张文斌

(1.中铁大桥局集团有限公司 武汉 430050； 2.桥梁结构健康与安全国家重点实验室 武汉 430034)

1 工程概况

沪苏通长江公铁大桥[1]主航道桥采用双塔斜拉桥方案，主跨跨度1 092 m，计算孔跨布置为：140 m+462 m+1 092 m+462 m+140 m=2 296 m。桥型布置见图1，斜拉索采用直径7 mm平行钢丝拉索，标准抗拉强度为2 000 MPa，配合主梁三桁结构，拉索采用三索面布置。主梁采用三主桁、箱桁组合结构，钢桁梁标准节段见图2。

图1 桥型布置图(单位：m)

图2 钢桁梁标准节段

标准段主梁边桁桁高16.0 m，中桁桁高16.308 m，桁宽2×17.5 m，桁式采用“N”形桁，节间距14 m。每个主桁节点均设有横联。主梁上弦平面采用公路正交异性整体钢桥面板，主梁下弦采用钢箱作为铁路整体桥面，公路桥面、铁路桥面参与主桁共同受力。边跨侧252 m范围公路桥面采用带有混凝土桥面板的组合截面，通过增大结构自重平衡辅助墩处支座负反力，结合段主梁边桁桁高为15.505 m，中桁桁高15.813 m。

2 全桥合龙顺序

主航道桥钢梁采用整节段制造、架设。其中主塔墩顶各分为5个单节段，辅助墩顶各分为3个单节段，边墩顶各分为1.5个节间非标节段，采用1 800 t浮吊架设；其余节段均采用1 800 t架梁吊机悬臂吊装。全桥5跨，包含2个辅助跨、2个边跨、1个主跨，共计5个合龙口。由于南北侧钢梁施工进度并不同步，为尽快实现中跨合龙，降低大悬臂施工风险，需要将原设计的“先边跨、后中跨”的合龙方案[2]进行适当调整，经设计认可后，全桥实际合龙施工顺序为：27号墩辅助跨合龙→26号墩边跨合龙→30号墩辅助跨合龙→主跨钢梁合龙→31号墩边跨合龙。

3 边跨侧钢梁合龙口监控目标

沪苏通桥主航道桥钢梁均为整节段架设，墩顶钢梁无法通过架梁吊机进行水中垂直取梁。因此，辅助墩墩顶3个节间钢梁及边墩墩顶1.5个节间钢梁均采用浮吊提前架设到位，墩顶钢梁的架设高程直接影响后期与悬臂施工钢梁能否顺利合龙。

由于钢梁悬臂施工过程中，钢梁前端会产生下挠，同时考虑墩顶垫石高度的影响，施工时辅助墩及边墩墩顶钢梁初始架设高程整体较设计高程低30 cm，以此作为监控计算其中的一个边界条件。辅助跨钢梁合龙口状态见图3。

图3 辅助跨钢梁合龙口状态

斜拉索对称挂设至26号索，墩顶Z9～Z11节段整体往边跨侧预偏3.0 m，为合龙段Z12～Z13的安装让出起吊空间。合龙时通过控制双悬臂对称架设张拉索力，保持主塔竖直，悬臂端高程控制按E12节点相对设计高程挠度不超过300 mm。

边跨钢梁合龙口状态见图4。26号墩侧边跨合龙时斜拉索对称挂设至34号索(由于主跨钢梁尚未合龙，架梁吊机影响了35、36号斜拉索的挂设)，31号墩侧边跨最后合龙，斜拉索可挂设至36号索，墩顶Z0～Z1节段均预偏1.0 m。通过控制张拉索力和辅助墩起顶位移，控制悬臂端E2节点在设计高程以下30 cm以内。

图4 边跨钢梁合龙口状态

4 合龙计算分析

合龙施工以对合龙口敏感性分析计算为基础，通过控制已挂设斜拉索索力大小及均衡性、配合压重、布设张拉起顶等合龙措施，调整合龙段钢梁轴线偏位、合龙口钢梁节点竖向、纵向位移，实现合龙口两侧弦杆竖向高程与转角一致，然后合龙。

4.1 辅助跨合龙计算

辅助跨合龙时，钢梁以主塔为中心处于对称双悬臂状态，主塔处设置纵向及横向限位，支座位置设置竖向限位。根据有限元软件施工阶段分析[3-4]：①27号墩侧E12节点竖向下挠为90 mm，下弦轴向变形110 mm，上弦轴向变形63 mm，竖向转角0.289%，28号墩塔顶向中跨侧偏86 mm；②30号墩侧E12′节点竖向下挠为1 mm，下弦轴向变形103 mm，上弦轴向变形77 mm，竖向转角0.162%，29号墩塔顶偏位为0 mm。上述计算均将竖向挠度控制在300 mm以内，2个挠度不一致的原因为29号墩主塔此时尚未封顶，对塔顶的偏位要求高及结合段公路桥面板的安装时机不同。

