異形拱塔斜拉橋塔梁異步協同拼裝施工關鍵技術

彭波 吳校全

[摘? 要]：南京花山大橋主橋為（100+50+100） m異形拱塔雙索面斜拉橋，拱塔沿橋縱向布置，由左、右兩榀橫向內傾靠合而成，縱立面呈向一側傾斜的心形，整體結構似湖上楊帆啟航的郵輪。針對縱向布置異形拱塔斜拉橋的結構特點，研究“先梁后塔、塔索同步”的塔梁異步協同拼裝施工技術，充分利用塔索梁自平衡，輔以適量主梁支架及超高拱塔支架，降低施工安全風險，提高施工安裝精度和效率、節約施工成本。南京花山大橋主橋的順利施工，驗證了相關施工技術的可行性。

[關鍵詞]：斜拉橋; 拱塔; 塔梁拼裝; 鋼結構安裝; 橋梁施工

U448.27;U445.4A

1 工程概況

南京花山大橋位于南京市高淳區南部，跨越固城湖，連接湖區兩側的磚墻鎮和固城鎮，是高淳區環湖線的重要節點。技術標準為一級公路兼城市主干路功能，橋面寬34.3 m，機動車道為雙向4車道，兩側設置非機動車道及人行道。該橋主橋為（100+50+100） m的縱置拱塔雙索面斜拉橋（圖1）[1-2]，橋塔為縱向向橋梁一端傾斜的心形拱塔，整體結構似湖上楊帆啟航的郵輪。

橋塔采用鋼結構，自承臺臺座以上塔高82.31 m，由左、右兩榀橫向內傾靠合而成，每榀橋塔由上拱塔和下拱圈組成，在塔頂設置1道橫梁（拱塔上橫梁）連接，在主梁下方設置3道橫梁（2道拱塔下橫梁、1道下拱圈橫梁）連接，塔內主梁由拱塔下橫梁和下拱圈橫梁支撐，塔外主梁由斜拉索支撐。上拱塔和下拱圈均為八邊形截面鋼箱結構，拱軸線為空間樣條曲線。下部結構為鋼筋混凝土結構，在橋塔根部設置鋼—混結合段與上拱塔和下拱圈連接。

主梁采用分離式雙箱PK斷面鋼箱梁，寬34.3 m，高2.8 m。單個鋼箱縱梁頂板寬9.9 m，底板寬7.4 m。兩縱梁之間采用橫梁連接，橫梁為倒T形斷面，標準間距3 m。鋼箱梁橋面板采用正交異性鋼橋面板。

斜拉索采用平行鋼絲索，按空間雙索面布置，分為塔外斜拉索、塔內斜拉索。每榀拱塔共設24根斜拉索，兩側各布置8根塔外斜拉索，中間布置8根塔內斜拉索。塔外斜拉索連接上拱塔和主梁，采用單端張拉，張拉端設于主梁上，固定端采用錨箱與上拱塔相連。塔內斜拉索兩端連接上拱塔，采用索內張拉，各根索空間上相互錯開，為避免索體碰撞，在相鄰索之間布置拉索連接器。

2 總體施工方案

對于常規斜拉橋，塔梁同步懸臂拼裝是經常采用的施工方法[3]。但是，對于異形拱塔斜拉橋，由于結構不對稱，塔梁同步懸臂拼裝的施工方法受到制約。根據縱置傾斜心形拱塔斜拉橋的拱塔與主梁走向一致的特點，采用“先梁后塔、塔索同步”的施工工序，充分利用結構自相平衡，盡量減少臨時支架及其它輔助措施，進行塔梁異步協同拼裝施工。在臨時支架上逐節拼裝主梁，通過有限元軟件進行施工全過程模擬并結合施工監測數據準確計算主梁安裝線形，利用專項設計的吊具及滑輪組進行精確調整。采用斜拉倒扣法輔以臨時支架拼裝拱塔，利用主梁、拱塔及斜拉索自相平衡進行塔索同步施工，以臨時支架輔助維持拱塔施工過程的穩定，通過施工全過程模擬并結合施工監測數據準確計算拱塔安裝線形及斜拉索張拉索力，并利用專門設計的懸吊調節體系對拱塔節段空間坐標進行精確調整。拱塔合龍后，在無支架約束狀態下，進行拱塔內側及其它部位斜拉索安裝，隨后對全橋索力及結構線形進行統一調整，使結構內力和線形達到設計目標狀態。

縱置傾斜心形拱塔斜拉橋塔梁異步協同拼裝施工流程如圖2所示。

3 塔梁異步協同拼裝施工關鍵技術

3.1 鋼混結合段精確定位

鋼-混結合段是拱塔鋼結構拼裝的起步段，其安裝精度直接影響拱塔整體線形控制。鋼-混結合段在工廠制造、試拼后，利用三維模型進行模擬定位，并以主橋線路中心線建立相對坐標系，采用全站儀進行精確放樣，確定拱塔定位胎架平面位置?，F場采用浮吊進行鋼-混結合段吊裝作業，利用懸吊調節體系調整鋼混結合段空間姿態，并設置限位板、千斤頂對其空間位置進行精確調整，最后進行混凝土及預應力工程施工。

