南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主跨鋼梁合龍調(diào)整的過(guò)程控制

戴福忠，劉學(xué)文，潘家英，胡所亭

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.京滬高速鐵路股份有限公司，北京 100038)

1 主跨鋼梁合龍方案概述

主橋采用大跨度連續(xù)鋼桁梁及鋼桁拱橋，橋跨布置為:2聯(lián)2×85 m鋼桁連續(xù)梁+109.5+192+336+336+192+109.5(m)6跨連續(xù)鋼桁拱。橋梁結(jié)構(gòu)橫向由三片主桁架組成，每?jī)善麒扉g的中心距均為15.0 m;上游側(cè)是兩線滬漢蓉鐵路，下游側(cè)是兩線京滬高速鐵路。兩邊桁的外側(cè)各外挑5.8 m的懸臂托架，作為地鐵行車道;結(jié)構(gòu)總寬41.6 m。

主橋上部結(jié)構(gòu)的架設(shè)，采用從兩側(cè)往跨中雙向架設(shè)、跨中合龍的方案。兩側(cè)192 m邊跨及兩孔336 m主跨各設(shè)一個(gè)合龍口。先合龍兩側(cè)192 m邊跨，后合龍兩個(gè)336 m主跨。南北岸側(cè)邊跨鋼桁采用臨時(shí)支墩單伸臂拼裝，鋼桁拱采用下部用墩旁托架固定，上部在6#，8#墩上各設(shè)吊索塔架及斜吊索，7#墩上設(shè)三層水平拉索輔助安裝。6#，7#，8#主墩墩頂2個(gè)節(jié)間在墩旁托架上架設(shè)，其余節(jié)間鋼梁均為雙懸臂架設(shè)。

邊跨合龍口設(shè)在5#～6#墩和8#～9#墩間，于2008年12月完成合龍。中跨合龍口設(shè)在6#～7#墩的 E37～E38和 7#～8#墩的 E37'～E38'間，根據(jù)工程進(jìn)度和施組安排，先進(jìn)行7#～8#墩南主拱拱肋合龍，再進(jìn)行6#～7#墩北主拱拱肋合龍，拱肋合龍完成后，同時(shí)進(jìn)行南、北合龍口系桿合龍。大橋中跨合龍布置見(jiàn)圖1。

圖1 大橋主跨合龍

南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主跨鋼梁合龍具有如下特點(diǎn):

1)鋼梁伸臂長(zhǎng)，合龍端撓度、轉(zhuǎn)角大，合龍對(duì)位困難。

2)跨中合龍前輔以吊索塔架進(jìn)行鋼梁懸臂安裝，拱肋合龍后，吊索塔架不能拆除，吊索塔架參與主梁受力，構(gòu)成“斜拉橋”的體系，受力體系比較復(fù)雜。

3)拱肋合龍后欲合龍系桿，還需通過(guò)調(diào)整索力、頂張力、溫差、加減載等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，體系轉(zhuǎn)換過(guò)程比較復(fù)雜。

4)合龍點(diǎn)多。主跨合龍有6根弦桿、3根斜桿、3根系桿，共12根合龍桿件，不可能同時(shí)合龍，須分步進(jìn)行。

5)合龍點(diǎn)空間坐標(biāo)的變化因素多。順橋向鋼梁長(zhǎng)度的偏差，受溫度、鋼梁制造與安裝的偏差及索力、鋼梁實(shí)際剛度系數(shù)、梁上荷載等的影響。垂直方向的偏差，受溫度、安裝荷載、索力偏差及鋼梁實(shí)際剛度系數(shù)的影響。鋼梁中線上下游的偏差，受日照、索力與鋼梁安裝順序、梁上臨時(shí)荷載的分布、起吊荷載的影響，調(diào)整時(shí)縱向、豎向相互影響，合龍較難掌控。

6)合龍精度要求高。合龍節(jié)點(diǎn)栓孔由工廠按設(shè)計(jì)圖一次成孔，工地用沖釘打入，施工過(guò)程中不準(zhǔn)擴(kuò)孔。這樣復(fù)雜的大型鋼梁在空中實(shí)行多點(diǎn)合龍，施工難度大。

以鐵科院(北京)工程咨詢有限公司為主體單位，中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司和德國(guó)PEC+S集團(tuán)公司為成員單位組成的咨詢監(jiān)理聯(lián)合體，積極參與大橋主跨鋼梁合龍方案的審查，對(duì)主跨鋼梁合龍過(guò)程實(shí)施有效監(jiān)控。

