黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁主跨主动快速合龙施工技术研究

1、黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁主跨主动快速合龙施工技术研究张德致，张露，刘喜惠，杨正伟( 中铁大桥局集团第五工程，江西 九江 332001)摘 要:黄冈公铁两用长江大桥主桥为双塔双索面斜主桁双层桥面大跨度钢桁梁斜拉桥，主跨 567m、斜主桁倾斜角度 20 3532，均为世界同类型桥梁之最，主梁设计为上宽下窄的倒梯形截面，全桥设 1 个合龙口，采用 70t 全回转架 梁吊机散拼架设。创造了一种纵向大位移顶推装置用于满足主动合龙时主梁大范围纵移的需要，通过敏感性分析 深入研究各项合龙调整措施的效果及规律，并选出满足主动快速合龙要求的措施去完成主梁合龙，最终只用 5h 就完 成了主桁 4 根弦杆同步高精

2、度合龙，成桥线形流畅，各项指标完全满足设计要求。 关键词:公铁两用桥;斜主桁;钢桁梁斜拉桥;大跨度;主跨主动快速合龙;技术研究中图分类号:TU528面，上层桥 面为双向 4 车道高速公路主桁间距为宽 27 5 m，下层桥面为双线铁路宽 16 m，使 2 片主 桁向外倾斜达 20 3532 。 主桁节间长度 13 5 m， 全桥共 90 个节间，其中两边跨各 24 个节间，主跨 42 个节间，跨 中设 1 个合龙段。主桥钢梁采用半 漂浮体系结构体系，每个主塔及桥墩处 两片主桁 下均设有纵向为活动、横向具有限位功 能的球型 铸钢支座，两主塔下横梁与主桁之间设 3000 kN 的 纵向液压阻尼装置1

3、，2。工程概况武汉至黄冈城际铁路黄冈公铁两用长江大桥 ( 以下简称黄冈长江大桥) ，主桥为(81 + 243 + 567+ 243 + 81 ) m 的双塔双索面斜主桁钢桁梁斜拉桥 如图 1 所 示，桥 塔 为 H 形 钢 筋 混 凝 土 结 构，塔 高 193 5 m( 含塔座) ，斜拉索采用平行钢丝斜拉索， 共有 152 根，主梁为 N 形桁式结构，横断面为上宽 下窄倒梯形截面形式如图 2 所示。主梁为双层桥1图 1 主桥立面布置( m)钢梁合龙总体施工方案根据黄冈长江大桥钢桁梁的结构特点及桥位处 的地质水文条件，钢梁总体施工方案是利用 70t 全 回转架梁吊机进行散拼架设3，4，共分为

4、4 个步骤 如图 3 所示。步骤:分别在 2# 、3# 主塔墩下横梁顶 上拼装墩顶 4 节间钢梁5，6;步骤:分别以两主塔 为中心，对称悬臂架设钢梁和挂设相应斜拉索7， 直至主跨合龙段施工前工况; 步骤: 钢梁主跨合 龙;步骤:挂设最后 1 对斜拉索，继续悬臂拼装完 成边跨剩余节间钢梁。2图 2 主梁横断面布置( m)张德致等:黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁主跨主动快速合龙施工技术研究第 7 期103图 3 钢桁梁架设施工步骤从实际来讲，钢梁主跨合龙包括了从开始架设墩顶 4 节间钢梁直至完成合龙段施工整个过程，可 分为 2 个阶段。1) 架设阶段:架设墩顶 4 节间钢梁， 然后对称悬臂架设相应钢梁

