异形拱塔斜拉桥塔梁异步协同拼装施工关键技术

彭波 吴校全

[摘  要]：南京花山大桥主桥为（100+50+100） m异形拱塔双索面斜拉桥，拱塔沿桥纵向布置，由左、右两榀横向内倾靠合而成，纵立面呈向一侧倾斜的心形，整体结构似湖上杨帆启航的邮轮。针对纵向布置异形拱塔斜拉桥的结构特点，研究“先梁后塔、塔索同步”的塔梁异步协同拼装施工技术，充分利用塔索梁自平衡，辅以适量主梁支架及超高拱塔支架，降低施工安全风险，提高施工安装精度和效率、节约施工成本。南京花山大桥主桥的顺利施工，验证了相关施工技术的可行性。

[关键词]：斜拉桥; 拱塔; 塔梁拼装; 钢结构安装; 桥梁施工

U448.27;U445.4A

1 工程概况

南京花山大桥位于南京市高淳区南部，跨越固城湖，连接湖区两侧的砖墙镇和固城镇，是高淳区环湖线的重要节点。技术标准为一级公路兼城市主干路功能，桥面宽34.3 m，机动车道为双向4车道，两侧设置非机动车道及人行道。该桥主桥为（100+50+100） m的纵置拱塔双索面斜拉桥（图1）[1-2]，桥塔为纵向向桥梁一端倾斜的心形拱塔，整体结构似湖上杨帆启航的邮轮。

桥塔采用钢结构，自承台台座以上塔高82.31 m，由左、右两榀横向内倾靠合而成，每榀桥塔由上拱塔和下拱圈组成，在塔顶设置1道横梁（拱塔上横梁）连接，在主梁下方设置3道横梁（2道拱塔下横梁、1道下拱圈横梁）连接，塔内主梁由拱塔下横梁和下拱圈横梁支撑，塔外主梁由斜拉索支撑。上拱塔和下拱圈均为八边形截面钢箱结构，拱轴线为空间样条曲线。下部结构为钢筋混凝土结构，在桥塔根部设置钢—混结合段与上拱塔和下拱圈连接。

主梁采用分离式双箱PK断面钢箱梁，宽34.3 m，高2.8 m。单个钢箱纵梁顶板宽9.9 m，底板宽7.4 m。两纵梁之间采用横梁连接，横梁为倒T形断面，标准间距3 m。钢箱梁桥面板采用正交异性钢桥面板。

斜拉索采用平行钢丝索，按空间双索面布置，分为塔外斜拉索、塔内斜拉索。每榀拱塔共设24根斜拉索，两侧各布置8根塔外斜拉索，中间布置8根塔内斜拉索。塔外斜拉索连接上拱塔和主梁，采用单端张拉，张拉端设于主梁上，固定端采用锚箱与上拱塔相连。塔内斜拉索两端连接上拱塔，采用索内张拉，各根索空间上相互错开，为避免索体碰撞，在相邻索之间布置拉索连接器。

2 总体施工方案

对于常规斜拉桥，塔梁同步悬臂拼装是经常采用的施工方法[3]。但是，对于异形拱塔斜拉桥，由于结构不对称，塔梁同步悬臂拼装的施工方法受到制约。根据纵置倾斜心形拱塔斜拉桥的拱塔与主梁走向一致的特点，采用“先梁后塔、塔索同步”的施工工序，充分利用结构自相平衡，尽量减少临时支架及其它辅助措施，进行塔梁异步协同拼装施工。在临时支架上逐节拼装主梁，通过有限元软件进行施工全过程模拟并结合施工监测数据准确计算主梁安装线形，利用专项设计的吊具及滑轮组进行精确调整。采用斜拉倒扣法辅以临时支架拼装拱塔，利用主梁、拱塔及斜拉索自相平衡進行塔索同步施工，以临时支架辅助维持拱塔施工过程的稳定，通过施工全过程模拟并结合施工监测数据准确计算拱塔安装线形及斜拉索张拉索力，并利用专门设计的悬吊调节体系对拱塔节段空间坐标进行精确调整。拱塔合龙后，在无支架约束状态下，进行拱塔内侧及其它部位斜拉索安装，随后对全桥索力及结构线形进行统一调整，使结构内力和线形达到设计目标状态。

纵置倾斜心形拱塔斜拉桥塔梁异步协同拼装施工流程如图2所示。

3 塔梁异步协同拼装施工关键技术

3.1 钢混结合段精确定位

钢-混结合段是拱塔钢结构拼装的起步段，其安装精度直接影响拱塔整体线形控制。钢-混结合段在工厂制造、试拼后，利用三维模型进行模拟定位，并以主桥线路中心线建立相对坐标系，采用全站仪进行精确放样，确定拱塔定位胎架平面位置。现场采用浮吊进行钢-混结合段吊装作业，利用悬吊调节体系调整钢混结合段空间姿态，并设置限位板、千斤顶对其空间位置进行精确调整，最后进行混凝土及预应力工程施工。