2 合龍口位移調(diào)整的監(jiān)控計(jì)算

鋼梁施工設(shè)計(jì)圖只提供某一特定狀態(tài)下各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并不能反映鋼梁架設(shè)過(guò)程及合龍時(shí)實(shí)際受力和承載狀態(tài)。大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋監(jiān)控單位對(duì)整個(gè)架梁過(guò)程實(shí)施監(jiān)測(cè)、監(jiān)控。監(jiān)測(cè)側(cè)重于監(jiān)控方案的實(shí)施，鋼梁變形、應(yīng)力和溫度場(chǎng)的實(shí)測(cè)，監(jiān)控主要是制定方案，分析監(jiān)測(cè)成果，提出鋼梁調(diào)整的建議。咨詢監(jiān)理項(xiàng)目部對(duì)大橋合龍過(guò)程進(jìn)行了索力、溫度等因素對(duì)合龍口位移影響的敏感性分析(圖2)，驗(yàn)證了大橋合龍調(diào)控方案的可行性，并對(duì)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控方案和監(jiān)控報(bào)告進(jìn)行審核，對(duì)監(jiān)控過(guò)程進(jìn)行全面的監(jiān)督檢查。

圖2 6#墩、7#墩合龍前敏感性分析計(jì)算模型(鐵科院)

在施工設(shè)計(jì)圖提供某一特定狀態(tài)下各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)前提下，監(jiān)測(cè)、監(jiān)控小組考慮鋼梁預(yù)拱度設(shè)置、鋼梁自重荷載和施工荷載及各層索索力、鋼梁合龍前實(shí)際承載模式，得出南主拱合龍面各節(jié)點(diǎn)合龍時(shí)的高程及縱坐標(biāo)值，見(jiàn)表1。拱肋合龍時(shí)，先合龍下弦中桁桿件，因此合龍口位移調(diào)整以將中桁下弦實(shí)際高程調(diào)整到與監(jiān)控計(jì)算高程一致為準(zhǔn)，此時(shí)其它合龍桿件高程與監(jiān)控計(jì)算高程有近10 mm的差別。南主跨拱肋中桁合龍口需調(diào)整至監(jiān)控計(jì)算位置。

南主拱肋合龍完成后，8#墩縱向約束已解除，7#墩平索索力已進(jìn)行調(diào)整，鋼梁承載狀態(tài)發(fā)生變化，應(yīng)根據(jù)鋼梁實(shí)際狀態(tài)計(jì)算6#～7#墩合龍口各節(jié)點(diǎn)高程及縱坐標(biāo)值。監(jiān)控計(jì)算表明:6#～7#墩合龍口拱肋各節(jié)點(diǎn)高程及縱坐標(biāo)值對(duì)比7#～8#墩合龍口合龍時(shí)節(jié)點(diǎn)高程及縱坐標(biāo)值變化較小。同樣，南、北主拱拱肋合龍完成后，應(yīng)計(jì)算橋面系桿合龍時(shí)各節(jié)點(diǎn)高程及縱坐標(biāo)值。

表1 南主跨拱肋合龍監(jiān)控計(jì)算坐標(biāo)

3 合龍口位移調(diào)整方法

1)7#墩鋼梁的調(diào)整:用大型浮吊安裝2個(gè)節(jié)間后，解除分離口的鎖定，調(diào)整2個(gè)節(jié)間的中線和高程，對(duì)分離口重新鎖定，以后直至全橋合龍，除張拉平索調(diào)整外，不再通過(guò)頂推對(duì)7#墩鋼梁進(jìn)行調(diào)整。

2)192 m跨合龍后，解除6#和8#墩墩旁托架，解除5#和9#墩的鎖定，用9#和8#(或5#和6#)墩的縱向千斤頂使鋼梁向 7#墩預(yù)偏 150 mm，用 8#、9#和 10#(或 4#、5#和6#)墩的橫向千斤頂調(diào)整鋼梁中線。

3)高程和轉(zhuǎn)角調(diào)整:主要調(diào)整方法是通過(guò)張拉和調(diào)整8#墩、6#墩三層吊索及7#墩三層平索的索力，使合龍口兩側(cè)高程和轉(zhuǎn)角達(dá)到合龍條件。

