中铁大桥局第七工程有限公司 湖北 武汉 430050
摘要：随着桥梁建设技术的发展，区别于传统的桥梁建设手段，越来越多的依托创新技术和现代化大型机械设备的新型施工工艺应用于现代桥梁建设工程中，并在不断的技术实践过程中突破和完善相关重要节点技术。桥塔作为桥梁上部结构中一种重要的受力形式越来越多的出现在大跨径悬索桥、斜拉桥组合体系桥的建设过程中。本文针对桥梁空间大体积桥塔施工，结合本公司2018年度在建重点项目工程之实践，对空间大体积桥塔竖转技术的实践与发展做一简单介绍，并针对未来桥梁施工中可能出现的快速化施工条件对桥塔竖转施工技术加以展望。
关键词：桥塔；空间大体积；钢塔竖转；工程应用
0 引言
早在超级工程港珠澳大桥九洲航道桥的建设过程中，桥梁建设中大体积、大重量钢塔的竖转难题已经被我国桥梁建设专家克服。在九州航道桥的设计、建设过程中，由于桥梁毗邻澳门机场，飞机起飞不到一分钟就将飞跃大桥上空，在常规施工过程中吊装设备要远高于桥塔本身，但是传统的吊装作业却无法付诸实际。因为在桥梁建设过程中航空部门要求在整个建设期间不能有任何设备的高度高于122米，而大桥桥塔已经达到120米。于是设计师采取了新的技术方案，现将索塔在陆地上预制完成，然后通过钢塔底座上的连接轴进行连接，通过巨大的钢缆牵引使整座塔从水平到90度垂直，一次竖转完成。
图1 九洲航道桥
而在公司2018年承建的太原迎宾桥建设工程中，桥梁空间大体积钢塔竖转技术再一次得到了应用。与九洲航道桥不同的是，迎宾桥钢塔的竖转并不是简单的垂直竖转。太原市迎宾桥主桥桥型采用倾斜独塔空间大角度双索面吊杆空间斜主缆自锚式悬索桥，倾斜独塔以及由斜主缆和空间吊索构成的独特结构体系。钢塔在钢塔拼装支架上进行拼装，拼装角度为钢塔底边 0o，拼装完成后，钢塔转体 68.45o才能到达设计位置。
1 太原迎宾桥钢塔竖转施工方案
钢塔竖转工程概况
主桥共有一个桥塔，桥塔高出桥面约 103m，全高 107.5m（至梁底）。立面倾斜角度 22.8o。桥塔主受力结构为六边形，通过外装饰板形成半椭圆截面。塔顶尺寸 4312×4000mm（顺×横）塔底尺寸 9817×6500mm（顺×横），顶底截面线型变化。受力结构板30mm，三个锐角处装饰板板厚 8mm。塔顶设有主缆上锚点和背索上锚点。塔内设有检修通道，塔顶设有避雷装置。钢塔竖转过程中需要考虑竖向自重荷载，水平方向风荷载，以及转体中间状态（工作状态）和就位状态（非工作状态）下的超工况荷载情况。
图2 迎宾桥立面和断面桥塔布置图
钢塔施工方案
钢塔在钢塔拼装支架上进行拼装，拼装角度为钢塔底边 0o，拼装完成后，
钢塔转体 68.45o到达设计位置。提升力由主跨侧 4 台 560t 连续式千斤顶提供。钢塔竖转所用临时结构有：压杆、上下铰座、前锚点、钢锚座、锚梁、拉杆、锚索等。
主要施工步骤
（1）钢塔加工制造
钢塔在工厂加工制造，制造完成后运输至施工现场，运输过程确保钢塔结构不受到损坏。
（2）钢塔拼装
钢塔采用现场组拼，拼装初始状态的水平夹角为0°，钢塔分19节拼装。
（3）后锚及拉压杆安装
分别在东、西侧安装锚固结构,然后在钢塔上临时安装支架拼装压杆，压杆
拼装完成后，安装拉杆和锚索。预拉拉索，使拉压杆张紧形成稳定的三角结构后再进行竖转工作。
（4）钢塔提升施工
利用东侧后锚处4台560t连续千斤顶逐级加载，保持同步，各台千斤顶之间预拉力差值不能超过20t，逐步预拉拉索和前锚索，每根前锚索预拉300t，4根锚索合计预拉1200t。利用拉压杆结构竖转钢塔，使钢塔脱离拼装支架约200mm，静止观察约24小时左右，待一切完全满足设计要求后，开始竖转。
（5）钢塔挂索施工
在竖转到位后，对接焊接钢塔。然后安装背索，同时利用履带吊拆除拉压杆。
2 钢塔竖转计算说明
2.1 风荷载计算
根据迎宾桥钢塔竖转专项方案要求，转体过程中状态下，要求最大风速不超过 6 级风（12.3m/s）。转体就位后，取 100 年一遇风速 28.2m/s，并考虑施工期 5 年重现期系数 0.78。
2.1.1计算公式
按《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）计算，静阵风荷载：
2.2 钢塔及拉压杆系统整体计算
利用 midas civil 建立整体模型，塔身扣点及压杆顶部的锚梁的自重均用集中荷载代替。通过有限元模型计算，综合考虑主桥钢直塔在竖转作业过程中可能出现的各种代表性荷载工况。
