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1鋼梁合龍總體施工方案

合龍方案的設定，主要以該橋所使用的鋼梁結構和施工低點地質條件為基礎進行設計。總施工方案為采用70噸吊機拼裝架設，具體步驟如圖3所示：圖3鋼桁梁架設施工步驟圖步驟①：在2、3橋墩的衡量頂完成此處鋼梁的拼接工作。步驟②：分別在兩主塔側對稱架設鋼梁，并以鋼梁的架設速度為基礎掛設拉索，和主跨合龍段施工基本情況相匹配。步驟③：合龍段合龍。步驟④：完成最后一對斜拉索的掛設，并以懸臂完成剩余邊跨鋼梁的拼裝工作。上述的四個步驟從開展工作的實質角度來說，可以進一步劃分為如下兩個階段的內容：架設階段：墩頂鋼梁架設完成之后，通過對稱懸臂來完成合龍之前的其他鋼梁架設工作，在這一過程中全程對架設中心線和外形進行控制，保證合龍口鋼梁線形最優，保證合龍工作的順利進行。合龍階段：通過對以往成功案例的分析和相關理論的應用，選擇操作最簡、成功率最高的方案并嚴格按照方案實施，完成鋼梁主跨合龍。

2架設階段鋼梁線形的主動控制技術

由于本文所研究的黃岡公鐵兩用長江大橋為大跨度斜主桁斜拉橋，在實際施工過程中面臨著施工時間長、施工環境復雜、線形控制困難等多重問題，因此多角度空間斜腹桿安裝的研究尤為重要。在墩頂鋼梁的精確定位研究方面以及橫向抗風措施的研究對于保證最終合龍的成功也同樣具有非常重要的現實意義，在合龍前，還需要對合龍施工過程中的工人安全問題、整體可移動手腳架平臺相關問題給予高度的重視和肯定。

2.1多角度空間斜腹桿安裝方法

如上文中所介紹的，該橋采用了倒梯形截面的鋼桁梁橫，因此在斜腹件方面出現了面內傾斜41.055°和面外傾斜20.3532°的多個空間角度，這客觀上增加了施工的難度。除此之外，斜腹桿安裝過程中，和其連接的上弦桿和下弦桿已經完成安裝，因此在實際的安裝過程中，僅存的活動空間就剩下了桿件之間的4cm拼縫間隙，這種條件下，如果拼裝過程中不能完全嚴格地按照設計進行拼裝，那么必然影響工程的整體質量。針對上述問題，采用了三維放樣法，在完美模擬重心之后，確定吊裝點，這樣，吊裝工人只要按照預先做好的吊裝號碼，即可對號入座，在實際架設過程中進行簡單的微調就能較好地完成安裝工作了。

2.2墩頂4節間鋼梁精確定位

在完成合龍工作之前，主塔鋼梁的架設工作是獨立進行的，為了保證最終合龍后橋梁線性符合標準，在兩段主塔的架設過程中必須嚴格按照統一標準施工，無論是平面位置還是其高程都必須完全一致，這是保證合龍過程中各項指標都能達到相關標準的重要前提，同樣也是保證橋梁整體性能水平符合預先設計要求的必然選擇。我們必須認識到，每個鋼梁節間的架設水平都對后一節間的架設有相應的影響，所產生的誤差將會不斷積累下去，因此對其線形、高程以及平面位置的控制有著非常重要的意義。在墩頂節間的架設過程中，需通過千斤頂來保證其各項指標誤差必須小于預設值，然后對鋼梁各結構焊接抗風牛腿，并預留好施工間隙，方便后續施工。

2.3鋼梁臨時鎖定及橫向抗風措施

上文中已經對抗風措施有了簡單論述，這里我們對臨時鎖定和橫向抗風進行更為詳細的介紹。橋梁兩側的上、下游上弦桿件的外側焊接鋼牛腿，然后如圖4所示進行抄墊操作，這樣就能夠有效地保證鋼梁的臨時鎖定了，同樣對于大風天氣的風載轉移到上下游橋柱和橋墩鋼梁支座上去。該方案結構簡單、操作方便，對風載導致的扭矩力傳遞明確，有效地避免了大規模、復雜鎖定裝置使用導致的施工難度增加問題，這對于今后其他大型橋梁的抗風和臨時鎖定施工有一定的借鑒意義。