按規(guī)范要求，索力安全系數(shù)為2.5，即吊索在使用過(guò)程中的強(qiáng)度不得超過(guò)0.4倍的極限強(qiáng)度(Rb)，在整個(gè)架梁過(guò)程中，實(shí)測(cè)節(jié)點(diǎn)高程均小于監(jiān)控計(jì)算高程，其值一般在30～40 mm之間，為此必須調(diào)大索力，但不得將一層索的索力調(diào)得過(guò)大，應(yīng)對(duì)各層索的索力綜合調(diào)整。

高程和轉(zhuǎn)角微調(diào)手段:加減載，即采用在不同位置增加或減少施工荷載的方法，微調(diào)懸臂端的高程和轉(zhuǎn)角。

4)縱向里程調(diào)整:7#墩固定不動(dòng)，縱向里程調(diào)整的主要手段是在6#、8#墩頂布置鋼梁縱移千斤頂，聚四氟乙烯滑板涂黃油后摩擦系數(shù) ＜2%，6#、8#墩支反力 ＜200 000 kN，縱移力＜4 000 kN，縱移較容易實(shí)現(xiàn)。

主跨合龍時(shí)，在拱肋上、下弦、系桿等9根桿件上均采用長(zhǎng)圓孔加圓孔合龍鉸的構(gòu)造措施，長(zhǎng)圓孔直徑80 mm、長(zhǎng)度100 mm，鉸軸直徑 79 mm;圓孔直徑 100 mm，鉸軸直徑99 mm。長(zhǎng)圓孔和圓孔設(shè)在37節(jié)點(diǎn)側(cè)，37節(jié)點(diǎn)合龍桿件連接處有70 mm的間隙，桁拱下弦合龍打入長(zhǎng)圓孔鋼銷后，鋼梁在縱向有-70～100 mm的可調(diào)范圍，應(yīng)通過(guò)縱移將合龍口尺寸調(diào)整至與合龍準(zhǔn)確位置偏差30 mm以內(nèi)。

縱向里程調(diào)整也是以中桁下弦為準(zhǔn)，從理想狀態(tài)圖可以看出，當(dāng)中桁下弦調(diào)整到理想狀態(tài)時(shí)，上弦與理想尺寸比約短8 mm，故合龍口呈正“八”字形態(tài)。

鋼梁頂推縱移是里程調(diào)整的主要手段，里程調(diào)整的其它手段有:在上下弦桿、系桿設(shè)頂拉設(shè)施，頂拉力設(shè)計(jì)為6 000 kN，利用栓和孔的間隙進(jìn)行調(diào)整;還可利用溫度變化進(jìn)行調(diào)整，7#墩和8#墩弦桿固結(jié)后，336 m梁跨升溫10℃，系桿合龍口尺寸縮短約40 mm。

5)中線調(diào)整:在合龍口兩側(cè)用導(dǎo)鏈對(duì)拉或在合適的溫度下合龍可達(dá)到中線調(diào)整的目的，大勝關(guān)橋中線控制較好，偏差在15 mm以內(nèi)。

4 拱肋合龍

拱肋合龍步驟如下:

1)兩側(cè)鋼梁采用對(duì)拉，再度精調(diào)中線;

2)打入下弦長(zhǎng)圓孔鋼銷，此時(shí)懸臂端間隔距離與監(jiān)控計(jì)算間距的偏差為(-70，+100)mm;

3)對(duì)鋼梁進(jìn)行縱移調(diào)整，當(dāng)合龍口尺寸與監(jiān)控計(jì)算尺寸偏差在30 mm左右甚至更小時(shí)，不需再進(jìn)行縱移，等待溫度變化即可，當(dāng)偏差在0.5 mm以內(nèi)時(shí)，打入下弦圓孔鋼銷。

拱肋下弦合龍完成，立即將8#(6#)墩臨時(shí)固定支座釋放為活動(dòng)支座，完成體系轉(zhuǎn)換，防止產(chǎn)生過(guò)大的溫度力;

4)利用上弦頂拉設(shè)施調(diào)整上口間隙至偏差在0.5 mm以內(nèi)時(shí)，打入上弦圓孔鋼銷;

5)依次在下弦、上弦及斜桿的合龍點(diǎn)上打入50%沖釘、上足30%高栓，然后按照正常的順序進(jìn)行沖釘?shù)奶鎿Q、高栓初擰和終擰，同時(shí)退出鋼銷。

