大跨度钢箱拱桥三角区特殊构件安装技术
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摘要：宁波明州大桥为主跨450m中承式钢箱系杆提篮拱桥，居同类型桥梁世界第一。大桥上部采用全焊钢结构。端横梁、中横梁及中跨拱梁结合段为三角区特殊构件，是上、下肢拱肋、加劲梁、横梁交会的节点位置，结构受力复杂、体积庞大，形态各异。由于三角区位于陆上，大型行走起吊设备难以布置使用，对构件施工工艺提出了较高要求。本文针对三角区特殊构件特点，介绍和分析了相关施工工艺选择和执行情况。
Abstract: Ningbo Mingzhou bridge with 450m Main Span Half-through Steel Box Tied Arch Bridge in the world, the same type bridge. Bridge part of welded steel structure. In the end cross beam, beam and arch combined with cross section in the triangle area of special components, is the node position, lower arch rib, stiffening girder, crossbeam rendezvous, structural complexity, size, shape. Because the triangle area is located in the land, a large walking lifting equipment to arrange the use, puts forward higher requirements for the component construction technology. Aiming at the characteristics of triangular area special components, introduces and analyzes the related construction process selection and implementation.
Key words: large span; steel box arch; triangle; special components installed;
中图分类号：TU74
1、概况
明州大桥为中承式钢箱系杆双肢提篮拱桥，跨径组合为：100+450+100m，矢跨比f / L＝1/5，桥面宽45.8m。边跨拱肋与中跨拱肋保持在一个平面内，横向倾斜度为1：5。两片拱肋之间设置“K”形风撑和“一”字横撑使其连成整体。总体布置如图1。
图 1总体布置图
端横梁为阶梯型钢箱梁，位于尾端上、下拱肋锚锭节段内侧，是主桥加劲梁与引桥混凝土箱梁的连接点，重量383.1t，截面尺寸：33.6×7.594×5.76m。
中横梁位于中跨拱梁结合段下肢拱肋Z2b内侧，是三角区加劲梁与主桥加劲梁的连接点，重量399.7t，截面尺寸：31.1×9.083×7.169m。Z2b位于中横梁外侧，是三角区下肢拱肋与中跨下肢拱肋的过渡段，重量201.6t，截面尺寸：16.525×5.81×11.71m。三角区特殊构件相对位置如图2。
图 2三角区特殊构件相对位置图
三角区特殊构件安装特点、难点：
（1）特殊构件位于拱梁结合部，为全桥关键受力节点，重量大，尺寸大，安装精度要求高。
（2）特殊构件空间结构不规则，制造、运输、安装难度大。
（3）特殊构件安装将经历台风期，安全风险高。
（4）特殊构件周边地貌为软土、河堤及滩涂，无法采用大型陆上、水上起重设备安装。
2、端横梁安装工艺
2.1、总体工艺
