1.中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 300300；2.哈尔滨工业大学 黑龙江哈尔滨 50090
摘 要：超大跨度自锚式悬索桥在不能采用常规支架法施工的情况下，创造性的采用“先斜拉，后悬索”的总体施工方案。以新建鹅公岩600m超大主跨自锚式悬索桥为背景，详细图解该总体施工方案，并且对主跨加劲钢箱梁的安装方案重点研究并提出了该施工方案的重难点，包括斜拉索布置型式方案对比分析以及斜拉索选型方案分析。研究证明了“先斜拉，后悬索”的总体施工方案的可行性，为类似桥梁的施工提供了参考。
关键词：自锚式悬索桥；临时斜拉桥；体系转换；钢箱梁;平行钢丝拉索;钢绞线拉索;
Study Construction Process on Temporary Cable-stayed Bridge of Self-anchored Suspension Bridge Using Cable-stayed Bridge to Suspension Bridge
ZHANG Hai-shun[1,2]
1.Chinese Rai.lway Bridge Engineering Bureau Group Co., Ltd., Tianjin 300300；
2.Harbin Institute of Technology,Harbin150090
Abstract: When the super long-span self-anchored suspension bridge could not use the general support method to install the steel box girder of main span, the "first cable-stayed, second suspension" overall construction plan was adopted creatively. On the background of the new e-gong-yan self-anchored suspension bridge, the general construction plan was illustrated. The difficult points of mainspan steel box girder installation were researched in detail, including arrangement type of stay cable and structure selection of stay cable. Research proves that the " first cable-stayed, second suspension " plan was feasibility, and it provided reference to the construction of the similar bridges.
Key words: Self-anchored suspension bridge; Temporary cable-stayed bridge; System transformation; Steel box girder; Parallel wire stayed cable; Strand stayed cable;
1. 工程概括
新建鹅公岩轨道专用桥为重庆市轨道交通环线上跨越长江的一座控制性工程的自锚式悬索桥。位于既有鹅公岩公路长江大桥上游，两桥净距不到45m，新建桥梁效果图见图1所示。
鹅公岩轨道专用桥为双塔三跨双索面自锚式悬索桥，主桥跨径布置为(50+210+600+210+50)m，详见图2所示。主缆失跨比1/10，缆间距19.5m，吊杆间距15m，主缆及吊杆采用高强平行钢丝束，主缆采用1860MPa的锌铝合金镀层φ5.3mm平行钢丝，共92股，每股127丝；吊杆采用1770MPa的锌铝合金镀层φ7mm平行钢丝。
