南京大胜关长江大桥主跨钢梁合龙调整的过程控制

戴福忠，刘学文，潘家英，胡所亭

(1.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081;2.京沪高速铁路股份有限公司，北京 100038)

1 主跨钢梁合龙方案概述

主桥采用大跨度连续钢桁梁及钢桁拱桥，桥跨布置为:2联2×85 m钢桁连续梁+109.5+192+336+336+192+109.5(m)6跨连续钢桁拱。桥梁结构横向由三片主桁架组成，每两片主桁间的中心距均为15.0 m;上游侧是两线沪汉蓉铁路，下游侧是两线京沪高速铁路。两边桁的外侧各外挑5.8 m的悬臂托架，作为地铁行车道;结构总宽41.6 m。

主桥上部结构的架设，采用从两侧往跨中双向架设、跨中合龙的方案。两侧192 m边跨及两孔336 m主跨各设一个合龙口。先合龙两侧192 m边跨，后合龙两个336 m主跨。南北岸侧边跨钢桁采用临时支墩单伸臂拼装，钢桁拱采用下部用墩旁托架固定，上部在6#，8#墩上各设吊索塔架及斜吊索，7#墩上设三层水平拉索辅助安装。6#，7#，8#主墩墩顶2个节间在墩旁托架上架设，其余节间钢梁均为双悬臂架设。

边跨合龙口设在5#～6#墩和8#～9#墩间，于2008年12月完成合龙。中跨合龙口设在6#～7#墩的 E37～E38和 7#～8#墩的 E37'～E38'间，根据工程进度和施组安排，先进行7#～8#墩南主拱拱肋合龙，再进行6#～7#墩北主拱拱肋合龙，拱肋合龙完成后，同时进行南、北合龙口系杆合龙。大桥中跨合龙布置见图1。

图1 大桥主跨合龙

南京大胜关长江大桥主跨钢梁合龙具有如下特点:

1)钢梁伸臂长，合龙端挠度、转角大，合龙对位困难。

2)跨中合龙前辅以吊索塔架进行钢梁悬臂安装，拱肋合龙后，吊索塔架不能拆除，吊索塔架参与主梁受力，构成“斜拉桥”的体系，受力体系比较复杂。

3)拱肋合龙后欲合龙系杆，还需通过调整索力、顶张力、温差、加减载等措施来实现，体系转换过程比较复杂。

4)合龙点多。主跨合龙有6根弦杆、3根斜杆、3根系杆，共12根合龙杆件，不可能同时合龙，须分步进行。

5)合龙点空间坐标的变化因素多。顺桥向钢梁长度的偏差，受温度、钢梁制造与安装的偏差及索力、钢梁实际刚度系数、梁上荷载等的影响。垂直方向的偏差，受温度、安装荷载、索力偏差及钢梁实际刚度系数的影响。钢梁中线上下游的偏差，受日照、索力与钢梁安装顺序、梁上临时荷载的分布、起吊荷载的影响，调整时纵向、竖向相互影响，合龙较难掌控。

6)合龙精度要求高。合龙节点栓孔由工厂按设计图一次成孔，工地用冲钉打入，施工过程中不准扩孔。这样复杂的大型钢梁在空中实行多点合龙，施工难度大。

以铁科院(北京)工程咨询有限公司为主体单位，中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司和德国PEC+S集团公司为成员单位组成的咨询监理联合体，积极参与大桥主跨钢梁合龙方案的审查，对主跨钢梁合龙过程实施有效监控。

2 合龙口位移调整的监控计算

钢梁施工设计图只提供某一特定状态下各节点坐标，并不能反映钢梁架设过程及合龙时实际受力和承载状态。大胜关长江大桥监控单位对整个架梁过程实施监测、监控。监测侧重于监控方案的实施，钢梁变形、应力和温度场的实测，监控主要是制定方案，分析监测成果，提出钢梁调整的建议。咨询监理项目部对大桥合龙过程进行了索力、温度等因素对合龙口位移影响的敏感性分析(图2)，验证了大桥合龙调控方案的可行性，并对监测、监控方案和监控报告进行审核，对监控过程进行全面的监督检查。

