鵝公巖軌道專用橋斜拉-懸索體系轉(zhuǎn)換施工技術(shù)

章耀林

（中國鐵建大橋工程局集團有限公司設(shè)計研究院，天津 300300）

1 工程概況

鵝公巖軌道專用橋位于既有鵝公巖長江公路大橋上游70 m 處。受景觀、通航及地形等因素影響，軌道專用橋采用既有公路懸索橋橋型并對孔布置（圖1），橋跨布置為50 m（錨跨）+210 m（邊跨）+600 m（中跨）+210 m（邊跨）+50 m（錨跨），是世界上最大跨度的自錨式懸索橋。該橋加勁梁錨跨為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，錨固段為鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，其余梁段為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，見圖2。

圖1 鵝公巖軌道專用橋總體布置（單位：m）

圖2 鵝公巖軌道專用橋加勁梁結(jié)構(gòu)（單位：m）

2 加勁梁總體施工方案

不同于地錨式懸索橋先施工主纜和吊索然后施工加勁梁，自錨式懸索橋通常先施工加勁梁然后施工主纜和吊索［1]。鵝公巖軌道專用橋錨固段及錨跨混凝土箱梁采用支架現(xiàn)澆施工；邊跨鋼箱梁從主塔處往錨跨方向頂推施工［2-3]。由于長江通航及橋下凈空高度大，采用常規(guī)方法施工加勁梁比較困難且不經(jīng)濟，故在主塔頂設(shè)置高42.5 m 的臨時鋼塔，臨時鋼塔與加勁梁之間設(shè)置16 對臨時斜拉索。采用斜拉扣掛法分節(jié)段施工中跨鋼箱加勁梁，形成臨時斜拉橋。鋼箱加勁梁由船舶水上運輸、架梁吊機梁面起吊。待全部加勁梁施工完成后進行斜拉-懸索體系轉(zhuǎn)換，最終形成懸索橋［4-8]。

3 斜拉-懸索體系轉(zhuǎn)換施工

3.1 體系轉(zhuǎn)換初始狀態(tài)

體系轉(zhuǎn)換的初始狀態(tài)為臨時斜拉橋成橋狀態(tài)。臨時斜拉橋采用64 對128 根平行鋼絲索。除LES8—LES16，LWS8—LWS16 斜拉索梁端分別集中錨固于錨固段錨固橫梁處外，其余斜拉索梁端均錨固于鋼箱梁上的錨點上，縱向水平間距為15 m或30 m。斜拉索塔端均錨固于臨時鋼塔內(nèi)，其理論錨點豎向間距為2.0 m。臨時斜拉橋總體布置見圖3。

圖3 臨時斜拉橋總體布置（單位：m）

3.2 臨時斜拉橋加勁梁成橋線形

臨時斜拉橋采用懸索橋成橋線形進行安裝，成橋后通過調(diào)整臨時斜拉索索力，將加勁梁線形調(diào)整至懸索橋成橋線形去除二期恒載的線形［4-5]。由于臨時斜拉橋成橋后的斜拉索索力小于臨時斜拉橋成橋過程中的索力，因此在臨時斜拉橋成橋后增加斜拉索索力至成橋過程中的最大索力，既可以充分利用斜拉索的承載力，又可以提高加勁梁線形，減少斜拉-懸索體系轉(zhuǎn)換時吊索接長桿長度，降低吊索安裝難度。

3.3 體系轉(zhuǎn)換施工

體系轉(zhuǎn)換要求在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下［9-10]，盡可能地減少工序、設(shè)備配置等工作。該橋斜拉-懸索體系轉(zhuǎn)換的過程是吊索安裝、斜拉索拆除的過程，可分為3個階段。

1）加勁梁線形調(diào)整

從塔底往塔頂依次張拉斜拉索；東西方向?qū)ΨQ調(diào)索，中跨和邊跨對稱進行。其中，1～11 號斜拉索索力調(diào)整1次，12～16號斜拉索索力調(diào)整2次。