5、直至合龙前状态，期间 全程主动控制钢梁架设线形，最终确保合龙口钢梁 线形满足要求并尽可能做到最优，为主跨顺利合龙 打下坚实根底;2) 合龙阶段:通过理论分析比拟，选 择效果好操作简便的调整措施加以实施，完成钢梁 主跨合龙。法研究，墩顶 4 节间钢梁精确定位研究，钢梁临时锁定及横向抗风措施研究，提高钢梁架设过程中操作 人员平安性、确保施工质量及线形的可移动式整体 平安施工脚手平台研究3，4，8等。钢梁悬臂架设的线形控制两主塔墩顶 4 节间钢梁均已架设完成并锁定， 即其线形及相应支点的高程、平面位置均已锁定， 以此为根底，分别悬 臂架设 2 # 、3 # 主塔钢梁的 19 、 18 个节间直至合龙

6、前状态，过程中采用主动测量 及时纠偏技术，对每完成一个节间架设 及斜拉索 张拉后的监控数据进行分析总结如图 4 ，5 所示， 根据线形偏差情况研究制定下一节间钢梁架设是 否需采取及时纠偏微调方案，即 在不适配主桁拼 接板的前提下，通过采用局部小冲钉对 线形进行 调整，确保钢梁悬臂架设线形，为钢梁主跨合龙打 下坚实的根底。3 1架设阶段钢梁线形的主动控制技术合龙前全桥共架设钢梁 82 个节间，首先架设两 主塔墩顶各 4 个节间，然后分别对称悬臂架设 2# 塔 38 个节间、3# 塔 36 个节间。针对该桥为斜主桁大 跨度斜拉桥、节间数量多、施工时间长、线形控制难 度大的特点，主要开展了多角度空间

7、斜腹杆安装方3图 4 主桥钢梁架设拱度与理论值的比照分析举例说明，假设钢梁轴线偏移已偏上游 20mm， 需要调整至 10mm 以内，具体步骤如下:第一步:配备相应规格的冲钉。黄冈桥高拴有 M30、M24 两种规格，根据?钢梁制造规那么?规定其螺 栓孔径分别为 33mm( + 0 7，0) 和 26mm( + 0 7， 0) ，现场拼装标准冲钉为 32 8mm( + 0 05，0 ) 和图 5 主梁钢梁架设轴偏与理论值的比照分析长，再将拼接板其余部位按照螺栓孔数量的 50% 比 例插打 32mm 冲钉，插打完毕后吊机有意识地向下 游摆动使杆件绕 32 8mm 定位冲钉向下游转动;第三步:正常安装

8、斜杆。在上游下弦杆前端与 已架节间的下游侧之间布置组 2 的滑车组，采用 10t 导链进行斜拉，使上游下弦杆绕 32 8mm 定位冲 钉向下游平面转动( 前端最大相对偏转不得超过 10mm) ，并对纠偏量进行测量;第四步:安装上游侧下弦杆高栓并终拧，高栓初 拧时先施拧顶、底板面拼接板高栓，再施拧腹板面拼 接板高栓;25 8mm( + 0 05，0 ) ，特 制小冲钉为 320 05，0) 和 25mm( + 0 05，0) ;mm( +第二步:通过架梁吊机分别吊装上、下游侧下弦杆，安装时先在下弦杆顶、底板拼缝两侧的拼接板中 心位置各用 4 颗 32 8mm 冲钉定位来确保钢梁梁甘肃科技第 30

9、 卷104第五步:安装铁路桥面板，与上游下弦杆连接的横梁部位拼接板按正常施工要求采用 25 8mm 冲 钉定位，其余两个面通过在铁路桥面板上焊接马板 牛腿来承受桥面板的自重并调平桥面板，再将与已 架设节间桥面板连接的纵梁部位拼接板根据实际情 况插打 25mm 冲钉，最后再安装铁路桥面板上游横 梁及纵梁高栓并终拧;第六步:在桥面板与下游侧下弦杆之间设置千 斤顶，使下游侧下弦杆绕 32 8mm 定位冲钉向下游 平面转动( 前端最大相对偏转不得超过 10mm) ，并 对纠偏量进行测量。再对铁路桥面板与下游下弦杆连接的横梁部位拼接板根据实际情况插打 25mm冲钉，最后再安装下游侧下弦杆和铁路桥面板下游