2.4鋼梁架設安全施工腳手平臺研究

在實際的架設過程中，包括架設線的測量等，都和手腳架平臺之間有著內在的聯系，所研制的公路、鐵路可移動整體施工平臺如圖5所示，極大地提高了施工的安全度，為施工人員的人身安全的保障提供了強有力的支持的同時，對于施工速度的提升和施工質量的保障也同樣有著重要的現實意義。本工程中，墩旁托架的限制，鐵路腳手平臺必須在中跨的架設完成后才能進行安裝。

2.5鋼梁懸臂架設的線形控制

在完成主塔墩頂的鋼梁架設工作之后，具體的高程、平面位置以及最為重要的線形已經基本固定，以此為基礎，在合龍工作開展之前，需要對2、3號主塔鋼梁的節間搭設懸臂。在實際的施工過程中，需配合主動測量和糾偏技術，通過對相關檢測數據進行匯總分析，以具體數據為基礎來判別下一階段的施工是否需要采用微調處理，為后續的合龍工作的展開降低難度。

3合龍調整措施及其敏感性分析

敏感性分析是保證所采用調整措施符合工程實際使用需求的重要方法。客觀來說，我們進行合龍調整的目標就是最大限度地降低合龍口兩端線形的差異，使其在標高、轉角方面具有極高的一致性，同時順橋向間隙與桿件長度匹配，中軸線保持水平。在實際的施工過程中，鋼梁調整有多種途徑，如溫度變化、橫向對拉等，都是較為常見的調整方法，這些方法中，有些是主動措施，有些則屬于被動措施。該橋梁在合龍之前，采用了當前國內最為先進的3Dbridge斜拉橋空間有限元分析軟件分析了不同調整措施的敏感性水平，具體情況如下：

3.1溫度變化

溫度變化客觀上會對鋼梁的相關變量產生影響，如系統穩定變化、路面溫度變差變化、斜拉索穩定變化等，而系統溫度的夜間變動情況規律較為明朗，而其他因素由于受到日照、風速等多個環境要素的影響而難以確定具體的規律。通過敏感性分析可以發現，溫度每上升10℃將會產生X方向位移34mm，而溫度下降所導致的位移規律則相反。不過我們必須認識到，系統溫度的變化難以進行人工控制，屬于一種典型的被動控制，此種控制方案只能等恰當時機，在黃岡公鐵兩用長江大橋的合龍中，難以滿足快速合龍的施工要求。

3.2梁面壓重

動態壓重和靜態壓重共同構成了梁面壓重，下面我們將進行分別論述。動態壓重，在實際應用過程中主要是通過對運梁臺車在路面停放位置的改變來進行調整，具體操作防范相對簡單，通常情況下主要在調整豎向Z撓度和繞Y轉角的過程中搭配其他措施使用。靜態壓重，在本工程中，主要是根據實際的壓重效果吊機位置，在充分考慮操作的便利性的基礎上選擇主塔鋼梁主跨L19節間公路面上下游兩側進行靜態壓重。通過敏感性分析我們可以發現，單側不對稱壓重的情況下，橫斷面剛度帶來的合龍口Z撓度以及橫向偏載荷導致的合龍口鋼梁橫斷面產生整體扭轉。作為一種較為常見的主動調整措施，壓重對于上述兩種問題的調整有較良好的效果。除此之外，單桁不對稱壓重，還能夠有效地調整斷面扭轉，不過由于壓重材料的組織和運輸相對復雜，因此在實際的應用過程中經常性地采用預壓重的方式進行。

3.3調整斜拉索

根據現有斜拉索資源張拉千斤頂資源數量和現場的實際施工環境，本工程中選擇了張拉和張放18號斜拉索來調整合龍口相關參數。通過敏感性分析我們可以發現，中、邊跨18號索每根索索力增加100t，合龍口整體產生63mm的豎向Z撓度和0.35千分弧度的繞Y轉角；主跨18號索每根索索力增加100t，合龍口整體產生39mm的豎向Z撓度和0.27千分弧度的繞Y轉角；主跨上游側18號索索力增加100t，合龍口上游產生20mm的豎向Z撓度，下游產生17mm的豎向Z撓度，同時產生0.12千分弧度的繞Y轉角和-7mm的橫向Y位移，這也就是說，這里的主跨18號索單側不對稱張拉，由于鋼梁橫斷面剛度使得合龍口整體產生豎向Z撓度，同時由于單側偏載使得合龍口鋼梁橫斷面產生整體扭轉和橫向位移（兩側上弦產生3mm高差和7mm的橫向位移）。此種施工措施作為一種典型的主動調整措施，在實際的應用過程中具有操作方便快捷、在豎向Z撓度和繞Y轉角上的調整效果良好的特點，是對上述兩項參數進行調整的主要途徑，不過由于糾偏的量級過小，因此在鋼梁橫斷面扭轉方面的應用并不能取得預期效果。

