韓曉強(qiáng) 王勝虎 薛紅云 王超

1.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 工程管理中心，北京 100844；2.中鐵大橋局集團(tuán)第四工程有限公司，南京 210031；3.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600；4.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 工程質(zhì)量監(jiān)督管理局，北京 100844

1 工程概況

新建椒江特大橋?yàn)楹寂_(tái)鐵路關(guān)鍵控制性工程之一，位于臺(tái)州市椒江區(qū)。橋梁全長5.3 km，設(shè)計(jì)速度250 km/h；設(shè)計(jì)為四線鐵路橋，含兩條杭臺(tái)鐵路及兩條沿?？瓦\(yùn)專線［1］。

椒江特大橋主橋?yàn)椋?4+156+480+156+84）m 雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋（圖1），全長962.7 m，為半漂浮體系，梁塔分離。加勁梁采用兩片N 形桁式主桁，主桁高14 m，主桁中心距24.3 m，共68 個(gè)節(jié)間，鐵路橋面采用正交異性復(fù)合鋼橋面。斜拉索采用公稱直徑?7 mm、抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa 的平行鋼絲拉索，平面雙索面體系，扇形布置，全橋共60對(duì)索［2］。

圖1 椒江特大橋主橋橋跨布置（單位：m）

鋼梁縱向分節(jié)段制造，現(xiàn)場(chǎng)整節(jié)段起吊拼裝架設(shè)，鋼梁共41 個(gè)拼裝節(jié)段，其中13 個(gè)單節(jié)間節(jié)段和28個(gè)雙節(jié)間節(jié)段。節(jié)段均為全焊結(jié)構(gòu)，節(jié)段之間除上平聯(lián)交叉桿件、下弦桿頂板部位、橋面板橫縫為焊接外，弦桿的其他部位、斜桿采用高強(qiáng)度螺栓連接。主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段斷面結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段斷面結(jié)構(gòu)

主橋平面位于直線上，立面位于+1.3‰、-1.3‰的縱坡上，變坡點(diǎn)位于主橋中跨跨中。椒江特大橋主橋橋面設(shè)計(jì)坡度無豎曲線過渡，軌面設(shè)計(jì)坡度采用30 km 半徑豎曲線過渡，軌面設(shè)計(jì)縱坡豎曲線部分通過調(diào)整道砟厚度實(shí)現(xiàn)。

橋梁鋪設(shè)有砟軌道，采用單層道床結(jié)構(gòu)，除豎曲線外道砟厚度為415 mm。

2 施工方案及重點(diǎn)難點(diǎn)

主梁結(jié)構(gòu)縱橋向以中跨跨中為對(duì)稱，采用邊跨頂推、中跨懸臂吊裝的總體施工方案。邊跨頂推單側(cè)13節(jié)段，中跨懸臂吊裝單側(cè)7 節(jié)段，1 節(jié)合龍段。在主塔墩旁支架上組裝導(dǎo)梁和架梁吊機(jī)，吊機(jī)起吊整節(jié)段鋼梁，與導(dǎo)梁、鋼梁連接拼裝，隨拼裝完成向邊跨側(cè)階段性頂推，頂推施工階段不掛設(shè)斜拉索；中跨懸臂吊裝階段隨中跨節(jié)段拼裝對(duì)稱掛設(shè)中、邊跨側(cè)斜拉索，滯后架梁吊機(jī)前支點(diǎn)一個(gè)節(jié)間張拉一次斜拉索，斜拉索張拉到位后吊裝下一節(jié)段，邊跨側(cè)壓重混凝土澆筑與中跨側(cè)懸臂吊裝穿插進(jìn)行，直至中跨合龍。

施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析如下。

1）起吊重量大、對(duì)接精度要求高。整節(jié)段吊裝最大質(zhì)量972 t，節(jié)段間拼裝對(duì)接精度要求高，架設(shè)階段線形控制是重點(diǎn)。中跨懸臂吊裝階段要合理確定斜拉索初始張拉力，保證起吊架設(shè)時(shí)鋼梁結(jié)構(gòu)受力安全、架梁吊機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)不致溜車，同時(shí)確保兩側(cè)鋼梁在無應(yīng)力曲率狀態(tài)下按制造對(duì)接狀態(tài)順利合龍。

