賀常松

（中鐵十八局集團第二工程有限公司 河北唐山 063000）

1 工程概況及施工重難點

1.1 工程概況

大瑞鐵路怒江四線特大橋位于云南省保山市施甸縣與龍陵縣交界處，跨越怒江河谷。受地形影響，全橋孔跨布置為（7×41）m連續(xù)鋼混結(jié)合梁＋（14×37.2）m連續(xù)鋼箱梁＋（5×41）m連續(xù)鋼混結(jié)合梁，橋梁全長1 024.2m。主橋為跨度490 m的上承式提籃鋼桁拱結(jié)構(gòu)，四片桁設(shè)計。四片桁拱每兩片組成一肋，每肋的兩片桁間距3.4 m，通過橫桿連接成整體（見圖1）。

1.2 合龍段概況

主橋鋼桁拱合龍口位于主拱圈中央豎桿靠瑞麗側(cè)節(jié)間，即小里程20＃節(jié)點與大里程19′＃節(jié)點之間（見圖2）。合龍段由8根主弦桿、4根斜腹桿、2根上平聯(lián)斜桿以及2根下平聯(lián)組成，總重224.8 t。

圖1 怒江特大橋立面（單位：cm）

圖2 合龍段空間結(jié)構(gòu)

1.3 合龍段施工重難點分析

（1）四片主桁結(jié)構(gòu)、合龍點多

合龍段由16根桿件組成，相互獨立，無法組合成整體合龍段進(jìn)行整體吊裝，故需采取單桿件吊裝方式合龍，合龍點多。

（2）桿件結(jié)構(gòu)尺寸大、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜

合龍段桿件尺寸大，安裝難度大；主拱圈為提籃拱，合龍段桿件姿態(tài)也存在不同的角度，合龍對位困難。

（3）合龍精度要求高

合龍段為高強螺栓連接，栓接孔數(shù)多，合龍精度要求高。

（4）鋼桁拱懸臂長度長、施工安全風(fēng)險高

合龍前，拱圈處于最大懸臂狀態(tài)，受力體系最為復(fù)雜，安全風(fēng)險高。

（5）拱圈剛度大且為單跨無鉸拱

拱腳固結(jié)，無法移動，合龍口位移調(diào)整手段受限。

（6）合龍點影響因素多

受溫度、索力偏差及安裝偏差、鋼結(jié)構(gòu)實際剛度系數(shù)等影響，調(diào)整時豎向、縱向位移相互影響，合龍時難以掌握［1］。

2 總體施工方案及流程

2.1 合龍原理

根據(jù)設(shè)計要求，鋼桁拱應(yīng)無應(yīng)力合龍，即構(gòu)件按照設(shè)計體系溫度在工廠加工制造，現(xiàn)場懸臂拼裝到跨中后，按幾何法合龍［2］。合龍時鋼桁拱處于最大懸臂狀態(tài)，大理岸A20和E20安裝完成，瑞麗岸A19′和 E19′安裝完成并完成相應(yīng)扣錨索的施工［3］。

2.2 合龍條件分析

本工程拱腳為固結(jié)構(gòu)造，拱肋在安裝過程中通過扣錨索調(diào)整至控制坐標(biāo)。鋼桁拱合龍口位置坐標(biāo)調(diào)整也僅靠扣錨索調(diào)整。由于鋼桁拱跨度大，線形受溫度影響大，即鋼桁拱在合龍鎖定前，其合龍口尺寸隨著溫度的變化一直處于變化狀態(tài)。為保證無應(yīng)力狀態(tài)合龍，需對合龍口進(jìn)行臨時鎖定［4］，實現(xiàn)鋼桁拱無應(yīng)力合龍［5］，即在掌握合龍口隨溫度變化規(guī)律的前提下，采取必要的強制措施。