大桥主梁为钢-砼混合梁，两端锚跨及主缆锚固段各（50+35.08=85.08m）采用预应力砼箱梁结构，中间段926.4m为加劲钢箱梁，砼箱梁与钢箱梁之间长11.72m设钢混结合段。主梁结构布置及钢箱梁节段划分示意如图3所示。
2.施工方法综述
自锚式悬索桥的施工方法与地锚式悬索桥“先缆后梁”的顺序有所不同[1~3]。由于自锚式悬索桥的主缆锚固在主梁上，常规的施工顺序为“先梁后缆”。目前国内外自锚式悬索桥通常使用临时支墩法或支架法施工[4~6]。临时支墩法，需要与顶推、大节段吊装、滑动模架等方法配合施工，即先在临时支墩上吊装拼装主梁，顶推就位，最后施工主缆，在张拉吊索的过程中使主梁逐步脱离支墩。中国桃花峪黄河大桥、日本此花大桥、中国佛山平胜大桥、中国长江三汊矶湘江大桥等大跨度桥梁均采用此法[7,8]。支架法常用的支架有满堂脚手架和钢管桩支架，国内外有大量的中小跨径自锚式悬索桥都是采用搭建支架的方法架设主梁[9,10]。
而对于鹅公岩长江大桥来说，建成后将是世界上跨度最大（主跨为600m）的自锚式悬索桥。同样采用“先梁后缆” 的总体施工方案，即施工时先形成主梁，然后再安装主缆、吊索，最后体系转换，形成悬索桥。但是由于大桥位于长江上游，跨越长江主航道，桥位处航道狭窄、航运繁忙，不能在主跨河道中搭设支架，中跨加劲钢箱梁安装不可能采用支架法。为此，鹅公岩长江大桥创造性地采用“先斜拉，后悬索”总体施工方案，即先利用临时钢塔和临时斜拉索辅助安装加劲钢箱梁，形成临时斜拉桥，然后再安装主缆、吊索，最后体系转换，形成悬索桥。主桥上部结构的总体施工步骤如图4至图9所示，以西岸为例做阐述说明。
第一大步如图4所示，施工主塔、辅助墩和边墩，拼装顶推支架，布置滑道梁及顶推系统，再拼装导梁，安装步履式架梁吊机，准备吊装钢箱梁节段；主塔施工完成后，安装临时钢塔。
3.主跨加劲钢箱梁安装关键技术
鹅公岩长江大桥主梁施工包括三部分内容：主缆锚固段砼箱梁施工、边跨钢箱梁施工、主跨钢箱梁安装。根据总体施工方案，主缆锚固段砼箱梁采用可自动滑移支架进行现浇的施工方案，边跨钢箱梁安装采用顶推施工方案，主跨钢箱梁安装采用单悬臂吊装施工方案，本文重点研究主跨钢箱梁安装方案，即形成临时斜拉桥的过程分析。
桥梁的主跨加劲梁架设采用架梁吊机和临时斜拉索共同扣挂施工。中跨钢箱梁由驳船运输至桥位下，通过步履式吊机和临时斜拉索扣挂施工。由主塔向跨中对称悬拼，并在跨中合拢。该方法与传统自锚式悬索桥在支架上整体施工加劲梁的方法差别很大，系国内外首次采用该施工方法，主梁的架设方法国内外尚无先例，架设难度很大。如何确保施工过程的安全，如何确保主梁合龙后的状态满足后续体系转化的要求，从而确保成桥内力和线形满足设计和规范要求，这些研究内容具有很强的现实意义和理论价值。
3.1 临时斜拉桥的斜拉索布置形式
斜拉索的布置型式，决定了斜拉桥成桥过程中斜拉索索力、加劲钢箱梁应力、临时钢塔结构等，方案一、方案二分别按照1、2个钢箱梁节段布置一对斜拉索进行比选研究，且增加方案三为1个和2个钢箱梁节段相结合来布置一对斜拉索。下面对各个方案进行说明。
方案一：每个钢箱梁节段布置一对斜拉索。根据主梁结构特点及临时支架布置型式，拟定斜拉索布置如图10所示。该方案每塔每侧布置19对斜拉索，按正装法对斜拉桥成桥过程进行计算。
综合比较各斜拉索布置方案的优劣，结合方案1和方案2各自的优缺点，选择1个和2个节段布置一对斜拉索相结合的方案3为首选：靠近主塔的部分，2个钢箱梁节段布置一对斜拉索以充分发挥主梁的抗弯能力，减少斜拉索的数量，适当提高斜拉索的索力；靠近跨中的部分，1个钢箱梁节段布置一对斜拉索，以降低斜拉索的索力，降低斜拉索锚点附近钢箱梁的局部应力。
3.2 临时斜拉桥成桥步骤
详细步骤为：在主塔上横梁顶设置临时扣塔，与主塔上横梁之间采用固接连接。扣塔上和主梁上设置斜拉索扣点，扣点通过销轴与临时钢塔和钢箱梁连接，斜拉索连接箱梁和扣塔进行斜拉索张拉。另外在主桥东西两岸各设置一台架梁吊机，开始与斜拉索配合施工，逐步悬臂拼装钢箱梁。斜拉索张拉在临时塔内进行，根据最大规格斜拉索的设计吨位，选择相应级别的张拉千斤顶，全桥共8台，每塔用4台，按主、边跨同号，上、下游同位，四台顶同时对称张拉。