端横梁周边地基属于软土地基，采用大型履带起重设备，对地基土体处理要求高，设备费用高；加劲梁LB1与端横梁中跨端连接，端横梁采用型钢提升门架，属40m高支架，稳定性差，材料使用量大，对地基需做处理，且支架位于加劲梁区域，支架的安拆将占用关键工期，影响后续加劲梁安装。
考虑到端横梁底板水平，下方有边墩混凝土横梁及成型高栈桥支架，借助横梁及高栈桥支架搭设垫墩，采用普通液压千斤顶交替下放工艺。
2.2、构件分段
端横梁体积庞大，重量大，受钢结构厂及现场起重设备能力限制，在加工前，沿横桥向分为三段，长度分别为：11.9m、9.8m、11.9m；重量分别为：142.0t，99.1t，142.0t。
2.3、构件卸船、拼装、运输
（1）运梁小车停靠于栈桥前端，搭设端横梁分段拼装支架。
（2）端横梁分段采用200t全旋转浮吊卸船至拼装支架。
（3）端横梁中间段吊至拼装支架上，粗调位后，再将两侧段分别吊装至相邻位置运梁小车支架上。
（4）精确调整完成后，采用匹配件临时连接，对称焊接成整体单元。
（5）端横梁焊接完成后，卸载，采用4台150t运梁小车同步运输至安装位置上方。
2.4、构件下放
（1）在运梁小车内侧，上、下游各放置2个调位垫墩及200t液压千斤顶。
（2）同时起顶千斤顶，至端横梁与运梁小车脱空。拆除运梁小车、高栈桥。搭设端横梁下放垫墩。
（3）再次起顶千斤顶约5cm，采用2cm薄钢板将下放垫墩与端横梁塞垫密实。
（4）拆除千斤顶一个行程的调位垫墩，起顶千斤顶至端横梁与下放垫墩脱空。
（5）拆除下放垫墩顶2cm钢板，千斤顶行程缩回2cm。按此步骤下落端横梁至设计标高，端横梁共计下放高度3.2m。
（6）端横梁下放至设计高度后，将液压千斤顶置换成三向千斤顶，精确调位。
端横梁下放如图3。
图 3端横梁下放工艺图
端横梁下放控制要点：
（1）在千斤顶上放置一个抗偏载球铰，以防止千斤顶行程不一致造成千斤顶偏心受力。
（2）调位、下放均采用工具式垫墩。工具式垫墩采用I16型钢制作，宽度80cm，每5根一层，十字交叉堆码而成，两层间采用螺栓连接成整体，每下落一个行程，拆除一层垫墩。
（3）下降完成一个行程，在千斤顶满行程下，采用钢板对工具式垫墩进行置换。为防止置换过程中千斤顶失效发生坠落，先拆除工具式垫墩一半I16，置换成钢板，再拆除剩余一半I16，置换成钢板。
（4）为控制千斤顶顶升和下放的同步性，采用油压读数与行程双控原则。在顶升过程中，上、下游千斤顶分别顶升至80%控制力稳定后，4台千斤顶再次同时顶升至100%控制力，端横梁脱空2cm后，停止顶升；在下放过程中，对千斤顶行程进行实时控制，上、下游交替下放，以2cm作为一个下降行程。
3、中横梁安装工艺
3.1、总体工艺
中横梁安装时机选择在边跨加劲梁安装完成后。安装成型后，底板及腹板均与水平面有很大夹角。
中横梁位于甬江河堤上方，大型陆上起重设备受高栈桥支架及河堤，大型水上起重浮吊受拼装平台及滩涂影响均无法到达安装起吊区域。采用与端横梁相同工艺下放，中横梁底板与腹板成”V”型，难以在底板及腹板设置垫墩，且下放高度达到7m，垫墩稳定性要求高，施工风险大。
考虑到边跨加劲梁已安装就位，在加劲梁及高栈桥上搭设提升门架，采用连续千斤顶提升下放工艺进行施工。
3.2、构件分段
中横梁体积庞大，重量大，受钢结构厂及现场起重设备限制，在钢结构厂加工前，沿横桥向分为三段，长度分别为：9.45m、12.2m、9.45m；重量分别为：127.4t，144.9t，127.4t。
3.3、构件卸船、拼装、运输
中横梁安装成型角度为底板、腹板均与水平面之间有很大的夹角，构件现场拼装及运输需借助胎架进行辅助施工，胎架设计思路为：
（1）中横梁胎架拼装角度为安装成型角度，以保证构件拼装测量控制及提升下放过程不用进行空中姿态调整。
（2）胎架底板水平，分段拼装过程采用4点支撑调位，且具有足够的刚度，以保证拼装过程中不因胎架变形，而产生拼装误差。
（3）构件卸载、运输过程中，采用4点支撑，能将中横梁重量均匀分配至运梁小车大梁，保证运梁小车及高栈桥结构安全。
构件卸船、拼装、运输施工步骤为：
（1）运梁小车停靠于栈桥前端，搭设拼装支撑垫墩；在浮吊甲板搭设中横梁胎架。