2.3 總體施工方案

在合龍施工前的兩個節(jié)段吊裝過程中對拱圈懸臂段進(jìn)行連續(xù)的線形、應(yīng)力、溫度監(jiān)測，確定最佳合龍狀態(tài)、溫度及時間［6］。懸臂節(jié)段吊裝完成并完成相應(yīng)的扣錨索張拉后，根據(jù)合龍狀態(tài)及監(jiān)測數(shù)據(jù)在加工廠內(nèi)配制桿件。桿件采用纜索吊扁擔(dān)梁抬吊，先將合龍段上側(cè)桿件放置于扣塔頂作為中轉(zhuǎn)平臺，再進(jìn)行吊裝合龍。

合龍段吊裝順序為“先腹桿、后上弦、再下弦”。合龍段桿件吊裝到位后先將桿件單端進(jìn)行固定，待最佳合龍時間，利用弦桿另一端的銷軸臨時合龍，最后統(tǒng)一進(jìn)行高強螺栓替換，完成合龍。合龍后拆除扣錨索，完成體系轉(zhuǎn)換（見圖3）。

圖3 合龍前縱斷面

2.4 合龍段施工流程

合龍段施工流程見圖4。

圖4 合龍施工流程

3 合龍主要施工工藝控制

3.1 溫度、線形觀測，確定合龍數(shù)據(jù)

合龍前對兩岸的主要桿件應(yīng)力、扣塔應(yīng)力、扣索索力、懸臂端位移進(jìn)行連續(xù)觀測。對鋼桁拱合龍前的狀態(tài)和溫度變化及對合龍口的影響等參數(shù)做全面掌握，并與理論分析值進(jìn)行對比分析［7-8］，進(jìn)一步完善合龍口調(diào)整措施和精度控制指標(biāo)。

本橋鋼桁拱合龍時間處于2018年11月底至12月初。對2017年相對于合龍日期前后一個月溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用于推測合龍最佳時間段的參考。

在A18/E19＃節(jié)間12?？鬯鲝埨瓿珊筮B續(xù)一周進(jìn)行溫度觀測，整理溫度觀測結(jié)果，確定穩(wěn)定溫度條件下的最佳合龍時間段和最佳合龍溫度。

在合龍段吊裝前，應(yīng)持續(xù)觀察晝夜溫差變化過程中的拱肋高程和里程的線形變化規(guī)律，以便在合龍過程中采取相應(yīng)措施。

當(dāng)日間溫度升高時，將產(chǎn)生較大的溫度內(nèi)力。溫度升高10℃時，合龍段上弦桿受拉，溫度引起的軸力約為200 kN；合龍段下弦桿受壓，溫度引起的軸力約為300 kN。

由溫度、測量數(shù)據(jù)確定1時至7時為溫度相對恒定時間段且拱圈線形最為穩(wěn)定，在此時段進(jìn)行鋼桁拱合龍最接近設(shè)計線形。擬定合龍段長度數(shù)據(jù)反饋給線形監(jiān)控單位，最終確定合龍口桿件加工長度。

3.2 調(diào)整主拱圈線形

計算小里程 A19＃節(jié)間處13?？鬯骱痛罄锍藺19′處13?？鬯鞯膹埨刂屏Σ⑦M(jìn)行張拉，以便達(dá)到合龍溫度時合龍口尺寸滿足或接近設(shè)計值；根據(jù)監(jiān)控指令值張拉完成小里程A20/E20＃節(jié)間處第14組扣索［9］；張拉完成后，再次連續(xù)兩個晚上在合龍溫度時對合龍口的空隙尺寸采用經(jīng)標(biāo)定的鋼尺進(jìn)行多次復(fù)測，并與設(shè)計值進(jìn)行比較。若誤差較大，進(jìn)行修正并對小里程14?？坼^索和大里程13?？鬯髟俅螐埨蝗粽`差較小可通過對拉、銷栓輔助措施微調(diào)以達(dá)合龍要求。

3.2.1 弦桿高程調(diào)整

上下弦桿的高程通過調(diào)整扣索索力達(dá)到線形控制標(biāo)高，確保栓孔上下錯位不大于15mm（可打入錐形沖釘），利用溫度變化合龍上弦后，再調(diào)整上弦高程。

3.2.2 軸線調(diào)整

主桁拱安裝過程中各階段軸線均控制在可控范圍內(nèi)。合龍前3個懸臂節(jié)段節(jié)間每安裝1個節(jié)間進(jìn)行一次兩岸聯(lián)測，合龍段安裝時將兩岸主桁使用手拉葫蘆斜向?qū)瓉碚{(diào)整軸線。