主梁相对桥跨中心线对称，因此取其东岸一侧，详述中跨钢箱梁施工步骤示意见表1所示。按照主梁施工步骤，模型中划分为42个施工阶段。
4. 斜拉索的选型配置
斜拉索有两种配置方案，平行钢丝斜拉索和钢绞线斜拉索。由于临时斜拉索的服役年限为钢箱梁开始架设直到悬索桥成桥，整个过程时间跨度相对较短，因此对斜拉索的防腐、风载性能和风雨振性能等要求要比常规斜拉索低，两种配置方案暂不考虑上述要求作为比较点。
平行钢丝斜拉索将若干根钢丝平行并拢、扎紧而成，最外层直接挤裹高密度聚乙烯作防护。钢丝采用 φ5 mm 或 φ7 mm 高强钢丝或高强镀锌钢丝，标准强度在 1 670 MPa 以上。平行钢丝拉索为工厂化制造的成品索，产品质量可靠性高，是我国大量采用的拉索结构形式。与钢绞线拉索相比，它最主要的优点是斜拉索的直径小，减小了作用在其上的风荷载。在受力均匀性方面，也比需单根张拉调索或单根张拉整体调索的钢绞线拉索均匀。但是，它同时也存在以下几个方面的缺陷：
(1)平行钢丝索普遍使用高强钢丝制作，要求平行钢丝拉索必须要事先在工厂制作后盘绕，再采用重型运输设备将成盘的索体运输到施工现场，索越长孔位越大对运输要求就越高，对于本工程尤其要求高。
(2)平行钢丝拉索施工时是整体安装，在拉索张拉与调索时必须采用大吨位群锚千斤顶，操作困难，而且对起吊设备或吊装工具要求高，安全性不易于保证，不可预见因素多。
钢绞线斜拉索由单根镀锌或环氧喷涂钢绞线热挤聚乙烯护套组成，钢绞线的标准强度达 1860 MPa。钢绞线拉索因其施工轻便、高效、精确，已经越来越多地应用于斜拉桥中。与平行钢丝拉索相比，它有如下突出的特点:
(1)钢绞线拉索主要材料运输不需要重型运输设备，相对平行钢丝拉索对运输要求不局高。
(2)钢绞线拉索安装时张拉与锚固都能够做到单根操作，不需要大型、重型的机械设备，操作相对简单，施工的安全性易于保证。
与平行钢丝拉索相比，钢绞线拉索最大的缺点在于大幅度增加了拉索的直径，在同等设计索力下，钢绞线拉索的外径比平行钢丝拉索约大68%， 在使得作用在拉索上的风荷载增大，进而增大了整个斜拉桥的风荷载，对桥梁结构产生较大影响，提高了设计施工难度。
因此，紧缩型钢绞线拉索可适用于本工程，它是随着大跨斜拉桥的发展而在钢绞线拉索的基础上，继承了钢绞线的优点，开发出来的比钢绞线拉索直径小很多的新型钢绞线拉索。紧缩型钢绞线拉索将拉索直径降低接近于平行钢丝拉索同一水平，大大减轻了高承载力、大直径钢绞线拉索情况下拉索承受风荷载的负担。
综合以上分析，紧缩型钢绞线拉索在结构性能、施工方便性都优于平行钢丝拉索，宜采用紧缩型钢绞线斜拉索。
5. 结论
鹅公岩自锚式悬索桥在不能采用常用支架法施工的情况下，首次采用“先斜拉，后悬索”的施工方案，方案新颖，技术复杂。文中详细图解了超大跨度自锚式悬索桥由临时斜拉桥体系转化为自锚式悬索桥的过程。重点研究了大桥主跨加劲钢箱梁安装采用临时钢塔+临时斜拉索辅助桥面吊机单悬臂吊装的施工方案。
方案研究结果中，采用综合比较各斜拉索布置方案的优劣，结合方案1和方案2各自的优缺点，选择1个和2个节段布置一对斜拉索相结合的方案3为首选。该方案合理利用主梁刚度大、材料强度高的特点，以减少斜拉索数量、降低临时钢塔高度，从而简化施工过程、缩短工期，并降低斜拉—悬索体系转换过程的难度。
当前钢绞线拉索在多个方面均优于平行钢丝拉索。然而在应用中钢绞线拉索却收到了很大限制，尤其是在我国，钢绞线拉索并没有推广到大跨度斜拉桥的使用中，目前绝大多数还是使用平行钢丝拉索。本文比较了平行钢丝拉索和钢绞线拉索的优缺点，采用更为先进的紧缩型钢绞线拉索做为斜拉索的受力索，在结构性能、材料强度、施工难度、运输吊装设备上面均由于平行钢丝拉索，具有广泛的发展前景。
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论文作者:张海顺[1,2]
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/11
标签：拉索论文; 悬索桥论文; 钢丝论文; 斜拉桥论文; 方案论文; 钢绞线论文; 支架论文; 《基层建设》2017年第14期论文;