2）吊索安裝

利用貓道和牽引系統(tǒng)完成主纜架設(shè)，然后支架原位現(xiàn)澆施工錨跨混凝土箱梁，最后安裝吊索。吊索采用纜索吊機安裝，將檢修車作為吊索梁端張拉操作平臺，見圖4。

圖4 吊索張拉操作平臺布置（單位：mm）

吊索從橋塔處分別往跨中和錨跨方向安裝。吊索安裝過程中25 對吊索1 次拉張到位，10 對吊索2 次張拉到位，4 對吊索3 次張拉到位。吊索施工步驟、伸長量和張拉力見表1。表中帶括號的數(shù)據(jù)表明對應(yīng)的吊索需要2 次或3 次張拉到位，如LM6 吊索需要經(jīng)過第14，15，16 三個步驟共3 次張拉到位，對應(yīng)的吊索伸長量分別為1381，357，303 mm，對應(yīng)的吊索張力分別為2972，2054，2018 kN。

吊索施工前，主索鞍需往邊跨方向預(yù)偏。在吊索施工過程中，主索鞍從邊跨往中跨方向分8 次頂推。主索鞍頂推時機及頂推位移見表2。

3）臨時斜拉索拆除

吊索安裝完成后拆除臨時斜拉索。臨時斜拉索拆除設(shè)備與其安裝設(shè)備為同一套設(shè)備，拆除順序與安裝順序相反。第3，4 號斜拉索由于索力較小最先拆除，其余斜拉索則從塔頂往塔底方向?qū)ΨQ拆除。第10號斜拉索拆除后，主索鞍一次頂推至設(shè)計位置，其中13#主索鞍頂推位移為27 mm，14#主索鞍頂推位移為45 mm。

3.4 吊索施工設(shè)備配置

吊索張拉設(shè)備包括千斤頂、撐腳、張拉桿等。設(shè)備配置的總體思路為：根據(jù)張拉力及張拉量，按照所需設(shè)備最多的步驟選擇設(shè)備的規(guī)格和數(shù)量，且設(shè)備能夠倒用，滿足其他步驟的施工需要。邊跨和中跨吊索張拉力最大值約為4200 kN?？紤]一定的安全余量，選用4500 kN 規(guī)格的千斤頂，共計16 個；張拉桿承載力與千斤頂匹配，共計16根。

表1 吊索施工步驟、伸長量和張拉力

表2 主索鞍頂推時機及頂推位移

由于每根吊索的張拉量不同，需綜合各種因素確定張拉桿的長度。張拉桿總長度為：張拉桿旋入錨杯內(nèi)長度+錨杯端部到球型支座頂面距離+撐腳高度+千斤頂高度+張拉桿螺母高度+張拉桿露出螺母長度。計算得到所需張拉桿總長度為3130 mm。考慮受力及施工方便，張拉桿分段接長。與吊索錨杯連接的為張拉桿1，長度為2000 mm，承載力為4500 kN。用于接長的張拉桿2 長度為1300 mm，張拉桿3 長度為650 mm。計算表明用于接長的張拉桿2或張拉桿3拆除時最大張力約3000 kN，故其承載力按照3000 kN控制。吊索張拉桿配置見圖5。

為滿足吊索張拉需要，撐腳高度取950 mm。由于吊索位于風嘴內(nèi)，風嘴開孔很小，因此撐腳壁板很薄，施工時應(yīng)選取與撐腳直徑接近的千斤頂或在千斤頂下抄墊剛性墊塊，以免撐腳頂板受彎，保證撐腳支腿接近軸心受力從而提高其承載力，確保吊索安裝安全。

圖5 吊索張拉桿配置（單位：m）

4 結(jié)語

鵝公巖軌道專用橋的斜拉-懸索體系轉(zhuǎn)換是一個十分復(fù)雜的過程。通過定性、定量分析，確定了體系轉(zhuǎn)換的初始狀態(tài)、吊索的安裝順序、斜拉索的拆除時機等，從理論上保證了體系轉(zhuǎn)換過程的高效、安全、經(jīng)濟性，最終成功應(yīng)用于工程實踐，可為同類橋梁施工提供借鑒。