图2 6#墩、7#墩合龙前敏感性分析计算模型(铁科院)

在施工设计图提供某一特定状态下各节点坐标前提下，监测、监控小组考虑钢梁预拱度设置、钢梁自重荷载和施工荷载及各层索索力、钢梁合龙前实际承载模式，得出南主拱合龙面各节点合龙时的高程及纵坐标值，见表1。拱肋合龙时，先合龙下弦中桁杆件，因此合龙口位移调整以将中桁下弦实际高程调整到与监控计算高程一致为准，此时其它合龙杆件高程与监控计算高程有近10 mm的差别。南主跨拱肋中桁合龙口需调整至监控计算位置。

南主拱肋合龙完成后，8#墩纵向约束已解除，7#墩平索索力已进行调整，钢梁承载状态发生变化，应根据钢梁实际状态计算6#～7#墩合龙口各节点高程及纵坐标值。监控计算表明:6#～7#墩合龙口拱肋各节点高程及纵坐标值对比7#～8#墩合龙口合龙时节点高程及纵坐标值变化较小。同样，南、北主拱拱肋合龙完成后，应计算桥面系杆合龙时各节点高程及纵坐标值。

表1 南主跨拱肋合龙监控计算坐标

3 合龙口位移调整方法

1)7#墩钢梁的调整:用大型浮吊安装2个节间后，解除分离口的锁定，调整2个节间的中线和高程，对分离口重新锁定，以后直至全桥合龙，除张拉平索调整外，不再通过顶推对7#墩钢梁进行调整。

2)192 m跨合龙后，解除6#和8#墩墩旁托架，解除5#和9#墩的锁定，用9#和8#(或5#和6#)墩的纵向千斤顶使钢梁向 7#墩预偏 150 mm，用 8#、9#和 10#(或 4#、5#和6#)墩的横向千斤顶调整钢梁中线。

3)高程和转角调整:主要调整方法是通过张拉和调整8#墩、6#墩三层吊索及7#墩三层平索的索力，使合龙口两侧高程和转角达到合龙条件。

按规范要求，索力安全系数为2.5，即吊索在使用过程中的强度不得超过0.4倍的极限强度(Rb)，在整个架梁过程中，实测节点高程均小于监控计算高程，其值一般在30～40 mm之间，为此必须调大索力，但不得将一层索的索力调得过大，应对各层索的索力综合调整。

高程和转角微调手段:加减载，即采用在不同位置增加或减少施工荷载的方法，微调悬臂端的高程和转角。

4)纵向里程调整:7#墩固定不动，纵向里程调整的主要手段是在6#、8#墩顶布置钢梁纵移千斤顶，聚四氟乙烯滑板涂黄油后摩擦系数 ＜2%，6#、8#墩支反力 ＜200 000 kN，纵移力＜4 000 kN，纵移较容易实现。

主跨合龙时，在拱肋上、下弦、系杆等9根杆件上均采用长圆孔加圆孔合龙铰的构造措施，长圆孔直径80 mm、长度100 mm，铰轴直径 79 mm;圆孔直径 100 mm，铰轴直径99 mm。长圆孔和圆孔设在37节点侧，37节点合龙杆件连接处有70 mm的间隙，桁拱下弦合龙打入长圆孔钢销后，钢梁在纵向有-70～100 mm的可调范围，应通过纵移将合龙口尺寸调整至与合龙准确位置偏差30 mm以内。

纵向里程调整也是以中桁下弦为准，从理想状态图可以看出，当中桁下弦调整到理想状态时，上弦与理想尺寸比约短8 mm，故合龙口呈正“八”字形态。

钢梁顶推纵移是里程调整的主要手段，里程调整的其它手段有:在上下弦杆、系杆设顶拉设施，顶拉力设计为6 000 kN，利用栓和孔的间隙进行调整;还可利用温度变化进行调整，7#墩和8#墩弦杆固结后，336 m梁跨升温10℃，系杆合龙口尺寸缩短约40 mm。