10、 横梁处高栓并终拧。横向纠偏调整完毕。3 2确定合龙前施工状态合龙前施工状态主要包括钢梁架设、吊机站位、斜拉索张拉及千斤顶布置等，选择适宜的施工状态，合龙将事半功倍。具体施工状态( 如图 6 所示)。2# 、3# 主塔钢梁分别完成 21# 节间、20# 节间的架 设;架梁吊机均位于 20# 节间上;均完成 18# 斜拉索 初张拉，且千斤顶位于 18# 索位。图 6 合龙前施工状态总体布置钢梁主跨合龙段为 3# 塔钢梁 L21( AE44 AE45) 节间，其合龙口详细状态如图 7 所示。图 7合龙口状态别和每个变量变化的规律及量级，具体情况如下。合龙调整措施及其敏感性分析4温度变化温度的变化会

11、改变钢梁相关变量，有系统温度 变化、有公路面铁路面温差变化、有塔纵桥向两侧温 差变化、有斜拉索温度变化等，其中系统温度在晚上 的变化规律较容易掌握，其他的变化受日照、风等多 种因素影响，不容易掌握其规律。由敏感性分析成 果可知，整体升温 10，可以使钢梁合龙口两端分别 向前产生 34mm 的轴向 x 位移( 合龙口纵向间距减 小 68mm ) ，整体降温反之。因此可以利用整体升降 温对钢梁合龙口端头纵向位置进行微调，但系统温 度的变化是不可人为控制的，是被动的调整措施，需 要等待适宜时机，不满足主动、快速合龙的要求。4 1钢梁合龙时调整的目标就是合龙口两端的线形到达梁体顺桥向的转角匀顺、标高相

12、同、顺桥向间隙 与杆件长度匹配、桥轴线对齐。具体量化的话就是 合龙口两端钢梁 4 个变量的调整，其分别为轴向 x 位移、横向 y 位移、竖向 z 挠度、绕 y 转角，这 4 个变 量的坐标系为:沿纵桥向从 2# 塔指向 3# 塔为 x 正方 向，沿横桥向从上游指向下游为 y 正方向，竖直方向 从下指向上为 z 正方向。钢梁的调整措施很多，有温度变化、梁面压重、 调整斜拉索、纵向顶推、合龙口平面横向对拉、架梁 吊机对提钢梁等，其中有被动措施，更有主动措施。 在合龙前，利用中铁大桥院开发的 3Dbridge 斜拉桥 空间有限元分析软件，分别对每个调整措施进行敏 感性分析研究，从而得出每个措施影响到

13、的变量类4 2梁面压重梁面压重可分为静态压重和动态压重两种。 静态压重，根据压重效果、吊机站位、操作方便张德致等:黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁主跨主动快速合龙施工技术研究第 7 期105千分弧度的绕 y 转角;主跨 18# 索每根索索力增加100t，合龙口整体产生 39mm 的竖向 z 挠度和 0 27 千分弧度的绕 y 转角;主跨上游侧 18# 索索力增加 100t，合龙口上游产生 20mm 的竖向 z 挠度，下游产 生 17mm 的竖向 z 挠度，同时产生 0 12 千分弧度的 绕 y 转角和 7mm 的横向 y 位移，即主跨 18# 索单 侧不对称张拉，由于钢梁横断面刚度使得合龙口整 体产

14、生竖向 z 挠度，同时由于单侧偏载使得合龙口 钢梁横断面产生整体扭转和横向位移( 两侧上弦产 生 3mm 高差和 7mm 的横向位移)。调整斜拉索为 主动调整措施，操作方便、快捷，对竖向 z 挠度和绕 y 转角的调整效果比拟明显，可作为竖向 z 挠度和绕 y 转角调整的主要措施。同时单侧不对称索力调整也 可以使得钢梁断面整体扭转，但量级太小，且产生附 加横向位移，所以，不宜用来调整钢梁横断面扭转。等因素选择两主塔钢梁主跨 L19 节间公路面上下游两侧( 上弦杆附近) 为固定堆载压重区。由敏感性 分析成 果 可 知，上下游堆载区分 别 压 重 100t ( 共 200t) ，合龙口整体产生 11