3.2 钢箱主梁拼装施工

钢箱梁采用支架法原位拼装，现场吊装利用浮吊船实施。在钢箱主梁接缝位置处设置临时支架，以钢管桩作为基础，顶部设置横向分配梁，分配梁上部设有限位板及调节垫块，配合千斤顶用于调节钢箱梁三维平面位置。临时支架支撑点钢箱梁横隔板位置处，单榀钢箱梁共设置4个吊点。作业时，先进行拱塔区域内钢箱梁拼装，为后续拱塔支架搭设提供作业平台。

3.3 超高支架模块化组拼

在拱塔区域内既有钢箱梁上设置超高临时支架，为拱塔拼装提供竖向支撑，同时为拱塔节段安装时的线形精调提供着力点及作业平台。临时支架坐落于钢箱梁纵横隔板节点位置处，钢管底部设承压板，顶部设置有用于拱塔线形调整的三维调节块。

拱塔超高支架采用模块化组拼，由钢管支撑及槽钢平联组成模块化格构件，常规格构件为12 m一个节段，并根据拱塔线形设置不同高度的调节段。格构柱竖向之间钢管柱采用法兰连接，以改善竖向对位引起的错边现象。模块化构件横向连接处设置“相贯线”，以便于更高效的利用格构件的抗弯性能。

模块化支架组件在后场加工完成后，运输至现场采用浮吊船进行整体吊装，在格构件安装过程中应及时校整，垂直度偏差不应大于支墩高度的1/500，且柱顶偏移值不得大于50 mm。下层格构柱安装完成后，应及时连接格构柱之间平联连接，方可进行上层格构柱安装。

3.4 塔梁异步协同拼装施工

拱塔及两侧主梁拼装采用“先梁后塔、塔索同步”的塔梁异步协同施工工艺，施工过程中塔索梁自相平衡辅以临时支架形成稳定结构，具体操作要点：

（1）拱塔区域外钢箱梁拼装工艺与上述相同，其钢箱梁拼装进度应提前拱塔对应索区不少于2个节段，以利用主梁平衡拱塔的倾覆力。

（2）单个拱塔节段吊装4个吊点，左右对称布置，吊耳材质选用Q345c。吊耳设置在拱塔节段节点板位置处，并在连接板位置处增设加劲板，以满足整体受力需求。

（3）拱塔钢节段采用船舶运输至桥址处，利用浮吊进行吊装作业。为解决拱塔节段在拼装高精度匹配难题，从吊装体系方面，在双主钩基础上设置双滑轮、四吊点组成的吊装体系，可实现三维空间就位姿态调整;在工装运用方面，通过限位滑板、螺旋合拢器、匹配件、螺旋千斤顶等工装实现拱塔节段高精度匹配;在工艺标准方面，采取“一调、二滑、三锁、四平、五合”标准工艺实现钢拱塔节段快速定位、匹配。

（4）拱塔节段焊接依照对称同步原则，具体顺序为：对正后进行点固焊→底板对接焊缝→面板对接焊缝→腹板对接焊缝→横向对接焊缝焊接、无损检测合格后焊接肋板嵌补段，以防止焊接过程中产生变形，对拱塔拼装精度造成影响。

（5）根据施工过程模拟计算，结合已施工节段安装误差及线形监测数据，对拱塔的空间线形进行动态预测和误差控制。

3.5 拱塔合龙段安装施工

拱塔逐段安装至合龙口时，对全桥拱塔及主梁线形进行复测，核对无误后对合龙口进行临时锁定，并对合龙口的空间几何形态进行精确测量。根据测量结果，对拱塔合龙段进行配切，配切后的尺寸误差应满足安装精度要求。为尽量减小温度的影响，合龙段测量、临时锁定等工作须在凌晨气温相对稳定时段进行。

3.6 索力及结构线形调整

拱塔合龍后，在无支架约束状态下进行拱塔内部M系列索安装、随后进行R系列索安装，并通过对无应力索长控制进行斜拉索的初张力。根据无应力状态法，以无应力索长控制安装的斜拉索，理论上成桥后斜拉桥的索力应为设计索力。考虑安装施工存在误差，斜拉索索力及拱塔、主梁线形与设计目标值可能存在偏差，在桥面二期恒载施工前应对索力及结构线形进行统一调整，确保成桥线形及索力满足设计要求。

4 结束语

南京花山大桥主桥这一倾斜心形拱塔斜拉桥的顺利施工，证明了对于此类异形拱塔斜拉桥采用塔梁异步协同拼装施工是科学合理的。“先梁后塔、塔索同步”的塔梁异步协同拼装施工技术，充分利用塔索梁的自平衡能力，辅以适量主梁支架及超高拱塔支架，降低了施工安全风险，提高了施工安装精度和效率，节约了施工成本。

参考文献

[1] 刘厚军，郑国富，陆勤丰. 南京花山大桥主桥设计[J]. 桥梁建设，2020，50（S2）：82-87.

[2] 中铁大桥勘测设计院集团有限公司. 高淳区环湖线花山大桥及两侧接线工程施工图设计[R]. 武汉，2019.

[3] 常大宝. 独柱型钢塔分离式钢箱梁斜拉桥塔梁施工关键技术[J]. 桥梁建设，2020，50（S2）：121-126.