3.2.3 縱向調(diào)整

由于合龍口尺寸隨溫度不斷變化，上弦縱向偏差利用合龍口臨時鎖定裝置（頂拉千斤頂）調(diào)整，確保合龍段無應(yīng)力合龍。

3.3 合龍段桿件加工

根據(jù)設(shè)計要求，合龍段桿件均為廠內(nèi)加工，部分螺栓孔需根據(jù)合龍口多次測量后在現(xiàn)場進(jìn)行鉆孔。

合龍段桿件及拼接板到達(dá)現(xiàn)場后，根據(jù)方案要求對合龍口進(jìn)行測量后，即可進(jìn)行現(xiàn)場鉆孔。因眼孔總數(shù)較多，為確保桿件及拼接板鉆孔工作不影響合龍段施工，現(xiàn)場需做好以下準(zhǔn)備工作：

（1）場內(nèi)需根據(jù)桿件數(shù)量保證有足夠的磁力鉆機，并確保鉆孔進(jìn)度。

（2）保證現(xiàn)場專業(yè)劃線、放樣鉆孔人員的配備，確保鉆孔工作準(zhǔn)確、高效進(jìn)行。

（3）現(xiàn)場需根據(jù)不同節(jié)點類型，準(zhǔn)備足夠的鉆孔樣板確保鉆孔精度。

3.4 合龍段桿件安裝

由于鋼桁拱合龍桿件數(shù)量較多，且施工空間相對狹小，桿件施工順序也直接影響著合龍的效果。利用BIM技術(shù)對鋼桁拱合龍段施工進(jìn)行模擬［10］，通過建造可視化表達(dá)，準(zhǔn)確估算所需要的各種資源，評估施工方案的可操作性、協(xié)調(diào)性、安全性是否合理。通過BIM技術(shù)對三種不同安裝順序（即先上弦后下弦、先下弦后上弦和先斜桿、后上弦、再下弦）進(jìn)行模擬，找出合理的吊裝順序并規(guī)避碰撞問題（見圖5）。最終確定先斜桿、后上弦、再下弦施工順序。

圖5 BIM技術(shù)模擬合龍段吊裝

3.4.1 安裝步驟

第一步：吊裝主桁段內(nèi)外側(cè)斜腹桿，與E20節(jié)點連接端使用沖釘和安裝螺栓進(jìn)行定位；與A19′節(jié)點連接端不進(jìn)行固定，保持自由狀態(tài)。

第二步：吊裝內(nèi)側(cè)上弦桿。上弦桿從臨時存放平臺起吊，將上弦與A20節(jié)點連接一端使用沖釘和安裝螺栓進(jìn)行定位；與A19′節(jié)點連接端不進(jìn)行固定，保持自由狀態(tài)。

第三步：吊裝合龍段上平聯(lián)。上平聯(lián)從臨時存放平臺起吊，與A20節(jié)點連接端使用沖釘和安裝螺栓進(jìn)行定位；與A19′節(jié)點連接端不進(jìn)行固定，保持自由狀態(tài)。

第四步：吊裝外側(cè)上弦桿。上弦桿從臨時存放平臺起吊，將上弦與A20節(jié)點連接一端使用沖釘和安裝螺栓進(jìn)行定位；與A19′節(jié)點連接端不進(jìn)行固定，保持自由狀態(tài)。

第五步：吊裝下平聯(lián)。下平聯(lián)從地面平臺起吊，與E20節(jié)點連接端使用沖釘和安裝螺栓進(jìn)行定位；與E19′節(jié)點連接端不進(jìn)行固定，保持自由狀態(tài)。

第六步：吊裝內(nèi)側(cè)下弦桿。下弦桿從地面平臺起吊，將下弦與E20節(jié)點連接一端使用沖釘和安裝螺栓進(jìn)行定位；與E19′節(jié)點連接端不進(jìn)行固定，保持自由狀態(tài)。