15、5mm 的竖向 z 挠度和0 57千分弧度的绕 y 转角;上游单侧压重 100t，合龙 口上游产生 75mm 的竖向 z 挠度，下游产生 60 mm 的竖向 z 挠度，即在单侧不对称压重下，由于钢 梁横断面刚度使得合龙口整体产生竖向 z 挠度，同 时由于横向偏载使得合龙口钢梁横断面产生整体扭 转( 两侧上弦产生 15mm 高差)。压重为主动调整 措施，对竖向 z 挠度和绕 y 转角的调整效果非常明 显，其次通过单桁不对称压重，还可以调整钢梁断面 扭转，但压重材料临时的组织、运输及吊装较为繁琐 缓慢，所以，只适合于可提前进行的预压重。动态压重，在钢梁公路面的运梁台车上放置重 物( 如钢梁杆件)

16、，根据调整需要使运梁台车停放在 主塔墩与合龙口之间能到达的不同位置，从而到达 调整合龙口的目的，操作较为方便快捷，可作为竖向 z 挠度和绕 y 转角调整的辅助措施。4 3 调整斜拉索根据斜拉索张拉千斤顶资源数量、各对斜拉索 调整效果及现场情况，选择通过 18# 斜拉索的张拉 与放张来调整合龙口钢梁相关变量参数。由敏感性 分析 成 果 可 知，中、边 跨 18# 索 每 根 索 索 力 增 加 100t，合龙口整体产生 63mm 的竖向 z 挠度和 0 35纵向顶推根据钢梁合龙需要，合龙口两端钢梁必须能大 行程、高精度纵向移动，因此，对钢梁轴向 x 位移调 整设置了两级调整措施，一级为大范围的粗

17、调，即充 分利用现有的钢梁临时锁定及横向抗风装置，将原 钢牛腿与塔柱之间的抄垫更换为 500t 千斤顶，从而 改制成为“钢梁纵向大位移顶推装置;另外一级为 小范围的细调，即在合龙口上、下弦杆的顶板上安装 “合龙口顶推调整装置如图 8 所示，用以对合龙口 轴向 x 位移进行微调。4 4图 8 合龙口顶推调整装置甘肃科技第 30 卷106由敏感性分析成果可知，钢梁沿纵桥向向边跨侧每顶推 200t，合龙口产生 42mm 的轴向 x 位移和 22mm 的竖向 z 挠度。纵向顶推为主动调整措施， 且分为粗调、精调两级，操作精准、方便、快捷，对轴 向 x 位移的调整效果非常明显，附带产生竖向 z 挠 度，

18、作为轴向 x 位移调整的主要措施。公路面、铁路面设置水平面面内横向对拉装置如图9 所示，根据调整前合龙口的相对横向 y 位移有方 向性的安装对拉装置，通过对拉装置的收紧来调整 合龙口两端的相对横向 y 位移，直至两端吻合。由 敏感性分析成果可知，公路面合龙口两端横向对拉 10t，可使其相对横向 y 位移减小 24mm;铁路面合龙 口两端横向对拉 10t，可使其相对横向 y 位移减小 22mm。合龙口平面横向对拉为主动调整措施，操作 方便、快捷、精准，对横向 y 位移的调整效果非常明 显，其作为横向 y 位移调整的主要措施。4 5合龙口平面横向对拉因为钢梁在每节间架设时严格执行过程控制，所以，合