（2）中横梁底板水平状态运输至起吊区域。
（3）浮吊卸船，将中横梁调整为安装姿态，与胎架拼装成整体单元。
（4）中横梁中间段吊装至高栈桥拼装平台垫墩上，粗调位后，再将两侧段吊装至相邻位置运梁小车垫墩上。
（5）中横梁分段精确调整完成后，采用匹配件临时连接，对称焊接成整体单元。
（6）中横梁分段焊接完成后，卸载，采用4台150t运梁小车运输至安装位置上方。
3.4、构件提升下放
构件中横梁提升下放采用LSD200液压提升千斤顶。
（1）拆除高栈桥，搭设中横梁提升门架，安装LSD200液压提升装置。安装中横梁提升吊梁及提升钢绞线。
（2）同步均匀提升4台千斤顶，钢绞线受力，直至中横梁运输胎架刚好脱空运梁小车50mm。拆除中横梁下方运梁小车及高栈桥。
（3）4台千斤顶同步均匀下放中横梁，按照30cm一个行程下放中横梁至安装标高。中横梁下放过程中通过油压及行程控制各支点同步性及均匀性。中横梁共计下放7.334m。
（4）中横梁下放至设计高度后，在中横梁胎架下方放置三向千斤顶，精确调位。
中横梁下放如图4。
图 4中横梁下放图
4、Z2b安装工艺
4.1.总体工艺
Z2b采用LSD200液压连续千斤顶提升下放工艺进行施工。
Z2b与中横梁横向平行，中横梁大于高栈桥宽度，因此Z2b必须先于中横梁运输，横向滑移至安装位置临时搁置；中横梁施工完成，改造提升门架，提升Z2b节段悬空，需拆除临时搁置支架；Z2b空中姿态调整过程中，需4次姿态调整，在调整过程中，各支点空中不均匀位移量对于各支点反力非常敏感，对于支架结构安全影响大，因此采用中央集中控制千斤顶系统控制下放位移量。
Z2b安装经历周期长，施工工序多，过程控制难度大。
4.2、构件运输、滑移
Z2b采用胎架由运梁小车运输，通过横向滑移至安装位置临时搁置，与中横梁保持20cm安全距离。
Z2b横向滑移施工为：在胎架底部安装滑靴，滑靴下方粘贴四氟滑板，滑移轨道上布置不锈钢板及轨道限位，为控制滑移的同步性，采用液压千斤顶张拉精轧螺纹钢，牵引Z2b在滑移轨道槽内滑移，Z2b横向滑移距离达到8.146m。
4.3、构件下放
Z2b提升下放分为：横向转体纵向转体平面转体平移四个阶段。施工前期采用制图软件solidworks分解Z2b空中姿态调整全过程，得出每阶段位移及支点反力参数，施工过程中两参数双控。
（1）横向转体
以外侧吊点为原点，顺时针旋转，内侧两吊点同时下落，调整横向角度，横向转体角度12°。横桥向调整如图5。
图 5Z2b横桥向角度调整图
（2）纵向转体
以中跨侧两吊点为旋转中心，旋转构件，调整纵向角度，纵向转体角度30°。纵桥向调整如图6。
图 6Z2b纵桥向角度调整图
（3）平面转体
以中跨外侧、边跨内外侧吊点为旋转中心，平面旋转构件，调整平面角度。各点平移距离横桥向：522mm，511mm，11mm；纵桥向：334mm，71mm，274mm。
（4）平移及下放
Z2b节段4个吊点同时平移及下放，横桥向平移距离1852mm，顺桥向平移距离4150mm，下放距离6291mm。
（5）下放控制要点
1）Z2b下放全过程钢绞线竖直夹角小于3°。
2）通过调整液压提升千斤顶主控制程序，分解各支点单次行程，控制各单次行程均在同一时间内完成，保证各支点不出现悬空现象，某一支点反力突增，对支架不利。
3）各支点下放行程根据液压提升千斤顶行程分级控制。
5、结语
（1）明州大桥端横梁下放完成时间为2009年7月，中横梁下放完成时间为2009年12月。提升、在下放过程中，虽经历了大风天气，但均在指定日期内完成下放作业，无一安全事故。
（2）端横梁纵向长度较短，同步性控制难度较大，耗时较长。
（3）LSD200液压提升千斤顶设备先进，机械化程度高，电脑集成控制，极大降低了工人劳动强度，保证了施工安全。
（4）中横梁、Z2b采用钢绞线连续千斤顶作为下放设备，操作方便、高效。
（5）利用Solidworks软件进行Z2b转体下放过程参数分解，对于指导方案编制和指导现场施工起到了重要作用。