鹅公岩轨道专用桥斜拉-悬索体系转换施工技术

章耀林

（中国铁建大桥工程局集团有限公司设计研究院，天津 300300）

1 工程概况

鹅公岩轨道专用桥位于既有鹅公岩长江公路大桥上游70 m 处。受景观、通航及地形等因素影响，轨道专用桥采用既有公路悬索桥桥型并对孔布置（图1），桥跨布置为50 m（锚跨）+210 m（边跨）+600 m（中跨）+210 m（边跨）+50 m（锚跨），是世界上最大跨度的自锚式悬索桥。该桥加劲梁锚跨为预应力混凝土箱梁结构，锚固段为钢筋混凝土箱梁结构，其余梁段为钢箱梁结构，见图2。

图1 鹅公岩轨道专用桥总体布置（单位：m）

图2 鹅公岩轨道专用桥加劲梁结构（单位：m）

2 加劲梁总体施工方案

不同于地锚式悬索桥先施工主缆和吊索然后施工加劲梁，自锚式悬索桥通常先施工加劲梁然后施工主缆和吊索［1]。鹅公岩轨道专用桥锚固段及锚跨混凝土箱梁采用支架现浇施工；边跨钢箱梁从主塔处往锚跨方向顶推施工［2-3]。由于长江通航及桥下净空高度大，采用常规方法施工加劲梁比较困难且不经济，故在主塔顶设置高42.5 m 的临时钢塔，临时钢塔与加劲梁之间设置16 对临时斜拉索。采用斜拉扣挂法分节段施工中跨钢箱加劲梁，形成临时斜拉桥。钢箱加劲梁由船舶水上运输、架梁吊机梁面起吊。待全部加劲梁施工完成后进行斜拉-悬索体系转换，最终形成悬索桥［4-8]。

3 斜拉-悬索体系转换施工

3.1 体系转换初始状态

体系转换的初始状态为临时斜拉桥成桥状态。临时斜拉桥采用64 对128 根平行钢丝索。除LES8—LES16，LWS8—LWS16 斜拉索梁端分别集中锚固于锚固段锚固横梁处外，其余斜拉索梁端均锚固于钢箱梁上的锚点上，纵向水平间距为15 m或30 m。斜拉索塔端均锚固于临时钢塔内，其理论锚点竖向间距为2.0 m。临时斜拉桥总体布置见图3。

图3 临时斜拉桥总体布置（单位：m）

3.2 临时斜拉桥加劲梁成桥线形

临时斜拉桥采用悬索桥成桥线形进行安装，成桥后通过调整临时斜拉索索力，将加劲梁线形调整至悬索桥成桥线形去除二期恒载的线形［4-5]。由于临时斜拉桥成桥后的斜拉索索力小于临时斜拉桥成桥过程中的索力，因此在临时斜拉桥成桥后增加斜拉索索力至成桥过程中的最大索力，既可以充分利用斜拉索的承载力，又可以提高加劲梁线形，减少斜拉-悬索体系转换时吊索接长杆长度，降低吊索安装难度。

3.3 体系转换施工

体系转换要求在保证结构安全的前提下［9-10]，尽可能地减少工序、设备配置等工作。该桥斜拉-悬索体系转换的过程是吊索安装、斜拉索拆除的过程，可分为3个阶段。

1）加劲梁线形调整

从塔底往塔顶依次张拉斜拉索；东西方向对称调索，中跨和边跨对称进行。其中，1～11 号斜拉索索力调整1次，12～16号斜拉索索力调整2次。

2）吊索安装

利用猫道和牵引系统完成主缆架设，然后支架原位现浇施工锚跨混凝土箱梁，最后安装吊索。吊索采用缆索吊机安装，将检修车作为吊索梁端张拉操作平台，见图4。

图4 吊索张拉操作平台布置（单位：mm）

吊索从桥塔处分别往跨中和锚跨方向安装。吊索安装过程中25 对吊索1 次拉张到位，10 对吊索2 次张拉到位，4 对吊索3 次张拉到位。吊索施工步骤、伸长量和张拉力见表1。表中带括号的数据表明对应的吊索需要2 次或3 次张拉到位，如LM6 吊索需要经过第14，15，16 三个步骤共3 次张拉到位，对应的吊索伸长量分别为1381，357，303 mm，对应的吊索张力分别为2972，2054，2018 kN。

吊索施工前，主索鞍需往边跨方向预偏。在吊索施工过程中，主索鞍从边跨往中跨方向分8 次顶推。主索鞍顶推时机及顶推位移见表2。

3）临时斜拉索拆除

吊索安装完成后拆除临时斜拉索。临时斜拉索拆除设备与其安装设备为同一套设备，拆除顺序与安装顺序相反。第3，4 号斜拉索由于索力较小最先拆除，其余斜拉索则从塔顶往塔底方向对称拆除。第10号斜拉索拆除后，主索鞍一次顶推至设计位置，其中13#主索鞍顶推位移为27 mm，14#主索鞍顶推位移为45 mm。

3.4 吊索施工设备配置

吊索张拉设备包括千斤顶、撑脚、张拉杆等。设备配置的总体思路为：根据张拉力及张拉量，按照所需设备最多的步骤选择设备的规格和数量，且设备能够倒用，满足其他步骤的施工需要。边跨和中跨吊索张拉力最大值约为4200 kN。考虑一定的安全余量，选用4500 kN 规格的千斤顶，共计16 个；张拉杆承载力与千斤顶匹配，共计16根。

表1 吊索施工步骤、伸长量和张拉力

表2 主索鞍顶推时机及顶推位移

由于每根吊索的张拉量不同，需综合各种因素确定张拉杆的长度。张拉杆总长度为：张拉杆旋入锚杯内长度+锚杯端部到球型支座顶面距离+撑脚高度+千斤顶高度+张拉杆螺母高度+张拉杆露出螺母长度。计算得到所需张拉杆总长度为3130 mm。考虑受力及施工方便，张拉杆分段接长。与吊索锚杯连接的为张拉杆1，长度为2000 mm，承载力为4500 kN。用于接长的张拉杆2 长度为1300 mm，张拉杆3 长度为650 mm。计算表明用于接长的张拉杆2或张拉杆3拆除时最大张力约3000 kN，故其承载力按照3000 kN控制。吊索张拉杆配置见图5。

为满足吊索张拉需要，撑脚高度取950 mm。由于吊索位于风嘴内，风嘴开孔很小，因此撑脚壁板很薄，施工时应选取与撑脚直径接近的千斤顶或在千斤顶下抄垫刚性垫块，以免撑脚顶板受弯，保证撑脚支腿接近轴心受力从而提高其承载力，确保吊索安装安全。

图5 吊索张拉杆配置（单位：m）

4 结语

鹅公岩轨道专用桥的斜拉-悬索体系转换是一个十分复杂的过程。通过定性、定量分析，确定了体系转换的初始状态、吊索的安装顺序、斜拉索的拆除时机等，从理论上保证了体系转换过程的高效、安全、经济性，最终成功应用于工程实践，可为同类桥梁施工提供借鉴。