19、龙口的绝对横向 y 位移值很小且远远小于标准值，但合龙口两端之间还是存在细微的相对横 向 y 位移，根据实际情况有方向性的在钢梁合龙口图 9 横向对拉装置上、下游弦杆产生 42mm 相对高差，铁路面上、下游架梁吊机对提钢梁4 6在实际情况中，合龙口两端钢梁横断面上、下游两侧竖向 z 挠度均存在细微的高差( 即横断面整体 扭转) ，且不一致，因此，两横断面之间就存在横断 面整体相对扭转，根据相对扭转情况，利用合龙口两 端架梁吊机分别对 A45、A44 相应节点进行互相对 提如图 10 所示，提升力控制在 50t 以内，从而减小 两横断面之间的相对扭转，直至两端吻合。由敏感 性分析成果可知，当提升

20、力均为 50t 时，可使公路面弦杆产生 26mm 相对高差，同时附加产生细微的横向 y 位移( 可以利用合龙口平面横向对拉措施轻松 调整) ，此措施调整的量级远大于现场实际需要调 整的数值，即完全能满足实际调整需要。架梁吊机 对提钢梁措施为主动措施，操作方便、快捷、精准，对 钢梁横断面整体扭转的调整效果非常明显，其作为 相应调整的主要措施。图 10 合龙口顶拉调整装置张德致等:黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁主跨主动快速合龙施工技术研究第 7 期1075 4钢梁向边跨侧纵移 15cm利用“钢梁纵向顶推装置克服钢梁自身的不 平衡索力，分 别将两主塔钢梁往边跨侧顶推纵移 15cm( 相对于纵向约束解除前

21、的初始状态) ，为合龙 段主桁杆件的安装预留出足够的空间，同时也确保 钢梁合龙段杆件安装后( 仅一端连接) 不会因温度 变化而相互抵触。5 5安装合龙段主桁杆件1) 安装合龙段 2 根下弦杆如图 11 所示，将杆件 吊装到位，安装杆件与钢梁 E44 节点的全断面拼接 板，按要求插打冲钉。另一端带长圆孔的腹板拼接 板安装到 2# 塔钢梁 E45 节点上，且此拼接板与合龙 杆件之间不连接( 等待合龙时连接);合龙步骤9，1055 1 总体概述对钢梁做一个全面监测，根 据各项调 整 措 施 的敏感性分析成果制定合龙口钢梁调整方案，将 钢梁调整到监控预设状态，然 后对合龙口进行连 续监测，利用实测数据

22、复核理论值，从而得出各种 影响因素对合龙口两端钢梁 4 个变量的影响规律 和量级。利用“钢梁纵向顶推装置将两主塔钢梁 向边跨侧纵移 15 cm，从而为合龙段主桁杆件的安 装预留出足够的空间，先 安装 2 根下弦杆到 E44 节点，再采 用专用的三维空间定位吊具安装斜杆 到 A44 节点，然 后安装 2 根上弦杆到 A44 节点， 最后将合龙 段 弦 杆 前 端 拼 接 板 ( 带“长 圆 孔 + 圆 孔) 安装到 E45 / A45 节点处。结构上采用“长圆 孔 + 圆孔合 龙铰技术9，10，采用主动合龙方式， 根据合龙时实测数据和各项调整措施敏感性分析 成果，有针对性地选择调整措施，循序渐进

23、地将合 龙口钢梁的空间三维 4 个变量调整到位，按 先合 龙弦杆，再 合龙斜杆的顺序依次进行，实现钢梁主 桁杆件精确合龙，然后施拧其高栓，同时开始 2# 塔 主跨 L21( A44 A45) 节间钢梁的高栓和焊接施工。 最后依次安装合龙段铁路桥面板和公路桥面板，并 施拧高栓，焊接桥面板。5 2将钢梁调整到预设状态 为满足后期钢梁合龙口 36h 连续监测要求，利用前述的调整措施，将钢梁调整到预设状态。轴向 x 位移调整:利用“纵向顶推措施 将其调整到预设 状态;竖向 z 挠度及绕 y 转角调整:利用 “调整斜拉 索和“梁面压重措施将其调整到预设状态;横向 y 位移调整:利用 “合龙口平面横向对拉

