铁路混合梁斜拉桥配切合龙技术研究与实践

赵春斌 （中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215131）

1 引言

混合梁斜拉桥集钢梁和混凝土梁优点于一体，满足了大跨度、建设条件及经济性的要求，在千米级乃至更大跨度斜拉桥方案中具有独特的竞争优势。中跨合龙为大跨度斜拉桥建设过程的关键环节。

宁波铁路枢纽甬江特大桥作为国内首座大跨度铁路钢箱混合梁斜拉桥，其主梁合龙方案采用了配切合龙，实践过程对大跨度钢箱混合梁斜拉桥主梁的合龙方案和关键技术进行了研究。

2 工程概况

宁波铁路枢纽甬江特大桥的孔跨布置为（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m，主跨 468m 混合梁跨越甬江，边跨采用预应力混凝土箱梁作为锚固跨。钢箱梁与混凝土梁衔接处设置钢混结合段，位于主跨侧距索塔中心24.5m处。钢箱梁采用带风嘴的单箱五室截面，横桥向全宽20.932m，中心高度5.017m。全桥布置图如图1。

根据受力和刚度过渡要求，钢箱梁在不同区段采用了不同的板厚，共分6个区，7个梁段类型（钢混结合段除外）。钢箱梁标准节段长9m，最重181.2t，中跨合龙段长4.9m，重82.3t，全桥共计45个节段，钢箱梁三维图如图2所示。

图1 甬江特大桥主桥全桥立面布置图（单位：m）

图2 钢箱梁构造三维图

3 合龙方案

中跨为钢梁的斜拉桥主梁合龙通常有“配切合龙”与“加载合龙”两种方式。

“配切合龙”即根据合龙口实际测量长度，现场配切合龙段。该方案可在不解除塔梁临时约束条件下实现中跨合龙，但合龙段配切改变构件无应力状态，对成桥线型及内力存在一定影响，因此在实践中，往往采取在合龙段钢梁就位匹配后，结构焊接前对塔梁临时约束予以解除，在无应力条件下实现合龙。

“加载合龙”即合龙段按设计理论长度制造，合龙时根据实际温度，通过施加外力顶推或牵拉来调整合龙口宽度。方案不改变合龙段尺寸，主梁顶推施工需释放塔梁临时约束，随着跨径增大，顶推力及限位力相应增大，结构顶推变位后不易恢复。

本桥因边跨混凝土箱梁自重过大，顶推过程中会改变斜拉索倾斜角度，不确定因素多，顶推完成后难以恢复，故“顶推合龙”施工方法不适用于本桥。结合“配切合龙”施工方法的不利条件，为消除温度对合龙施工的影响，采用“半刚性配切合龙”的施工方法。即合龙前先将墩梁固结块体部分解除，合龙口临时锁定后，在低温稳定阶段，快速完全解除墩梁固结，防止温度产生梁体次内力。

3.1 合龙工艺流程

图3 配切合龙施工工艺流程图

3.2 合龙方案综述

标准节段钢箱梁拼装完成后，单侧桥面吊机回退2个节段，并在悬臂端施工水箱压重，同时调整两岸后三对斜拉索索力，使合龙口两侧线型、高程一致。合龙前两天持续监测合龙口长度，并换算至合龙温度，确定最终配切长度。另一侧桥面吊机提吊配切后的合龙段嵌入合龙口，采用型钢劲性骨架快速锁定合龙段宽度。同时解除主梁在索塔处的临时固结，合龙段匹配焊接，完成全桥合龙。

4 温度影响分析

甬江特大桥在8月份合龙，属于高温期合龙。通过合龙前2d的温度监测可知，白天最高温度梁面59.1～63℃，箱梁内 37.6～39℃。夜间稳定时段（23：00至 5：00）温度：梁面 26.6～27.3℃，箱内 26.5-28.4℃。钢梁昼夜最大温差出现在钢梁上表面顶板，达到35℃左右。

4.1 合龙前温度对钢梁高程影响

以合龙前（一侧吊机已吊起合龙段，另一侧吊机已后移并配重完毕）线型为高程零点，结构整体升温均与设计基准温度（16.6℃）比较。根据实测温度并经计算可知：结构整体升温35℃对结构高程影响在-3.7mm～12.1mm之间，影响较小且基本呈线性；而顶底板温差达到35℃时，对合龙前钢梁高程影响在-153mm～11.9mm之间，影响较大，如图4。