5)中线调整:在合龙口两侧用导链对拉或在合适的温度下合龙可达到中线调整的目的，大胜关桥中线控制较好，偏差在15 mm以内。

4 拱肋合龙

拱肋合龙步骤如下:

1)两侧钢梁采用对拉，再度精调中线;

2)打入下弦长圆孔钢销，此时悬臂端间隔距离与监控计算间距的偏差为(-70，+100)mm;

3)对钢梁进行纵移调整，当合龙口尺寸与监控计算尺寸偏差在30 mm左右甚至更小时，不需再进行纵移，等待温度变化即可，当偏差在0.5 mm以内时，打入下弦圆孔钢销。

拱肋下弦合龙完成，立即将8#(6#)墩临时固定支座释放为活动支座，完成体系转换，防止产生过大的温度力;

4)利用上弦顶拉设施调整上口间隙至偏差在0.5 mm以内时，打入上弦圆孔钢销;

5)依次在下弦、上弦及斜杆的合龙点上打入50%冲钉、上足30%高栓，然后按照正常的顺序进行冲钉的替换、高栓初拧和终拧，同时退出钢销。

南侧主跨拱肋合龙过程:2009年7月6日开始安装7#，8#墩拱下弦合龙杆件，并根据监控计算反复调整7#，8#墩的索力。7月10日下午 16∶00，拱下弦插入长圆孔φ79钢销，8#墩第二层索补张拉3 000 kN/桁，7#墩第三层索补张拉2 500 kN/桁后，安装所有合龙杆件。7月11日晚上20∶30，温度约为34℃，中桁合龙口拱下弦间距为11.980 m，23∶45，温度约29.5℃，插入下弦中桁杆件 φ99圆孔销并打入冲钉，随后，插入上、下游拱下弦圆孔销。7月12日0∶30，解除8#墩约束。拱肋下弦合龙未使用顶拉设施。

2009年7月12日上午，完成斜杆合龙。

2009年7月12日下午开始吊装顶拉设备，到14日凌晨2∶00许完成顶拉设备的安装工作。拱上弦的合龙从14日凌晨3∶00开始起顶，起顶前拱上弦间隙分别为105 mm，95 mm，95 mm(设计间隙为120 mm)，上游杆件顶到16 MPa(2 660 kN)时插入圆孔销，中桁杆件顶到20 MPa(3 300 kN)，下游杆件顶到17 MPa(2 800 kN)，分别插入圆孔销，打入冲钉，合龙工作于7月14日凌晨4∶00结束。14日白天对各节点补充冲钉并上高栓。

北主拱6#墩于2009年7月26日张拉完第三层索，开始安装下弦合龙杆件、斜杆和上弦，由于连续阴雨天，至31日才完成安装3根下弦杆件、3根斜杆和1根中桁上弦杆件。当安装7根杆件后，合龙口两侧高程满足合龙条件，下弦3根杆件在相同温度下里程差如下:上游侧13 mm、中桁18 mm、下游侧14 mm。至31日上午11∶00，温度为28.5℃，顺利插入圆孔销并打入冲钉(先中桁、再下游、后上游)，并迅速解除6#墩纵向约束，合龙过程很顺利，未使用顶拉设施。

2009年8月2日下午，完成北拱肋斜杆合龙。

8月3日0∶00～0∶08，北合龙口上弦顶拉设施安装完成，开始合龙上弦，这时梁体温度24.8℃，大气温度23.5℃。先合龙下游侧，中桁与上游侧基本同时合龙，合龙时三桁节间距＜12 m，用千斤顶撑开，每桁安装4台200 t千斤顶，合龙时里程差及顶力见表2。