3.2 鋼箱主梁拼裝施工

鋼箱梁采用支架法原位拼裝，現場吊裝利用浮吊船實施。在鋼箱主梁接縫位置處設置臨時支架，以鋼管樁作為基礎，頂部設置橫向分配梁，分配梁上部設有限位板及調節墊塊，配合千斤頂用于調節鋼箱梁三維平面位置。臨時支架支撐點鋼箱梁橫隔板位置處，單榀鋼箱梁共設置4個吊點。作業時，先進行拱塔區域內鋼箱梁拼裝，為后續拱塔支架搭設提供作業平臺。

3.3 超高支架模塊化組拼

在拱塔區域內既有鋼箱梁上設置超高臨時支架，為拱塔拼裝提供豎向支撐，同時為拱塔節段安裝時的線形精調提供著力點及作業平臺。臨時支架坐落于鋼箱梁縱橫隔板節點位置處，鋼管底部設承壓板，頂部設置有用于拱塔線形調整的三維調節塊。

拱塔超高支架采用模塊化組拼，由鋼管支撐及槽鋼平聯組成模塊化格構件，常規格構件為12 m一個節段，并根據拱塔線形設置不同高度的調節段。格構柱豎向之間鋼管柱采用法蘭連接，以改善豎向對位引起的錯邊現象。模塊化構件橫向連接處設置“相貫線”，以便于更高效的利用格構件的抗彎性能。

模塊化支架組件在后場加工完成后，運輸至現場采用浮吊船進行整體吊裝，在格構件安裝過程中應及時校整，垂直度偏差不應大于支墩高度的1/500，且柱頂偏移值不得大于50 mm。下層格構柱安裝完成后，應及時連接格構柱之間平聯連接，方可進行上層格構柱安裝。

3.4 塔梁異步協同拼裝施工

拱塔及兩側主梁拼裝采用“先梁后塔、塔索同步”的塔梁異步協同施工工藝，施工過程中塔索梁自相平衡輔以臨時支架形成穩定結構，具體操作要點：

（1）拱塔區域外鋼箱梁拼裝工藝與上述相同，其鋼箱梁拼裝進度應提前拱塔對應索區不少于2個節段，以利用主梁平衡拱塔的傾覆力。

（2）單個拱塔節段吊裝4個吊點，左右對稱布置，吊耳材質選用Q345c。吊耳設置在拱塔節段節點板位置處，并在連接板位置處增設加勁板，以滿足整體受力需求。

（3）拱塔鋼節段采用船舶運輸至橋址處，利用浮吊進行吊裝作業。為解決拱塔節段在拼裝高精度匹配難題，從吊裝體系方面，在雙主鉤基礎上設置雙滑輪、四吊點組成的吊裝體系，可實現三維空間就位姿態調整;在工裝運用方面，通過限位滑板、螺旋合攏器、匹配件、螺旋千斤頂等工裝實現拱塔節段高精度匹配;在工藝標準方面，采取“一調、二滑、三鎖、四平、五合”標準工藝實現鋼拱塔節段快速定位、匹配。

（4）拱塔節段焊接依照對稱同步原則，具體順序為：對正后進行點固焊→底板對接焊縫→面板對接焊縫→腹板對接焊縫→橫向對接焊縫焊接、無損檢測合格后焊接肋板嵌補段，以防止焊接過程中產生變形，對拱塔拼裝精度造成影響。

（5）根據施工過程模擬計算，結合已施工節段安裝誤差及線形監測數據，對拱塔的空間線形進行動態預測和誤差控制。

3.5 拱塔合龍段安裝施工

拱塔逐段安裝至合龍口時，對全橋拱塔及主梁線形進行復測，核對無誤后對合龍口進行臨時鎖定，并對合龍口的空間幾何形態進行精確測量。根據測量結果，對拱塔合龍段進行配切，配切后的尺寸誤差應滿足安裝精度要求。為盡量減小溫度的影響，合龍段測量、臨時鎖定等工作須在凌晨氣溫相對穩定時段進行。

3.6 索力及結構線形調整

拱塔合龍后，在無支架約束狀態下進行拱塔內部M系列索安裝、隨后進行R系列索安裝，并通過對無應力索長控制進行斜拉索的初張力。根據無應力狀態法，以無應力索長控制安裝的斜拉索，理論上成橋后斜拉橋的索力應為設計索力?？紤]安裝施工存在誤差，斜拉索索力及拱塔、主梁線形與設計目標值可能存在偏差，在橋面二期恒載施工前應對索力及結構線形進行統一調整，確保成橋線形及索力滿足設計要求。

4 結束語

南京花山大橋主橋這一傾斜心形拱塔斜拉橋的順利施工，證明了對于此類異形拱塔斜拉橋采用塔梁異步協同拼裝施工是科學合理的?！跋攘汉笏?、塔索同步”的塔梁異步協同拼裝施工技術，充分利用塔索梁的自平衡能力，輔以適量主梁支架及超高拱塔支架，降低了施工安全風險，提高了施工安裝精度和效率，節約了施工成本。

參考文獻

[1] 劉厚軍，鄭國富，陸勤豐. 南京花山大橋主橋設計[J]. 橋梁建設，2020，50（S2）：82-87.

[2] 中鐵大橋勘測設計院集團有限公司. 高淳區環湖線花山大橋及兩側接線工程施工圖設計[R]. 武漢，2019.

[3] 常大寶. 獨柱型鋼塔分離式鋼箱梁斜拉橋塔梁施工關鍵技術[J]. 橋梁建設，2020，50（S2）：121-126.