南側(cè)主跨拱肋合龍過(guò)程:2009年7月6日開(kāi)始安裝7#，8#墩拱下弦合龍桿件，并根據(jù)監(jiān)控計(jì)算反復(fù)調(diào)整7#，8#墩的索力。7月10日下午 16∶00，拱下弦插入長(zhǎng)圓孔φ79鋼銷，8#墩第二層索補(bǔ)張拉3 000 kN/桁，7#墩第三層索補(bǔ)張拉2 500 kN/桁后，安裝所有合龍桿件。7月11日晚上20∶30，溫度約為34℃，中桁合龍口拱下弦間距為11.980 m，23∶45，溫度約29.5℃，插入下弦中桁桿件 φ99圓孔銷并打入沖釘，隨后，插入上、下游拱下弦圓孔銷。7月12日0∶30，解除8#墩約束。拱肋下弦合龍未使用頂拉設(shè)施。

2009年7月12日上午，完成斜桿合龍。

2009年7月12日下午開(kāi)始吊裝頂拉設(shè)備，到14日凌晨2∶00許完成頂拉設(shè)備的安裝工作。拱上弦的合龍從14日凌晨3∶00開(kāi)始起頂，起頂前拱上弦間隙分別為105 mm，95 mm，95 mm(設(shè)計(jì)間隙為120 mm)，上游桿件頂?shù)?6 MPa(2 660 kN)時(shí)插入圓孔銷，中桁桿件頂?shù)?0 MPa(3 300 kN)，下游桿件頂?shù)?7 MPa(2 800 kN)，分別插入圓孔銷，打入沖釘，合龍工作于7月14日凌晨4∶00結(jié)束。14日白天對(duì)各節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充沖釘并上高栓。

北主拱6#墩于2009年7月26日張拉完第三層索，開(kāi)始安裝下弦合龍桿件、斜桿和上弦，由于連續(xù)陰雨天，至31日才完成安裝3根下弦桿件、3根斜桿和1根中桁上弦桿件。當(dāng)安裝7根桿件后，合龍口兩側(cè)高程滿足合龍條件，下弦3根桿件在相同溫度下里程差如下:上游側(cè)13 mm、中桁18 mm、下游側(cè)14 mm。至31日上午11∶00，溫度為28.5℃，順利插入圓孔銷并打入沖釘(先中桁、再下游、后上游)，并迅速解除6#墩縱向約束，合龍過(guò)程很順利，未使用頂拉設(shè)施。

2009年8月2日下午，完成北拱肋斜桿合龍。

8月3日0∶00～0∶08，北合龍口上弦頂拉設(shè)施安裝完成，開(kāi)始合龍上弦，這時(shí)梁體溫度24.8℃，大氣溫度23.5℃。先合龍下游側(cè)，中桁與上游側(cè)基本同時(shí)合龍，合龍時(shí)三桁節(jié)間距＜12 m，用千斤頂撐開(kāi)，每桁安裝4臺(tái)200 t千斤頂，合龍時(shí)里程差及頂力見(jiàn)表2。

表2 北拱肋上弦合龍時(shí)里程差及施加頂力值

表3 拉索初張值及拱肋合龍后實(shí)測(cè)索力值

在拱肋合龍過(guò)程中，監(jiān)控小組對(duì)索力和變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，表3為拱肋完成合龍后實(shí)測(cè)各層索索力，均滿足規(guī)范要求。

5 系桿合龍

拱肋合龍完成后，對(duì)兩個(gè)合龍口系桿里程差進(jìn)行測(cè)量，差值見(jiàn)表4。據(jù)此須釋放索力，張開(kāi)橋面合龍口，經(jīng)監(jiān)控小組計(jì)算，需釋放的索力值及索號(hào)見(jiàn)表5，每一步均要求同步釋放。

表4 拱肋合龍后合龍口系桿里程差 mm

表5 調(diào)整系桿里程時(shí)索力釋放值

在索力釋放過(guò)程中，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，重點(diǎn)是監(jiān)測(cè)合龍口距離，看是否能安裝合龍口桿件。安裝完合龍桿件后，可釋放索力進(jìn)行微調(diào)或通過(guò)頂拉完成合龍。8月20日南側(cè)合龍口安裝完3根合龍桿件，經(jīng)過(guò)8#墩釋放索力微調(diào)，中桁先合龍，未頂拉。此時(shí)上游側(cè)合龍口短18 mm，下游側(cè)合龍口短15 mm，安裝頂拉設(shè)施，上游側(cè)施加4 900 kN、下游側(cè)施加3 500 kN力后，于21日早晨完成合龍。施加頂力上、下游同時(shí)進(jìn)行。

