫度升降變化對結構的影響?？紤]到合龍口施工時間30～45 d，按照整體升溫、降溫15 ℃對結構進行檢算。錨跨合龍施工方法與常規的連續梁合龍施工方法相同，這里不再贅述。

3.2.2 兩端錨跨同步合龍方案分析

兩端輔助墩與主梁縱向約束前，空纜狀態下主纜自重產生的拉力43 720 kN，作用在主纜錨固段端部，其水平分力（36 298 kN）由主梁承受;此時輔助墩對主纜錨固段為豎向支撐、縱向可滑移的約束，輔助墩頂的荷載只有豎向壓力，沒有水平力。

升降溫15 ℃輔助墩反應見表3所示。升溫時主梁伸長受輔助墩約束，主纜錨固段不能自由延伸，對輔助墩頂產生水平推力（向錨跨方向）;空纜狀態下的主纜是柔性構件，可通過自身變形和位移協調進行平衡，升溫后主纜變長、索力減小，主纜索力的變化通過主纜錨固段最終作用在輔助墩頂。降溫時主梁收縮受輔助墩約束，輔助墩頂承受主梁收縮產生的水平力（向主塔方向）;而降溫后主纜變短，主纜張力增大，增大的水平力通過主纜錨固段最終作用在輔助墩頂。

從表3可以看出，兩端錨跨同步合龍方案，在升降溫15 ℃的情況下，輔助墩頂承受的最大水平推力值近55 000 kN，墩身混凝土拉應力遠遠超過允許值，將導致結構破壞，因此同步合龍方案不可行。

3.2.3 兩端錨跨分步合龍方案分析

對整體進行升降溫15 ℃的溫度作用，從計算結果來看，P12輔助墩承受的水平推力最大，其水平推力為2 379 kN，墩身最大壓應力5.45 MPa，不產生拉應力，滿足結構承載力要求。

西岸錨跨合龍后，解除P12墩與主梁的縱向約束，再進行東側錨跨合龍。模型中輔助墩與主梁進行縱向位移耦合約束，刪除P12與主梁的縱向位移耦合約束，P11邊墩和P13橋塔以及P12輔助墩與主梁僅豎向支撐作用，激活東岸側錨跨合龍段。對整體模型進行升降溫15 ℃的溫度作用，從計算結果看，輔助墩承受的水平推力最大，其水平推力為2 642 kN，墩身最大壓應力5.87 MPa，不產生拉應力，滿足結構承載力要求。

此外，根據升降溫15 ℃的計算結果，結構體系其他參數情況如下：混凝土橋塔不出現拉應力，最大壓應力滿足規范要求;斜拉索索力安全系數均大于2.5，滿足規范要求;加勁梁的應力均在控制標準值范圍內。

綜上所述，兩端錨跨應采用分步合龍的施工方案。

4 總結

鵝公巖軌道大橋的合龍施工，需要根據成橋目標進行模擬分析，設計科學合理的方案，才能達到設計成橋狀態要求，同時確保施工過程結構安全。鵝公巖軌道大橋涉及主梁邊跨、主跨跨中及錨跨等不同部位分階段合龍，對每一次合龍，都需要進行詳細模擬計算，分析不同合龍方案對結構體系的影響。擬定5種不同的邊跨合龍時機對結構進行計算分析，第7對斜拉索張拉后進行邊跨合龍，可使合龍段達到最佳受力狀態，并使成橋狀態計算結果達到設計理想目標;通過分析計算升降溫對結構體系的影響，確定兩端錨跨分步合龍的施工方案。通過多階段的合龍分析，鵝公巖軌道大橋主梁線形滿足設計要求，應力均在可控范圍內，沒有出現結構受損或破壞的現象。

參考文獻

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