天峨龍灘 破600米大關
——世界最大跨徑上承式勁性骨架混凝土拱橋建設創新紀實

文/圖 廣西南天高速公路有限公司 藍翼 麥輝升

從1980年主跨390米的克羅地亞克爾克大橋到1997年主跨420米的萬州長江大橋（原名萬縣長江大橋），再到2016年主跨445米的滬昆高鐵北盤江特大橋建成，上承式勁性骨架混凝土拱橋跨徑增大55米，用時近36年。6年后，在建的天峨龍灘特大橋要將紀錄再次提升155米，以精湛的技藝、過硬的品質、優雅的姿態連起紅水河兩岸青山，成就橋梁史上一大壯舉。截至2022年5月5日，這座由廣西交通投資集團有限公司投資建設、計算跨徑達600米的世界最大跨徑上承式勁性骨架混凝土拱橋共完成了36個拱肋節段、8道箱型橫聯、14道X橫撐安裝，項目施工取得階段性成果。

1497米纜索吊裝斜拉扣掛系統

蜿蜒的紅水河從廣西壯族自治區河池市天峨縣緩緩流過，碧波如鏡。在靜謐的河水之上，在建的世界最大跨徑上承式勁性骨架混凝土拱橋——天峨龍灘特大橋猶如飛虹，連起兩岸青山。

天峨龍灘特大橋跨越龍灘水庫庫區，位于龍灘水電站上游6公里處，是南丹至天峨下老高速公路（南天高速）的控制性工程之一。大橋全長2488.55米，其中主橋作為世界上首座跨徑突破600米大關的上承式勁性骨架混凝土拱橋，橋面總寬24.5米，主梁為10米×40米預制T梁；兩岸拱座均為明挖擴大基礎，主橋拱肋節段采用纜索吊裝斜拉扣掛工藝施工；纜索系統跨徑布置為253米+894米+350米，采用雙主索道設計，設計吊重為2×110噸，主、扣塔采用分離式設計，主塔安裝于4#、7#墩0#塊上，扣塔安裝于5#、6#墩0#塊上。

創新一 鋼構件運輸與加工

難點

天峨龍灘特大橋勁性骨架共分為48個拱肋節段，用鋼量累計達8572噸，累計焊縫達7.2萬米，鋼結構零部件總數高達15.5萬件。如加上底板模板，最重拱肋節段重量達200噸。由于天峨龍灘特大橋跨越天峨龍灘水庫庫區，雨、旱季水位高低差可達到45米。在惡劣的自然條件下搶時間、趕進度，在保證鋼構件質量的同時，起吊運輸成為一大首要解決的難題。

創新

天峨龍灘特大橋技術團隊引進了廣西交通建設中起重力矩最大的桅桿吊，該設備基礎由“群樁基礎+承臺+鋼管立柱”組成主要受力結構，整機起升高度為平臺以下45米，平臺以上高度60米，起吊半徑可達65米，分220噸主鉤和110噸副鉤，兩者配合起吊，解決了雨、旱季水位高低差問題。改造2000噸運輸船為深艙結構，并充分利用長48米、寬10.8米的船艙空間，不僅可確保運輸中拱肋節段的整體重心降低4米，通過安裝節段安放底座以確保拱肋節段運輸穩定，提高水上運輸的安全，還能同時運輸箱型橫聯和橫撐等構件，無縫對接纜索吊裝系統，在加快吊裝速度的同時，減少船舶的水上往返次數。

此外，技術團隊經過大量數據驗算和實體試驗，制定出勁性骨架各構件加工、骨架拼裝等共27項工藝評定標準，并建立完備的質量保證體系，把構件加工和拼焊平面尺寸誤差控制在了毫米范圍，最大程度保證了鋼構件品質。

創新二 分離式斜拉扣掛裝備

難點

天峨龍灘特大橋橋址位于天峨縣龍灘自然保護區，施工區域場地狹窄，且大橋地處“U”形峽谷，兩端坡高山陡，導致施工作業場地狹小，物資運輸不便，組織管理難度大。

創新

針對大橋特點，技術團隊經反復比較，確定主橋拱肋節段吊裝施工的斜拉扣掛體系采用分離式布置方案，并研發出分離式斜拉扣掛裝備，有效提高了拱橋拱肋節段斜拉扣掛施工效率與施工質量，保證了施工安全。

研制插銷式扣索錨固端裝置拱肋節段扣掛點采用錨拉板式設計，并與扣索分配梁銷軸連接，分配梁則與扣掛錨固塊銷軸連接，使扣索分散錨固，不僅實現了扣索快速安裝，還提高了拱肋節段扣掛效率，降低了高空人員作業強度，保障了人員作業安全。

2022年2月27日，天峨龍灘特大橋首節段吊裝。

研發組合式預應力扣地錨結構由于橋面投影兩側均為高陡邊坡或深谷，造成扣掛系統尾索錨固十分困難。對此，技術團隊充分利用橋墩承臺，沿尾索拉力相反方向設置預應力錨索，形成組合式預應力地錨結構；通過優化錨固張力與尾索張拉的程序，解決了尾索錨固與地錨位移控制兩個難題。

研制扣索自平衡智能張拉設備分離式扣掛結構的同一束扣索、尾索豎向角不一致，張拉過程產生的不平衡水平力可能導致墩柱偏位，影響墩柱安全。通過在扣索、尾索的張拉端設置自平衡的智能張拉設備，按照索力水平分力為零的原則進行控制，保證了墩柱受力平衡。