24、措施将其 调整到预设状态;横断面扭转调整:利用 “架梁吊机 对提钢梁措施将其调整到预设状态。钢梁是空间三维 4 个变量的调整，每项调整都 是相互影响的，所以，要利用前述调整手段循序渐进 地进行调整，最终将合龙段两端钢梁调整到预设状 态。5 3 合龙口 36h 连续监测合龙口两端钢梁调整到监控组预设状态后，需 要对合龙口进行 36h(2 夜 1 白天) 连续监测，广泛 进行试验测试，详细如实记录好各工况下的监测数 据，收集资料，掌握合龙口由于温度、日照、外力等变 化产生的变化规律，即明确各种影响因素对合龙口 两端钢梁 4 个变量的影响规律和量级。图 11 合龙段下弦杆安装2) 安装 2 根斜杆如

25、图 12 所示。先安装上口拼接板，插打冲钉到位，下口拼接板暂不安装，等 4 根 弦杆合龙完后再合龙斜杆;图 12 合龙段斜杆安装3) 安装 2 根上弦杆。安装方法与下弦杆相同。 至此，主桁杆件均完成单端安装，接下来就是准备合 龙主桁杆件。甘肃科技第 30 卷108梁调整措施并付诸实施，最终有效地解决了施工难题、降低了平安质量风险、缩短了施工工期和节约了 施工本钱，可为今后同类桥梁施工提供借鉴11。 参考文献:5 6合龙主桁 4 根弦杆1) 一切准备就绪，选择夜间温度较为恒定时段 进行主桁杆件的合龙。首先对合龙口进行全面监 测，然后对相应变量进行调整;2) 利用“纵向顶推措施分别将两主塔钢梁向

26、主跨侧纵移，同时利用各项调整措施对其他 3 个变 量进行实时微调，现场实时观察合龙口 4 根弦杆两 侧腹板长圆孔相对情况，直至将长圆孔销轴插入长 圆孔内，使合龙口两端 z 方向互相约束;3) 继续将两主塔钢梁向主跨侧纵移，同时根据 需要对相关变量进行微调，直至弦杆合龙点两侧腹 板圆孔重合，立即将圆孔销轴插入圆孔内，使 4 根弦 杆的合龙点形成铰接，并迅速完成剩余拼接板的安 装，并按要求插打冲钉。整个过程仅仅只用了 5h，就实现了主跨合龙段 4 根弦杆同步高精度合龙。同时需要注意的是在天 亮( 气温上升) 之前，解除所有钢梁纵向约束。1中铁大桥勘测设计院 黄冈公铁两用长江大桥施工图G 2021李

27、卫华，杨 光武，徐 伟 黄冈公铁两用长江大桥主跨 567m 钢桁梁斜拉桥设计J 桥梁建设，2021，28(2) :4 8刘杰文，张红心，周明星，等 黄冈公铁两用长江大桥 施工关键技术J 桥梁建设，2021，28(2) :14 18 邓永锋，周明星 黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁架设 技术研究J 桥梁建设，2021，28(2) :41 49 张红心 武汉天兴洲公铁两用长江大桥 3 号主塔墩墩 顶 4 节间钢桁梁拖拉架设施工J 桥梁建设，2021，23 (3):5 7邓永锋 黄冈公铁两用长江大桥桥塔墩顶 4 节间钢梁 架设方案J 桥梁建设，2021，27(2) :7 12 左宏献，张士轩，付东 黄冈公铁两用长江大桥斜拉索 安装技术J 桥梁建设，2021，28(2) :144 148 范万祥，张敏，陈宁贤 黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁 大悬臂架设抗风措施J 桥梁建设，2021，28(2) :111 118刘生奇，蒋本俊 武汉二七长江大桥跨中钢梁合龙施 工技术J 桥梁建设，2021