钢塔采用梁单元模拟，压杆采用梁单元模拟，且与钢塔连接端释放转动自由度，拉杆及锚索用杆单元模拟。通过转体过程中有限元模型的模拟计算，确定钢塔转体过程中各工况条件下主塔组合应力图、拉杆及锚索内力图、压杆组合应力图、转铰及后锚反力图。模拟计算包括转体0°转态、转体15°状态、转体 30°状态、转体 45°状态、转体 68.45°状态，下面简单就钢塔竖转完成状态下的受力情况予以图示。
图6 转铰及后锚反力图（单位：t）
2.3 其他计算
通过对拉压杆系统、锚梁、上铰座及压杆铰座、下铰座、前扣点、拉杆、锚索在各种工况条件下的受力进行计算和分析，确保钢塔及其竖转体系在竖转过程中的强度、刚度、稳定性满足要求。
图7 太原迎宾桥钢塔竖转现场施工图
2.3 计算结论
经计算，钢塔竖转各结构强度、刚度满足要求。
（1）竖转施工选择风速较小（风速≤4 级）的情况下进行，以保证结构安全。
（2）竖转前应严格检查焊缝质量，满足设计质量标准。
（3）竖转施工计算满足要求，但施工过程中应加强监测监控。
3 实践应用
2018年12月7日18点18分，经过近11个小时的连续施工作业，由中铁大桥局第七工程有限公司承建的太原迎宾桥主桥1300吨钢塔在4台560吨连续千斤顶的牵引下成功竖转68.45度。一举创下了国内同类型桥梁中，单肢钢直塔牵引质量之最。
在迎宾桥的建设过程中，主桥的建设是整个工程的控制性工程，而钢塔的成功竖转更是关乎整个主桥施工进度的重中之重。为了适应市政建设工程市场的快速化施工要求，加快施工进度，完成业主对工程建设的时间节点要求，技术专家组群策群力，积极探索，最终确定了采取“地面卧拼、牵引竖转”的方案。即在桥面胎架上分阶段卧拼组装，再整体牵引竖向转体，大大提升了施工效率、作业安全、拼装精度及焊接质量。
针对主塔横向抗风难、同步均匀受力难、精准定位合拢难的三大技术难题，技术人员在钢塔竖转前积极搜集气象资料，通过在主铰两侧设置风撑、采用计算机同步控制系统、正式竖转前试转等措施及时克服钢塔竖转过程中的潜在问题和风险、最大限度的减小大体积钢塔竖转过程中的对接误差。
4 结论与展望
桥梁作为公路、铁路、管道等工程中跨越障碍最有效的技术手段，在今后的发展过程中要不断适应建筑市场变革，积极响应政府相关部门号召，针对新的技术问题要大胆创新。本文所涉及的桥梁空间大体积钢塔竖转在港珠澳大桥九州航道桥的建设过程中已经得到了实践，2018年8月份宁波中兴大桥也通过整体牵引竖转的技术方案完成了桥塔竖转，太原迎宾桥同样作为钢塔竖转桥梁，钢塔竖转质量却是同类型桥梁之最，在施工工艺上与之有着异曲同工之妙。钢塔竖转解决了桥塔施工过程中吊装难、拼装焊接难、精度把控难等诸多问题，加快了工程施工进度，节约了施工成本。
未来工程建设的重心应该逐步由大量工程上马向一批精品工程的建成转移。过去为满足我国城镇化进程和国家经济发展需要，大量工程短时间内建成，质量难以得到保证。因此针对快速化施工条件，在今后的桥梁建设过程中，不仅仅要满足工期要求，更要深耕技术之田，通过制定更为合理、完善的施工技术方案，调整施工作业顺序，创新施工方法来加快工程进度。
比如钢塔竖转过程中加强监控量测工作，对桥塔建立详细的实体分析模型，在实测温度场的作用下，计算桥塔的三维几何状态变化情况，为桥塔的实际施工位置、荷载影响的实际偏位提供识别参数，以此来保证钢塔对接、竖转精度。
随着信息技术的发展，未来在桥梁建设过程中会更多的应用计算机技术。针对钢塔竖转建设的全生命周期，在设计、组拼、竖转以及后期运营阶段可使用计算机建模、模型的模拟计算、计算机同步控制张拉、计算机远程监控等技术全面保障钢塔竖转的建设和后期运营维护。
桥梁的建设并不以建成通车为最终目的，建成后定期的超声波探伤体检、修复和运营期间的实时监控才是保证桥梁在设计使用寿命内正常服役甚至是超期服役的根本。针对钢塔空间体积大、组拼模块多、焊缝分布密集等特点，竖转完成后的跟踪监测和运营维护就显得尤为重要。
参考文献
[1] 中铁大桥局集团有限公司设计分公司，迎宾桥主桥工程钢塔竖转计算单
[2] 张杰,郝润芳.基于双网传输的桥梁健康监测
论文作者:刘大钢
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/8
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