以上述计算状态为基础，对钢梁局部压重、温度变化、长索索力调整等合龙调节措施进行27号(30号)墩侧辅助跨合龙口敏感性分析，具体分析计算结果见表1。

表1 27号(30号)墩侧辅助跨合龙口敏感性分析 mm

4.2 边跨合龙计算

根据施工进度安排，26号墩侧边跨合龙时，主跨尚未合龙，结合段已安装10个节间公路桥面板，每个节间满铺12块；主跨合龙后，31号墩侧边跨合龙，为保证29号墩塔梁同步施工时的垂直度，此时该侧结合段仅安装8个节间公路桥面板，且每个节间只安装4块。

26号墩侧斜拉索仅挂设至S34，合龙口悬臂5.5个节间，见图4边跨钢梁合龙口状态，需配合辅助墩起顶70 cm，此时，E2节点向上变形182 mm，下弦轴向变形170 mm，上弦轴向变形100 mm，竖向转角0.434%，28号墩塔顶向边跨侧偏85 mm。

主跨合龙后，斜拉索挂设至S36，31号墩侧边跨合龙，此时30号辅助墩需起顶40 cm，E2′节点向上变形89 mm，下弦轴向变形232 mm，上弦轴向变形190 mm，竖向转角0.26%，28，29号主塔均往边跨侧偏位，分别为183，114 mm。

同理计算26号(31号)墩侧边跨合龙口敏感性，结果见表2。

表2 26号(31号)墩侧边跨合龙口敏感性分析 mm

4.3 主跨合龙计算

跨中合龙时，28号塔侧主跨架设至Z81节段，200 t汽车吊随同Z81节段一同吊装到位，作为后期拆除架梁吊机之用，边跨全部架设完成，并完成公路桥面板结合；同时，为了控制主塔偏位，辅助墩起顶54 cm，并将辅助墩处起落顶作为调整合龙口位置的措施之一。

29号塔侧完成辅助跨合龙，边跨侧架设至Z4～Z5节段，主跨侧架设至Z81′～Z82节段，边跨公路桥面板未吊装，辅助墩起顶15 cm，斜拉索均挂设至34号，主跨合龙口状态见图5。

图5 主跨合龙口状态

此时，合龙口两侧计算高差6 mm，竖向转角分别为0.017%，0.031%，满足合龙条件。在此基础上计算分析主跨侧压重、对拉、长索拔出和钢梁整体纵向顶推及辅助墩起顶等调整措施对合龙口竖向位移和上、下弦轴向位移的影响，主跨合龙口敏感性分析结果见表3，用于指导主跨合龙时的微调。

表3 主跨合龙口敏感性分析 mm

续表3

5 合龙施工措施

5.1 边跨及辅助跨合龙措施

为便于钢梁合龙施工，主要采取以下施工措施。

1) 墩顶钢梁预偏。高程方向均较设计高程低30 cm；在纵桥向，辅助墩钢梁预偏3.0 m，边墩顶钢梁Z0～Z1因引桥侧空间有限，预偏距离不够，合龙口处的斜杆预留6.0 m嵌补段在上、下弦杆对接完成后拼装。

2) 合龙口杆件对接顺序。辅助跨按“下弦→斜杆→上弦”的顺序逐步对接合龙[5]；边跨合龙口斜杆因预留嵌补段，斜杆最后对接。

3) 墩顶节段线形调整。通过布置在墩顶的水平、竖向千斤顶调整合龙口的高程、转角及纵向间距。

4) 悬臂端线形调整。根据监控计算及敏感性分析数据，指导吊机压重对臂端钢梁线形进行微调。

5) 合龙口栓孔偏差调整措施。合龙口钢梁合龙螺栓孔对位时，为消除因钢梁自重及架梁吊机站位引起的合龙口两侧钢梁变形差异，将栓孔偏差控制在1 mm以内以便插打冲钉。按照钢梁悬臂架设过程布置的大节段对位措施，在合龙口两侧布置对拉、反压、斜向交叉对拉及斜杆对拉倒链实现栓孔偏差的调整。

6) 辅助墩起顶。在边跨合龙前，通过辅助墩墩顶钢梁起顶，调整合龙口钢梁线形，起顶装置利用结合段公路桥面板湿接缝浇筑前辅助墩需起顶1.0 m的措施，辅助墩起顶装置平面布置见图6，其中，中桁布置4台20 MN竖向千斤顶，两侧边桁共布置8台15 MN竖向千斤顶。