2）二期恒載占比大，線形控制難度大。主梁結(jié)構(gòu)自重?fù)Q算成線荷載按31 t/m 計(jì)算，而二期恒載為33 t/m，二者的比例為1∶1.06。二期恒載加載前后橋梁的位移、應(yīng)力響應(yīng)變化大。兩階段狀態(tài)的巨大差異給索力調(diào)整帶來了很大難度，不同階段索力調(diào)整對(duì)線形影響的規(guī)律和程度不同，二期恒載施工后索力控制線形的變化規(guī)律很可能與計(jì)算分析結(jié)果產(chǎn)生很大差異而造成線形與設(shè)計(jì)不符。

3）軌面高程易超高。大跨度鋼桁梁斜拉橋軌面高程易出現(xiàn)較設(shè)計(jì)偏高的情況，尤其是二期恒載中道砟的荷載與設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用的數(shù)據(jù)存在偏差，造成無法準(zhǔn)確分析線形受二期恒載影響的變化規(guī)律而造成線形失控。須要結(jié)合精準(zhǔn)的恒載分析成果，確定各階段斜拉索索力，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，最大程度保證成橋線形與設(shè)計(jì)線形擬合一致［2］。

3 施工線形控制關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)線形控制目標(biāo)，架設(shè)施工過程劃分成兩個(gè)階段［3-5］。①架設(shè)合龍階段：根據(jù)中跨合龍節(jié)段上下弦桿的無應(yīng)力曲率線形確定中跨合龍狀態(tài)，合龍前的架設(shè)階段都以精準(zhǔn)合龍為目標(biāo)進(jìn)行施工控制；②調(diào)整階段：結(jié)合二期恒載加載，通過調(diào)整斜拉索索力，達(dá)到設(shè)計(jì)成橋線形狀態(tài)。

3.1 施工線形控制原則

根據(jù)本橋的設(shè)計(jì)、施工特點(diǎn)，施工過程中采用以下線形控制基本原則。

1）兩個(gè)施工控制階段均遵循“線形控制為主、索力控制為輔”的基本原則。

2）各階段涉及的恒載據(jù)實(shí)修正，避免理論重量差異影響監(jiān)控目標(biāo)。

3）全階段橋梁支座不得出現(xiàn)拉力且壓力不超過支座承載能力。

4）采用無應(yīng)力狀態(tài)法進(jìn)行施工控制，以有限元軟件進(jìn)行主橋結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，以拋物線法進(jìn)行計(jì)算校核，以懸鏈線法計(jì)算斜拉索的無應(yīng)力索長，實(shí)現(xiàn)斜拉索無應(yīng)力長度與結(jié)構(gòu)分析的索力互換［6-8］。

3.2 主墩、橋塔預(yù)抬高措施

主墩、橋塔均為混凝土結(jié)構(gòu)，材料收縮徐變特性、承載條件下壓縮和變形，以及上塔柱壓縮降低索錨點(diǎn)、主墩下橫梁壓縮降低支承點(diǎn)等的影響，都會(huì)導(dǎo)致主梁成橋線形偏低。為消除混凝土結(jié)構(gòu)形變影響，對(duì)支座安裝高程和上塔柱斜拉索塔端錨點(diǎn)進(jìn)行預(yù)抬高，預(yù)抬高高程見表1。具體步驟：①支座的安裝高程實(shí)行“雙控”，即以支座豎向?qū)?yīng)的橋面測(cè)點(diǎn)高程進(jìn)行控制定位，以支座下支座板底面的安裝高程進(jìn)行復(fù)核定位。②斜拉索塔端錨點(diǎn)高程改變后，對(duì)斜拉索梁端、塔端水平傾角進(jìn)行相應(yīng)的修正計(jì)算。

表1 主梁支座下支座板預(yù)抬高高程

3.3 橋面絕對(duì)坐標(biāo)控制措施

1）在鋼梁制造階段嚴(yán)格復(fù)核結(jié)構(gòu)尺寸，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正，確保加工精度和節(jié)段匹配精度滿足設(shè)計(jì)要求。

2）施工現(xiàn)場(chǎng)通過橋面絕對(duì)坐標(biāo)系完成主梁無應(yīng)力曲率對(duì)接和軸線糾偏。絕對(duì)坐標(biāo)法指導(dǎo)大節(jié)段鋼梁拼裝不僅能消除橋面臨時(shí)荷載和環(huán)境因素影響帶來的偏差，而且能防止安裝誤差同向累積。