表2 北拱肋上弦合龙时里程差及施加顶力值

表3 拉索初张值及拱肋合龙后实测索力值

在拱肋合龙过程中，监控小组对索力和变形进行监测、监控，表3为拱肋完成合龙后实测各层索索力，均满足规范要求。

5 系杆合龙

拱肋合龙完成后，对两个合龙口系杆里程差进行测量，差值见表4。据此须释放索力，张开桥面合龙口，经监控小组计算，需释放的索力值及索号见表5，每一步均要求同步释放。

表4 拱肋合龙后合龙口系杆里程差 mm

表5 调整系杆里程时索力释放值

在索力释放过程中，加强监测、监控，重点是监测合龙口距离，看是否能安装合龙口杆件。安装完合龙杆件后，可释放索力进行微调或通过顶拉完成合龙。8月20日南侧合龙口安装完3根合龙杆件，经过8#墩释放索力微调，中桁先合龙，未顶拉。此时上游侧合龙口短18 mm，下游侧合龙口短15 mm，安装顶拉设施，上游侧施加4 900 kN、下游侧施加3 500 kN力后，于21日早晨完成合龙。施加顶力上、下游同时进行。

8月22日，经过6#墩释放索力微调，北侧合龙口中桁先合龙，未顶拉。中桁合龙后实测上游侧合龙口短25 mm，下游侧合龙口短10 mm。23日，通过施加顶力安装下游侧合龙杆件并打入长圆孔钢销;24日上午，通过施加顶力安装上游侧合龙杆件并打入长圆孔钢销，下午3∶38，同时施加顶力完成两个边桁合龙，上游侧施加顶力值为5 000 kN，下游侧施加顶力值为3 000 kN。

6 结语

南京大胜关长江大桥主跨钢梁合龙未采用传统的支点顶升方法，而是以调整索力和整体纵移为主，辅以合龙口顶拉、温差微调、加减载、设长圆孔与圆孔等进行合龙。合龙期间，施工单位制订方案，精心施工;建设、咨询监理、设计、监控单位积极履责，审查方案，对合龙过程进行监控。合龙的控制要点有:

1)使用长圆孔加圆孔辅助合龙作用明显，使用长圆孔加圆孔辅助合龙，先将合龙口高程调整至理想位置，穿长圆孔销，再分别调里程和中线至理想位置，达到合龙目的。这实际上是将空间位置调整简化为分阶段的平面位置调整。

2)拱肋是桁架结构，刚度对比桥面较小，变形调整相对容易。三桁结构中桁受力大，受桥面板焊接变形影响，架梁过程及合龙时中桁系杆一直较边桁短，制造时中桁系杆应取正公差。合龙时一定先从中桁开始，边桁系杆靠顶力完成合龙，因为相同位移中桁需要的顶拉力大，两边桁同时施顶容易得多。

3)钢梁整体纵移以满足下弦合龙为主，应考虑在温度变化不急速的夜间合龙，大胜关拱肋下弦考虑的合龙温度为29℃，纵移时根据移梁温度、合龙温度确定纵移量。拱下弦对温度敏感，微调手段以利用温度为主，尽量不用顶拉设施;上弦合龙时，温度敏感性差，须使用顶拉设施。

4)拱肋下弦合龙后，实测合龙口两侧节点高程比监测、监控计算值低，因此，上弦合龙时需施加顶力将合龙口撑开。拱肋合龙完成后，需释放索力，张开桥面合龙口，完成系杆合龙。

5)系杆合龙时，拱肋已合龙，结构体系复杂，温度升降的利用效果不明显，系杆合龙以调整里程、能安装合龙杆件为主。杆件安装完后使用释放索力、顶拉等手段达到合龙目的。

［1］中铁大桥局南京大胜关长江大桥项目经理部.新建南京大胜关长江大桥钢梁架设规则［R］.南京:中铁大桥局，2007.

［2］胡辉跃，张成东.南京大胜关长江大桥主桥钢梁架设监控报告［R］.南京:中铁大桥勘测设计院有限公司，2009.

［3］新建南京大胜关长江大桥工程咨询监理项目部.南京大胜关长江大桥咨询监理工作总结［R］.南京:新建南京大胜关长江大桥工程咨询监理项目部，2009.

［4］谭康荣.武广铁路客运专线东平水道桥三主桁钢桁拱架设的技术创新［J］.铁道建筑，2010(1):71-74.

［5］张春新，刘代兴.钢桁拱桥精确合龙施工技术［J］.铁道建筑，2010(1):82-83.