图6 辅助墩起顶装置平面布置

5.2 主跨合龙措施

5.2.1合龙段双母段匹配制造

主跨合龙段Z81′～Z82节段在制造厂内第十四轮总拼，第十四轮采用双母段匹配总拼焊接，Z75′～Z76′作为29号墩侧母段、28号墩侧Z81做另一侧母段；母段根据节段在上一轮次总拼后的实际状态进行定位，总拼完成后，Z81与合龙段间拼接板在胎位投定位孔，拼接板拆除后根据定位孔钻制其余孔。

5.2.2纵向调整措施

为确保合龙段起吊及合龙段与Z80′对接时，合龙口间距满足施工要求，提前对合龙口间距(即纵向姿态)进行调整[6-8]，在28，29号墩抗风牛腿与主塔之间分别布置4台8 MN千斤顶(边跨侧)、2台6.5 MN千斤顶(主跨侧)，在主跨合龙段起吊之前，解除28，29号墩纵向抗风牛腿约束，将两侧钢梁分别向边跨侧顶推20 cm，主跨合龙纵向调整措施平面布置见图7。

图7 主跨合龙纵向调整措施平面布置

5.2.3高程及转角调整措施

主跨合龙前，利用辅助墩墩顶钢梁起落顶初步调整合龙口竖向位置，27号辅助墩由于浇筑结合段湿接缝已起顶至1.0 m，需要落顶46 cm至54 cm；30号墩起顶(落顶)至15 cm，如果合龙口高差过大，可继续利用辅助墩处起落顶，调整合龙口悬臂端钢梁高差。

合龙口高差经初步调整后，通过合龙口两侧桥面汽车吊的纵向移动进行精确调整，移动时上、下游两幅的汽车吊同步移动，避免对合龙口横桥向姿态产生影响。

下弦竖向高差调整到位后，尽快打入合龙铰，将合龙口两侧钢梁高差方向锁定[7-8]。合龙铰结构设置在Z81节段钢梁下弦杆腹板位置，设直径102 mm、长200 mm的长圆孔，钢梁弦杆腹板开直径102 mm圆孔，配备直径100 mm锥形销轴，通过销轴插打实现竖向高差快速锁定。

5.2.4横向调整措施

由于跨中悬臂长度大，根据敏感性分析可知，横向偏差调整比较容易，在公路面、铁路面各配置4台100 kN对拉倒链，进行横向对拉，消除合龙口两端钢梁横向轴线偏差，实现轴线一致。

6 线形测量及施工监控

钢梁悬臂架设过程中通过钢梁载荷、索力调整，控制主塔偏位，保证钢梁线形按照既定要求架设，同时确保结构线形和内力满足设计要求，最终实现钢梁顺利合龙。

6.1 线形测量

合龙施工测量是在桥面、主塔荷载基本不变的情况下测量两合龙口钢梁姿态。在合龙前1～2 d对合龙口钢梁姿态进行连续测量，通过测量数据分析因环境温度变化引起的合龙口姿态变化规律，找到最适合的合龙时机及明确纵向顶推距离。根据现场实测结果通过斜拉索张拉索力、钢梁节间配重等措施调整主梁线形，确保架设至合龙口时，合龙口两侧钢梁线形一致。

6.2 施工监控

施工监控的目的是保证桥梁结构成桥时结构受力合理、线形平顺，通过对施工过程中各工况结构应力、线形的监控，确保在符合规范和设计要求的状态下，对施工过程进行必要的优化论证分析，主要通过载荷布置、斜拉索索力控制钢梁线形，方便施工，高效、快捷的完成合龙施工任务。

7 结语

沪苏通长江公铁大桥是世界上首次采用“整节段三桁结构，多点主动对接合龙”的工程，施工难度大，缺少成熟经验可以借鉴。技术团队经过认真研究方案，同时根据实际施工进度，合理调整全桥合龙顺序，充分利用边墩及辅助墩顶预留的三向调节措施、辅助墩顶已有的大吨位起顶措施，以及主塔墩旁的悬臂施工抗风牛腿作为合龙口的辅助调整措施，通过细致的监控计算及合龙口敏感性分析，为钢梁最终的顺利合龙制定了切实可行的方案。

该桥于2019年9月20日完成中跨零误差合龙，同时刷新了大跨度公铁两用斜拉桥的记录，首次将该类型桥梁跨度突破至千米以上，为大节段钢桁梁施工技术的推广应用提供参考具有实用的价值。