3.4 斜拉索張拉施工控制措施

斜拉索安裝時(shí)，初始拉力影響懸臂吊裝節(jié)段狀態(tài)，控制合龍線形，二次調(diào)索索力決定成橋線形。斜拉索初張以索力為控制指標(biāo)，二次調(diào)索以塔端錨杯拔出量為控制指標(biāo)。斜拉索正式張拉前，核查橋面臨時(shí)荷載情況，將固定荷載加載到結(jié)構(gòu)分析模型中，在計(jì)算確定的初始索力基礎(chǔ)上計(jì)入臨時(shí)荷載影響的索力增量。

斜拉索正式張拉安排在夜間，溫度比較恒定。斜拉索為梁端錨固、塔端張拉施工，分五級(jí)進(jìn)行，張拉過程中記錄塔端錨杯拔出量和千斤頂油壓表值，張拉結(jié)果采用塔梁數(shù)據(jù)相互校核。塔端錨點(diǎn)預(yù)抬值及斜拉索傾角修正見表2。當(dāng)塔端錨杯拔出量與油壓表值同步增大時(shí)記錄張拉到位的塔端索力；采用頻譜法測(cè)試斜拉索梁端索力，反算塔端索力；當(dāng)頻譜法計(jì)算索力與塔端索力的誤差在±5%以內(nèi)，則確認(rèn)斜拉索張拉到位。

表2 塔端錨點(diǎn)預(yù)抬值及斜拉索傾角修正

3.5 二恒加載與調(diào)索施工步序控制措施

成橋線形控制工作在主橋合龍時(shí)進(jìn)行，架梁吊機(jī)等臨時(shí)荷載移除后以成橋線形為目標(biāo)進(jìn)行施工控制。橋梁二期恒載占比大，加載后總體荷載顯著增加；道砟鋪設(shè)并經(jīng)搗固后的嵌鎖作用、鋼梁和軌道結(jié)構(gòu)的組合作用造成主梁剛度增大，且剛度的提高值不能有效準(zhǔn)確地量化；通過理論計(jì)算無法準(zhǔn)確在實(shí)施階段控制好成橋線形。同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)采用1 200 t 級(jí)千斤頂作為斜拉索張拉設(shè)備，雖較最大設(shè)計(jì)索力高出約25%，但仍存在工作能力受限的不確定性。若先進(jìn)行有砟軌道施工再進(jìn)行二次調(diào)索，鋼梁高程壓低后，就需要很大的索力恢復(fù)線形，可能無法通過調(diào)索恢復(fù)線形或?qū)嶋H索力超限，且所需張拉力無法量化。綜合考慮，主橋二次調(diào)索施工在道砟攤鋪前進(jìn)行。

3.6 調(diào)索精準(zhǔn)控制措施

3.6.1 二次調(diào)索準(zhǔn)備

1）道砟重度合理取值。結(jié)合五峰山長江大橋、滬蘇通長江公鐵大橋以及平潭海峽公鐵兩用大橋經(jīng)驗(yàn)［9］，本橋道砟重度采用17.5 kN/m3進(jìn)行計(jì)算，而非結(jié)構(gòu)計(jì)算中道砟重度21.0 kN/m3，規(guī)避大跨度橋梁線形控制中軌道高程偏高的常見現(xiàn)象。

2）梳理橋面臨時(shí)荷載，掌握主橋合龍后的結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)。將后續(xù)施工不需要的荷載移出主橋橋面范圍，將后續(xù)施工需要或暫時(shí)不能完全拆除的部分移到下橫梁位置處。橋面上未安裝完成的擋砟墻、護(hù)欄等附屬設(shè)施沿主橋縱向設(shè)計(jì)位置均勻放置；橋梁結(jié)構(gòu)上未安裝完成的聯(lián)系桿件放置在相應(yīng)設(shè)計(jì)節(jié)間的橋面上。產(chǎn)生荷載的設(shè)施和結(jié)構(gòu)梳理清楚后定量加載，重新計(jì)算反饋結(jié)果；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量斜拉索梁端、塔端錨杯拔出量作為校核；從理論和實(shí)際兩個(gè)層面掌握結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

3）測(cè)算主橋整體實(shí)際剛度。采用臨時(shí)荷載進(jìn)行代表性荷載-結(jié)構(gòu)-線形擬合試驗(yàn)，測(cè)算主橋合龍后的整體結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度。以架梁吊機(jī)自重作為試驗(yàn)荷載，架梁吊機(jī)向主墩處移動(dòng)，測(cè)量采集架梁吊機(jī)移動(dòng)指定節(jié)間距前后的橋面高程、塔偏及相應(yīng)斜拉索索力數(shù)據(jù)。試驗(yàn)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)指標(biāo)和理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，合龍后的鋼梁實(shí)際剛度與模型接近，可依據(jù)計(jì)算分析結(jié)論指導(dǎo)調(diào)索實(shí)施。