8月22日，經(jīng)過(guò)6#墩釋放索力微調(diào)，北側(cè)合龍口中桁先合龍，未頂拉。中桁合龍后實(shí)測(cè)上游側(cè)合龍口短25 mm，下游側(cè)合龍口短10 mm。23日，通過(guò)施加頂力安裝下游側(cè)合龍桿件并打入長(zhǎng)圓孔鋼銷;24日上午，通過(guò)施加頂力安裝上游側(cè)合龍桿件并打入長(zhǎng)圓孔鋼銷，下午3∶38，同時(shí)施加頂力完成兩個(gè)邊桁合龍，上游側(cè)施加頂力值為5 000 kN，下游側(cè)施加頂力值為3 000 kN。

6 結(jié)語(yǔ)

南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主跨鋼梁合龍未采用傳統(tǒng)的支點(diǎn)頂升方法，而是以調(diào)整索力和整體縱移為主，輔以合龍口頂拉、溫差微調(diào)、加減載、設(shè)長(zhǎng)圓孔與圓孔等進(jìn)行合龍。合龍期間，施工單位制訂方案，精心施工;建設(shè)、咨詢監(jiān)理、設(shè)計(jì)、監(jiān)控單位積極履責(zé)，審查方案，對(duì)合龍過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。合龍的控制要點(diǎn)有:

1)使用長(zhǎng)圓孔加圓孔輔助合龍作用明顯，使用長(zhǎng)圓孔加圓孔輔助合龍，先將合龍口高程調(diào)整至理想位置，穿長(zhǎng)圓孔銷，再分別調(diào)里程和中線至理想位置，達(dá)到合龍目的。這實(shí)際上是將空間位置調(diào)整簡(jiǎn)化為分階段的平面位置調(diào)整。

2)拱肋是桁架結(jié)構(gòu)，剛度對(duì)比橋面較小，變形調(diào)整相對(duì)容易。三桁結(jié)構(gòu)中桁受力大，受橋面板焊接變形影響，架梁過(guò)程及合龍時(shí)中桁系桿一直較邊桁短，制造時(shí)中桁系桿應(yīng)取正公差。合龍時(shí)一定先從中桁開(kāi)始，邊桁系桿靠頂力完成合龍，因?yàn)橄嗤灰浦需煨枰捻斃Υ?，兩邊桁同時(shí)施頂容易得多。

3)鋼梁整體縱移以滿足下弦合龍為主，應(yīng)考慮在溫度變化不急速的夜間合龍，大勝關(guān)拱肋下弦考慮的合龍溫度為29℃，縱移時(shí)根據(jù)移梁溫度、合龍溫度確定縱移量。拱下弦對(duì)溫度敏感，微調(diào)手段以利用溫度為主，盡量不用頂拉設(shè)施;上弦合龍時(shí)，溫度敏感性差，須使用頂拉設(shè)施。

4)拱肋下弦合龍后，實(shí)測(cè)合龍口兩側(cè)節(jié)點(diǎn)高程比監(jiān)測(cè)、監(jiān)控計(jì)算值低，因此，上弦合龍時(shí)需施加頂力將合龍口撐開(kāi)。拱肋合龍完成后，需釋放索力，張開(kāi)橋面合龍口，完成系桿合龍。

5)系桿合龍時(shí)，拱肋已合龍，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，溫度升降的利用效果不明顯，系桿合龍以調(diào)整里程、能安裝合龍桿件為主。桿件安裝完后使用釋放索力、頂拉等手段達(dá)到合龍目的。

［1］中鐵大橋局南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目經(jīng)理部.新建南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋鋼梁架設(shè)規(guī)則［R］.南京:中鐵大橋局，2007.

［2］胡輝躍，張成東.南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主橋鋼梁架設(shè)監(jiān)控報(bào)告［R］.南京:中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，2009.

［3］新建南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋工程咨詢監(jiān)理項(xiàng)目部.南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋咨詢監(jiān)理工作總結(jié)［R］.南京:新建南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋工程咨詢監(jiān)理項(xiàng)目部，2009.

［4］譚康榮.武廣鐵路客運(yùn)專線東平水道橋三主桁鋼桁拱架設(shè)的技術(shù)創(chuàng)新［J］.鐵道建筑，2010(1):71-74.

［5］張春新，劉代興.鋼桁拱橋精確合龍施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2010(1):82-83.