創新三 百米級長錨索組合式扣地錨

難點

巨型古滑坡堆積體、破碎的強風化泥質砂巖、順層坡、局部裂隙發育等復雜地質導致大橋無法實現吊扣合一，給施工帶來了極大困難。

創新

天峨龍灘特大橋南丹岸存在一處巨型古滑坡堆積體，其扣地錨型式為“樁基承臺+長錨索”的組合體系，最長錨索達120米，屬國內外罕見，這對扣地錨設計與施工，以及主拱圈吊裝時的扣索和錨索的張拉順序造成了極大影響。

桅桿吊對拱肋節段空中翻身工藝

對此，技術團隊基于古滑坡堆積體中百米級長錨索試驗數據，針對其施工過程中所遇到的塌孔、下錨索困難、群錨施工存在偏位和交叉可能性，以及超長錨索長期預應力損失等難題，展開超長錨索施工關鍵技術研究，通過在加固后的承臺預埋斜拉扣掛系統的相關預埋件和喇叭形錨索鉆孔管道，在保證承臺水平力控制的前提下，研究確定扣索張拉端、錨固端、扣塔位置及構造，通過計算、確定扣索根數與張拉力，確定扣地錨的布置，提出合理科學的扣掛施工工序，并建立起一套完整的“樁基承臺+超長錨索”組合式扣地錨施工技術，為克服古滑坡堆積體施工難題提供技術參考的同時，也避免了開挖山體所帶來的垮塌風險。

創新四 鋼管拱桁加工與制作

難點

綜合超大跨徑鋼管混凝土勁性骨架加工制造具有制造周期長、工序多、累積誤差大；材料級別高，結構分段焊接制造，焊接變形導致裝配過程更加復雜且變形校正難度大；結構尺寸大、制造精度要求高；零部件形狀尺寸多樣，單元件的安裝具有方向性，結構配套難度大等特點，600米級跨徑拱橋的勁性骨架加工制造顯得尤為重要。然而，勁性骨架零部件加工、安裝誤差累積，焊接變形累積及骨架受力后的形變，也影響著勁性骨架的精確合龍及結構安全。

創新

針對這些問題，技術團隊對各零部件的精確加工制造、裝配安裝、焊接質量與焊接變形控制、拱肋線形控制等展開了深入研究，特別是針對600米大跨徑鋼管勁性骨架的吊裝，技術團隊研發設計了一系列數字化的橋梁纜索起重裝備：一是研發基于PLC控制的纜索起重機電氣控制系統，將裝備由模擬信號控制向數字化控制升級，不僅可幫助管理人員動態掌握電流、電壓、轉矩及卷揚機的限位、制動狀態等信息，出現問題時還可快速找到根源所在，大大提高了設備運行的精確性；二是研發新型300噸級纜索索鞍、跑車、吊具，可實現多索道起重機的快速組合與橫移，提高裝備使用效率的同時，極大降低了裝備故障率；三是研發裝配式重型塔架，實現桿件、構件的標準化設計、生產，降低高聳塔架的安裝、拆除風險，提高塔架周轉率，節能環保。數字化的橋梁纜索起重裝備將更加便捷化、人性化，為系統安全、拱肋安裝精度控制提供有力的保障。

創新五 研發外包混凝土多環多段澆筑工藝及裝備

難點

天峨龍灘特大橋勁性骨架拱肋節段的順利合龍，僅拉開了大橋重難點建設的序幕，外包混凝土施工才是決定大橋建設成敗的關鍵。天峨龍灘特大橋拱頂徑向截面高8米,拱腳徑向截面高12米,當鋼構拱肋合龍后，需外包混凝土約3萬立方米，形成大橋最終的受力主體。施工過程中，由于結構受力體系會不斷變化，且國內外目前尚無同類型施工經驗借鑒，一旦施工控制不當，極易造成拱肋變形過大、局部應力超標等情況，導致結構失穩或混凝土開裂。

創新

研發多環多段澆筑工藝，解決不均衡加載引起的混凝土開裂問題。工藝研發的總體思路為：豎向分環，減小加載的荷載，利用已澆筑環的強度，降低骨架的受力，提高安全儲備；縱向分段，分析拱肋受力控制點的影響線，以相互平衡為原則確定各分段的澆筑順序，實現外包混凝土的安全澆筑。

廣西交通建設中起重力矩最大桅桿吊吊裝節段下船

2022年4月10日，天峨龍灘特大橋拱肋吊裝過半。

研發外包混凝土模架裝備，解決高空傾斜施工混凝土等難題。裝備研發的思路為：以高空作業地面化為原則，底模在拱肋吊裝節段同時安裝，減少高空作業量。拱肋為變截面，以外包混凝土施工段為單元，設計易于安拆、調整的模板單元，確定模板的吊運移動路徑，再結合設計懸吊式組合式腳手架，解決高空作業施工作業平臺問題。

作為首座跨徑突破600米大關的上承式勁性骨架混凝土拱橋，天峨龍灘特大橋在橋梁建設史上具有里程碑意義。從歷史維度審視，天峨龍灘特大橋將混凝土拱橋跨徑世界紀錄一次性提高了155米，并在全球首次建立起一整套600米跨勁性骨架混凝土拱橋的建造關鍵技術。從現實維度審視，天峨龍灘特大橋施工建造涵蓋拱橋、斜拉橋、懸索橋、梁橋四大基本橋型原理及工藝，對推動大跨度拱橋施工工藝和方法進步，具有廣泛的科研價值和深遠的社會意義。從未來維度審視，天峨龍灘特大橋將進一步彰顯勁性骨架混凝土拱橋剛度更大、日溫差不敏感、耐久性好等優勢，拓寬該橋型建造及適用范圍，為我國乃至全球在山區、峽谷區域修建鐵路、公路提供技術支撐。