3.6.2 二次調(diào)索施工

1）二次調(diào)索與道砟施工順序：調(diào)索在塔柱內(nèi)從上向下進(jìn)行，主塔邊中跨同一索號(hào)（共4 根）的斜拉索同時(shí)調(diào)整；道砟施工從中跨跨中開始向邊跨方向攤鋪。

2）二次調(diào)索過程中測(cè)量各特征節(jié)點(diǎn)處測(cè)點(diǎn)高程以及橋塔塔偏。

3）每對(duì)斜拉索施工前需復(fù)核測(cè)量塔端錨杯拔出量是否與原拔出量一致，誤差限值為±5 mm。若錨杯實(shí)測(cè)拔出量誤差較大，應(yīng)暫停調(diào)索施工，待重新復(fù)核計(jì)算后再進(jìn)行施工。

3.6.3 局部調(diào)索達(dá)到成橋狀態(tài)

橋梁道床鋪設(shè)完成，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，中跨整體高程偏低且局部斜拉索索力不均勻。根據(jù)索力測(cè)量結(jié)果，通過有針對(duì)性地精準(zhǔn)確定局部調(diào)索措施，保證了斜拉橋索力均勻性，同時(shí)橋梁線形整體得到改善，更加趨近于設(shè)計(jì)線形。二次成橋最終索力見表3。

表3 二次成橋最終索力

4 線形控制結(jié)果

4.1 橋面及軌道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值對(duì)比

在考慮溫度荷載影響的情況下，成橋狀態(tài)下中跨跨中節(jié)點(diǎn)處橋面高程低于設(shè)計(jì)高程35.6 mm，滿足低于TB 10752—2018《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求的梁寬1/500（48.6 mm）的要求。主橋下弦桿實(shí)測(cè)橋面線形偏差見圖3。

圖3 主橋下弦桿實(shí)測(cè)橋面線形偏差

椒江特大橋主橋下弦桿實(shí)測(cè)橋面線形見表4?？芍鹤缶€、右線最大偏差分別為-35.6、-15.3 mm。橋面鋪架施工和大機(jī)搗固后采用軌道小車對(duì)主橋軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行了測(cè)量，并將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量（25 ℃）的軌面高程折算成基準(zhǔn)溫度（18 ℃）條件下軌面高程。與設(shè)計(jì)3‰軌面坡度比較，左線（杭臺(tái)下行）實(shí)測(cè)軌面高低偏差為-5.5～8.7 mm，跨中高程偏差為-5.2 mm。右線（杭臺(tái)上行）實(shí)測(cè)軌面高低偏差為-4.4～8.8 mm，跨中高程偏差為2.9 mm。靜態(tài)驗(yàn)收實(shí)測(cè)軌面與設(shè)計(jì)高程偏差滿足TB 10754—2018《高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》容許偏差10 mm要求。

表4 成橋橋面線形

4.2 動(dòng)態(tài)驗(yàn)收情況

椒江特大橋橋上軌道幾何狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)最大軌道質(zhì)量指數(shù)為3.9 mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范軌道質(zhì)量指數(shù)Ⅰ級(jí)偏差管理值7 mm要求。

5 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)縝密組織，通過精確計(jì)算實(shí)現(xiàn)了大跨四線鐵路鋼桁梁精準(zhǔn)合龍；通過理論研究計(jì)算，提前采取措施，施工實(shí)施階段加強(qiáng)控制，線形控制較好。經(jīng)重點(diǎn)難點(diǎn)分析，確定了線形控制原則，采取了主墩橋塔預(yù)抬高、主梁橋面相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)在架設(shè)階段控制合龍線形，斜拉索張拉控制、二期恒載與調(diào)索步序調(diào)整、精準(zhǔn)調(diào)索等系列措施，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)線形控制目標(biāo)。杭臺(tái)鐵路椒江特大橋已開通運(yùn)營，運(yùn)營過程中工作狀態(tài)良好。

近年來大跨度鐵路橋梁的線形控制面臨實(shí)際軌面高程與設(shè)計(jì)軌面高程存在較大偏差的問題，椒江特大橋在后續(xù)實(shí)施階段充分考慮道砟重度、線形精調(diào)等現(xiàn)實(shí)情況，針對(duì)性提出了相關(guān)技術(shù)對(duì)策，成功實(shí)現(xiàn)了橋面、軌面的線形目標(biāo)，可為同類工程提供指導(dǎo)借鑒。