图4 整体升温及温差对高程影响

4.2 合龙前温度对钢梁长度影响

影响长度均在钢梁悬臂状态，结构整体升温均与设计基准温度（16.6℃）比较。结构整体升温35℃对钢梁长度影响在0～96.3mm之间，见图5。

图5 整体升温对钢梁长度影响

4.3 合龙后温度对结构线型影响

合龙后状态指：合龙段焊接完成，配重卸载后，吊机仍在桥面。以合龙后线型为高程零点，结构整体升温均与设计基准温度（16.6℃）比较。经计算，结构整体升温及顶底板温差对结构高程影响见图6。

由图可知，合龙后结构整体升温及顶底板温差对钢梁高程影响趋势基本一致，高程影响范围在-30mm～53mm之间。

4.4 合龙后温度对结构内力影响

图6 合龙后温度对高程影响

合龙后温度对结构内力的影响主要对桥塔临时结的影响。经计算，桥塔处临时固结的剪力见图7。由图可知：合龙后结构整体升温对临时固结影响较大，最大温度剪切力达到112852kN，因此，合龙段匹配完成后，必须在日出前解除桥塔临时固结。

图7 合龙后温度对桥塔临时固结的影响

5 关键技术

5.1 塔梁固结设置及解除

本桥塔梁固结支墩设置与索塔下横梁顶，混凝土主梁与索塔下横梁固结，支墩采用C30混凝土，内部设置66根Φ32钢筋，三根一束，L形布置。墩梁固结块体布置见图8所示。

图8 索塔墩梁固结布置图

合龙段施工前部分解除墩梁固结。墩梁固结解除原则：保证合龙口锁定后，墩梁固结能够快速解除，同时防止合龙段施工前梁体发生纵向位移。即提前凿除支墩底部10cm混凝土，暂时保留钢筋。合龙口锁定后，快速切割墩梁固结钢筋，实现主梁与固结体分离。

5.2 合龙口线型调整及测量控制

架设合龙段之前，拼装侧提前将预留配切长度的合龙段运送至拼装位桥面吊机下方，将实施荷载提前到位；将另一侧桥面吊机后退至20#节段，在22#节段钢梁上设置配重水箱，并注水配重，配重水的重量通过计算确定，保持与拼装侧的钢梁标高线型一致为准。

图9 水箱配重

对钢箱梁悬臂端头的梁面标高进行复测，选择温度较为稳定的时间段进行测量控制，一般选择在凌晨时间段。同时调整两侧后三对斜拉索，保持跨中合龙口呈“倒梯形”，以保证合龙段顺利喂梁。斜拉索调索选择在温度较低时间段即22点之后施工。

利用夜间温度恒定阶段，多频次测量合龙口几何尺寸、拼装姿态，根据实测数据换算拼装温度下合龙口长度及姿态，针对性配切合龙段。

5.3 合龙口临时锁定装置

合龙段吊装至设计位置，待达到合龙温度后，将合龙口临时锁定。合龙段截面共设置7组临时劲性骨架，顶板4组，顶板3组。顶板临时锁定装置分别布置在边纵腹板及中纵腹板对应位置，底板临时锁定装置分别布置在中箱及风嘴单元内部。临时锁定装置见图10所示。

图10 合龙段临时锁定装置布置图

6 成桥线型

调索完成后对钢梁线型进行了通测，以顶面轴线为控制位置，由测量数据可得：线型误差在-0.029m～0.04m之间，各钢梁块段标高误差满足设计要求。详见图11。

设计允许高程误差为△g=±[25+0.5×（x-25）]，其中△g—主梁线型允许误差，单位mm；x—距最近的索塔处支点距离，单位m。

图11 钢梁合龙后线型

7 结语

中跨合龙作为斜拉桥施工控制中极其重要的控制工序，其工序的质量和安全直接影响到成桥状态。甬江特大桥合龙段长4.9m，重82.3t，施工环境复杂。通过对合龙温度、合龙锁定措施、合龙前的钢梁姿态调整配切、体系转换等关键技术进行深入研究，在全桥无应力状态下顺利完成合龙，钢梁线型平顺，且满足设计要求，控制成果令人满意。