3.4縱向頂推

按照實際的合龍要求，在實際的合龍過程中為了保證此項工作的順利完成，合龍口兩端鋼梁必須能夠縱向移動方面必須有長距離、高精度移動能力，所以我們需要采用兩級調整的模式來完成對鋼梁軸向X位移操作提供支持。其中第一級為大范圍粗略調整，也就是說，通過對圖4所示的裝置來將牛腿與塔柱之間的抄墊更換為500t千斤頂，以此為基礎來重新構建一個“鋼梁縱向大位移頂推裝置”；而第二級則是在小范圍內的細致調整，所形成的裝置如圖10所示，通過敏感性分析我們可以發現，用以對合龍口軸向X位移進行微調。由敏感性分析成果可知，鋼梁沿縱橋縱向頂推200t，那么實際上合龍口產生42mm的軸向X位移和-22mm的豎向Z撓度。必須認識到，縱向頂推作為當前階段使用最為頻繁的一種主動調整措施，由于本身有兩級調控措施，在實際的應用過程中表現出強大的可操控性，整體調整效果良好，有較大的使用價值。

3.5合龍口平面橫向對拉

如上文中所論述的，在鋼梁的建設過程中，每一段節間都嚴格地控制了誤差水平，因此在最終的合龍口上，絕對橫向Y位移的量實際上遠遠低于預先設定的施工規范，不過由于合龍口兩端之前仍然有微小的橫向Y位移，根據施工的具體情況，設置了在雙層路面的如圖11所示的橫向對拉裝置，對這Y位移進行微調操作，直至兩端吻合。通過對此方面數據的敏感性分析我們可以發現，合龍過程中，公路面合龍口兩端的對拉力為10噸，和鐵路路面相等，經此操作之后，能縮短22mmY位移。作為一種典型的主動調整措施，合龍口平面橫向對拉在實際的工程應用中，表現出良好的精確性，同時操作也相對簡單，能夠快速實現對橫向Y位移的大規模調整，因此應用范圍相對廣泛，多見于我國國內多項工程中。

3.6架梁吊機對提鋼梁

在施工過程中，由于多種因素的營銷，合龍口兩段的鋼梁上，無論是橫向還是縱向上都客觀存在高差，同時兩段的實際扭轉情況也不盡相同，這種情況下，整體相對扭轉的存在不可避免，因此要求我們在實際的施工過程中必須以相對扭轉的數據為基礎，利用兩段的吊梁機進行如圖12所示操作，以50噸提升力推進兩端的吻合。通過敏感性分析我們可以發現，在50噸提升力的狀態下，能夠促使兩層路面的上、下游弦桿分別產生42mm和26mm相對高差，并能產生一定水平的橫向Y位移，正調整方式所產生的調整遠遠超過了所需要的調整量，因此不僅能夠有效地滿足調整的客觀需求，同時還為其提供了一定水平的冗余。此種方法具有較好的可操作性、方便快捷的同時，對于鋼梁橫截面的整體扭轉效果良好，因此被選為本工程的主要糾偏措施。

4合龍步驟

4.1總體概述

龍口鋼梁的調整方案制定工作需要我們進行一個完整的全面檢測，以此為數據參與敏感性檢測。在方案實施之前，需要將合龍口鋼梁預先調整至理想狀態，然后根據對其進行的連續檢測，通過數據復核理論的應用，找出具體影響因素的實際影響能力，根據相應指標體系為其賦予權重比例。通過對“鋼梁縱向頂推裝置”的應用，完成主塔鋼梁的邊跨側縱移15cm移動，這為后續調整施工和相關構建的安裝提供了必要的操作空間，極大地方便了后續操作。在實際的安裝過程中，首先完成2根下弦桿到E44′節點的安裝操作，完成此項操作之后，繼續采用專業設備完成對安裝斜桿到A44′節點的安裝，并為后續的2根上弦桿到A44′節點安裝提供支持，最后在E45/A45節點處完成對合龍段弦桿前端拼接板的安裝工作，通過主動和龍過程中所產生的一系列事實監控數據以及上文中所論述的相關參數指標的敏感性分析結果，選擇合理的調整措施，為整個鋼梁的安全、平穩合龍提供數據支持，三維4個變量調整到位，按先合龍弦桿、再合龍斜桿的順序依次進行，同時開始2號塔主跨L21（A44～A45）處的其他焊接工作。

