鐵路混合梁斜拉橋配切合龍技術研究與實踐

趙春斌 （中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

1 引言

混合梁斜拉橋集鋼梁和混凝土梁優點于一體，滿足了大跨度、建設條件及經濟性的要求，在千米級乃至更大跨度斜拉橋方案中具有獨特的競爭優勢。中跨合龍為大跨度斜拉橋建設過程的關鍵環節。

寧波鐵路樞紐甬江特大橋作為國內首座大跨度鐵路鋼箱混合梁斜拉橋，其主梁合龍方案采用了配切合龍，實踐過程對大跨度鋼箱混合梁斜拉橋主梁的合龍方案和關鍵技術進行了研究。

2 工程概況

寧波鐵路樞紐甬江特大橋的孔跨布置為（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m，主跨 468m 混合梁跨越甬江，邊跨采用預應力混凝土箱梁作為錨固跨。鋼箱梁與混凝土梁銜接處設置鋼混結合段，位于主跨側距索塔中心24.5m處。鋼箱梁采用帶風嘴的單箱五室截面，橫橋向全寬20.932m，中心高度5.017m。全橋布置圖如圖1。

根據受力和剛度過渡要求，鋼箱梁在不同區段采用了不同的板厚，共分6個區，7個梁段類型（鋼混結合段除外）。鋼箱梁標準節段長9m，最重181.2t，中跨合龍段長4.9m，重82.3t，全橋共計45個節段，鋼箱梁三維圖如圖2所示。

圖1 甬江特大橋主橋全橋立面布置圖（單位：m）

圖2 鋼箱梁構造三維圖

3 合龍方案

中跨為鋼梁的斜拉橋主梁合龍通常有“配切合龍”與“加載合龍”兩種方式。

“配切合龍”即根據合龍口實際測量長度，現場配切合龍段。該方案可在不解除塔梁臨時約束條件下實現中跨合龍，但合龍段配切改變構件無應力狀態，對成橋線型及內力存在一定影響，因此在實踐中，往往采取在合龍段鋼梁就位匹配后，結構焊接前對塔梁臨時約束予以解除，在無應力條件下實現合龍。

“加載合龍”即合龍段按設計理論長度制造，合龍時根據實際溫度，通過施加外力頂推或牽拉來調整合龍口寬度。方案不改變合龍段尺寸，主梁頂推施工需釋放塔梁臨時約束，隨著跨徑增大，頂推力及限位力相應增大，結構頂推變位后不易恢復。

本橋因邊跨混凝土箱梁自重過大，頂推過程中會改變斜拉索傾斜角度，不確定因素多，頂推完成后難以恢復，故“頂推合龍”施工方法不適用于本橋。結合“配切合龍”施工方法的不利條件，為消除溫度對合龍施工的影響，采用“半剛性配切合龍”的施工方法。即合龍前先將墩梁固結塊體部分解除，合龍口臨時鎖定后，在低溫穩定階段，快速完全解除墩梁固結，防止溫度產生梁體次內力。

3.1 合龍工藝流程

圖3 配切合龍施工工藝流程圖

3.2 合龍方案綜述

標準節段鋼箱梁拼裝完成后，單側橋面吊機回退2個節段，并在懸臂端施工水箱壓重，同時調整兩岸后三對斜拉索索力，使合龍口兩側線型、高程一致。合龍前兩天持續監測合龍口長度，并換算至合龍溫度，確定最終配切長度。另一側橋面吊機提吊配切后的合龍段嵌入合龍口，采用型鋼勁性骨架快速鎖定合龍段寬度。同時解除主梁在索塔處的臨時固結，合龍段匹配焊接，完成全橋合龍。

4 溫度影響分析

甬江特大橋在8月份合龍，屬于高溫期合龍。通過合龍前2d的溫度監測可知，白天最高溫度梁面59.1～63℃，箱梁內 37.6～39℃。夜間穩定時段（23：00至 5：00）溫度：梁面 26.6～27.3℃，箱內 26.5-28.4℃。鋼梁晝夜最大溫差出現在鋼梁上表面頂板，達到35℃左右。

4.1 合龍前溫度對鋼梁高程影響

以合龍前（一側吊機已吊起合龍段，另一側吊機已后移并配重完畢）線型為高程零點，結構整體升溫均與設計基準溫度（16.6℃）比較。根據實測溫度并經計算可知：結構整體升溫35℃對結構高程影響在-3.7mm～12.1mm之間，影響較小且基本呈線性；而頂底板溫差達到35℃時，對合龍前鋼梁高程影響在-153mm～11.9mm之間，影響較大，如圖4。