第七步：按照前期測量結(jié)果及確定的合龍溫度，首先對內(nèi)側(cè)上下弦桿利用圓孔銷栓實現(xiàn)合龍，然后對外側(cè)上下弦桿實現(xiàn)合龍，并完成高強螺栓施擰工作。

第八步：對斜腹桿與A19′節(jié)點連接端進(jìn)行固定，完成斜腹桿兩端高強螺栓的施擰工作。

第九步：對合龍節(jié)間上下平聯(lián)斜撐 A19′、E19′進(jìn)行連接固定，并完成高強螺栓施擰工作。

3.4.2 合龍口調(diào)整措施

由于合龍段每根弦桿每個接頭的螺栓約600枚，在短時間內(nèi)完成內(nèi)側(cè)4根弦桿的合龍難度很大，因此考慮合龍時可采用對頂或?qū)b置調(diào)整合龍口相對偏差［11］。

（1）頂拉裝置設(shè)計

對拉或?qū)斞b置安裝在合龍段弦桿前端，采用反力座配合千斤頂使用。反力座一端布置在合龍段螺栓孔上，另一個反力座布置在小里程側(cè)E20/A20桿件螺栓孔上。兩個反力座之間采用千斤頂作為頂動力，精軋螺紋鋼作為拉動力，具體布置見圖6。擬采用桿件現(xiàn)有的螺栓孔固定反力座，反力座采用厚30 mm的Q345鋼板現(xiàn)場加工。

圖6 反力座示意

（2）頂拉措施計算分析

根據(jù)線控數(shù)據(jù)模型，對頂（拉）受力如圖7所示。當(dāng)4根弦桿的對頂（拉）力為100 kN時，合龍口里程方向變化為12 mm。根據(jù)現(xiàn)場資源配置，頂拉措施按照500 kN布置。

圖7 頂（拉）受力簡圖

（3）頂拉措施操作工藝

上弦所用頂拉設(shè)備提前吊運至鋼桁拱桿件A20拱上立柱處備用；下弦桿頂拉裝置提前吊裝至E20豎腹桿位置存放備用。在合龍段桿件吊裝完成后安裝反力座，采用電動扳手施擰高強螺栓。按照頂拉裝置布置圖依次安裝好千斤頂、精軋螺紋鋼；接好油泵等裝置，且備用2套油管。待測量數(shù)據(jù)反饋，如合龍存在偏差，及時利用頂拉裝置調(diào)整。

3.5 合龍施工

鋼桁拱合龍時間為2018年12月10日，外界環(huán)境溫度20℃。由于本橋梁采用多扣索斜拉扣掛體系（每節(jié)段進(jìn)行扣索調(diào)整），安裝時實現(xiàn)了斜拉扣掛索力一次全過程調(diào)索成形，兩岸縱橫向、軸向及高程均滿足合龍條件，實現(xiàn)了鋼桁拱的無應(yīng)力合龍。

合龍注意事項［12］：

（1）合龍期間應(yīng)詳細(xì)記錄溫度及日照對合龍節(jié)點處的實際偏移值、合龍點坐標(biāo)值及兩側(cè)合龍點距離的影響，并對斜拉索作測試，作為合龍時調(diào)整的依據(jù)。此工作是采集與確定合龍段數(shù)據(jù)的關(guān)鍵所在。

（2）合龍段鋼桁拱安裝前及時測量上下弦鋼桁拱中線偏差、各合龍口相對高差及節(jié)間距離（上、下弦均應(yīng)測量），確保桿件順利安裝。

4 結(jié)束語

大瑞鐵路怒江四線特大橋鋼桁拱在無應(yīng)力狀態(tài)下合龍，通過BIM模擬技術(shù)確定合龍順序為“先斜桿、后上弦、再下弦”并解決了碰撞問題。合龍過程中，調(diào)整主拱圈及合龍口線形主要通過“調(diào)整扣錨索索力”及“對拉或?qū)斞b置”兩種方式完成。工程實踐證明，此兩種方法的配合可以將合龍口線形控制在±3 mm之內(nèi)，滿足相關(guān)規(guī)范要求。本文介紹的施工控制工藝可為以后同類型的大橋合龍施工提供借鑒。