4.2將鋼梁調整到預設狀態

由于在最初設計階段提出了合龍口連續36小時檢測的要求，我們需要通過對上文中所分析的各類型調整措施的應用，將鋼梁的狀態調整至符合預設要求的水平。在X軸向上的調整：通過對“縱向頂推”的充分利用，完成預調整工作；在豎向Z撓度及繞Y轉角上的調整：主要是通過對“調整斜拉索”和“梁面壓重”的利用完成；橫向Y位移調整：利用“合龍口平面橫向對拉”措施將其調整到預設狀態；橫斷面扭轉調整：利用“架梁吊機對提鋼梁”措施完成調整。必須認識到，上述四個變量的調整都是彼此相關的，合龍段兩端鋼梁的預調整工作必須嚴格按照施工程序進行，環環相扣，為合龍工作的順利完成奠定良好基礎。

4.3合龍口36小時連續監測

完成對合龍段鋼梁的預調整工作之后，按照施工要求，我們要對其進行36小時的連續檢測，通過多種途徑對其各項指標進行檢測并作好記錄工作，找到各項因素對合龍口兩端鋼梁所產生的具體影響，并將其進行量化、賦值處理。

4.4鋼梁向邊跨側縱移15cm

在施工過程中，針對鋼梁本身的不平衡索力，可選擇“鋼梁縱向頂推裝置”完成調整，對兩側主塔鋼梁反向頂推15cm，為預裝件的施工提供必要的施工操作空間，同時也保證了溫度變化對合龍后連接構件的溫度變化條件下的穩定性的保證提供支持。

4.5安裝合龍段主桁桿件

第一，安裝合龍段2根下弦桿，將桿件吊裝到位，安裝桿件與鋼梁E44′節點的全斷面拼接板，按要求插打沖釘。另一端帶長圓孔的腹板拼接板安裝到2號塔鋼梁E45節點上，且此拼接板與合龍桿件之間不連接（等待合龍時連接）。

4.6合龍主桁4根弦桿

第一，一切準備就緒，選擇夜間溫度較為恒定時段進行主桁桿件的合龍。首先對合龍口進行全面監測，然后對相應變量進行調整。第二，利用“縱向頂推”措施分別將兩主塔鋼梁向主跨側縱移，同時利用各項調整措施對其他3個變量進行實時微調，現場實時觀察合龍口4根弦桿兩側腹板長圓孔相對情況，直至將長圓孔銷軸插入長圓孔內，使合龍口兩端Z方向互相約束。第三，繼續將兩主塔鋼梁向主跨側縱移，同時根據需要對相關變量進行微調，直至弦桿合龍點兩側腹板圓孔重合，立即將圓孔銷軸插入圓孔內，使4根弦桿的合龍點形成鉸接，并迅速完成剩余拼接板的安裝，并按要求插打沖釘。全部合龍施工工程僅耗時5h，在這一過程中需要注意在太陽升起之前，需要及時完成所有縱向束縛解除工作，以避免溫度對鋼梁位置的影響。

4.7合龍斜桿及安裝橋面板

合龍斜桿下口合龍點，插打沖釘到位，以此為基礎，我們進一步完成對合龍段主桁桿件的高栓施工操作后，利用栓焊依次完成兩層面板施工，最終完成所有的合龍工作。

5結語

本研究中的黃岡長江大橋主跨鋼梁合龍工作順利完成，整體合龍質量遠高出預先設定施工標準，鋼梁整體線形流暢，穩定性極高。在合龍施工以及前期準備過程中，多種國內外領先施工技術得到了順利應用，較好地控制了架設過程中各桿件具體精度參數，并通過行之有效的敏感性分析和現場相關驗證，找出了最為符合本工程施工條件的調整措施并投入實踐，為本工程施工難、精度要求高問題的解決提供了強有力的支持，同時也極大地加強了施工的安全性，降低了工程施工風險，對我國日后同類橋梁的合龍施工提供了借鑒和參考。

作者:張露單位:中鐵大橋局集團第五工程有限公司