圖4 整體升溫及溫差對高程影響

4.2 合龍前溫度對鋼梁長度影響

影響長度均在鋼梁懸臂狀態，結構整體升溫均與設計基準溫度（16.6℃）比較。結構整體升溫35℃對鋼梁長度影響在0～96.3mm之間，見圖5。

圖5 整體升溫對鋼梁長度影響

4.3 合龍后溫度對結構線型影響

合龍后狀態指：合龍段焊接完成，配重卸載后，吊機仍在橋面。以合龍后線型為高程零點，結構整體升溫均與設計基準溫度（16.6℃）比較。經計算，結構整體升溫及頂底板溫差對結構高程影響見圖6。

由圖可知，合龍后結構整體升溫及頂底板溫差對鋼梁高程影響趨勢基本一致，高程影響范圍在-30mm～53mm之間。

4.4 合龍后溫度對結構內力影響

圖6 合龍后溫度對高程影響

合龍后溫度對結構內力的影響主要對橋塔臨時結的影響。經計算，橋塔處臨時固結的剪力見圖7。由圖可知：合龍后結構整體升溫對臨時固結影響較大，最大溫度剪切力達到112852kN，因此，合龍段匹配完成后，必須在日出前解除橋塔臨時固結。

圖7 合龍后溫度對橋塔臨時固結的影響

5 關鍵技術

5.1 塔梁固結設置及解除

本橋塔梁固結支墩設置與索塔下橫梁頂，混凝土主梁與索塔下橫梁固結，支墩采用C30混凝土，內部設置66根Φ32鋼筋，三根一束，L形布置。墩梁固結塊體布置見圖8所示。

圖8 索塔墩梁固結布置圖

合龍段施工前部分解除墩梁固結。墩梁固結解除原則：保證合龍口鎖定后，墩梁固結能夠快速解除，同時防止合龍段施工前梁體發生縱向位移。即提前鑿除支墩底部10cm混凝土，暫時保留鋼筋。合龍口鎖定后，快速切割墩梁固結鋼筋，實現主梁與固結體分離。

5.2 合龍口線型調整及測量控制

架設合龍段之前，拼裝側提前將預留配切長度的合龍段運送至拼裝位橋面吊機下方，將實施荷載提前到位；將另一側橋面吊機后退至20#節段，在22#節段鋼梁上設置配重水箱，并注水配重，配重水的重量通過計算確定，保持與拼裝側的鋼梁標高線型一致為準。

圖9 水箱配重

對鋼箱梁懸臂端頭的梁面標高進行復測，選擇溫度較為穩定的時間段進行測量控制，一般選擇在凌晨時間段。同時調整兩側后三對斜拉索，保持跨中合龍口呈“倒梯形”，以保證合龍段順利喂梁。斜拉索調索選擇在溫度較低時間段即22點之后施工。

利用夜間溫度恒定階段，多頻次測量合龍口幾何尺寸、拼裝姿態，根據實測數據換算拼裝溫度下合龍口長度及姿態，針對性配切合龍段。

5.3 合龍口臨時鎖定裝置

合龍段吊裝至設計位置，待達到合龍溫度后，將合龍口臨時鎖定。合龍段截面共設置7組臨時勁性骨架，頂板4組，頂板3組。頂板臨時鎖定裝置分別布置在邊縱腹板及中縱腹板對應位置，底板臨時鎖定裝置分別布置在中箱及風嘴單元內部。臨時鎖定裝置見圖10所示。

圖10 合龍段臨時鎖定裝置布置圖

6 成橋線型

調索完成后對鋼梁線型進行了通測，以頂面軸線為控制位置，由測量數據可得：線型誤差在-0.029m～0.04m之間，各鋼梁塊段標高誤差滿足設計要求。詳見圖11。

設計允許高程誤差為△g=±[25+0.5×（x-25）]，其中△g—主梁線型允許誤差，單位mm；x—距最近的索塔處支點距離，單位m。

圖11 鋼梁合龍后線型

7 結語

中跨合龍作為斜拉橋施工控制中極其重要的控制工序，其工序的質量和安全直接影響到成橋狀態。甬江特大橋合龍段長4.9m，重82.3t，施工環境復雜。通過對合龍溫度、合龍鎖定措施、合龍前的鋼梁姿態調整配切、體系轉換等關鍵技術進行深入研究，在全橋無應力狀態下順利完成合龍，鋼梁線型平順，且滿足設計要求，控制成果令人滿意。