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杨友良，郝聂冰
(1. 温州市交通工程管理中心，浙江 温州 325000；
2.中交第二航务工程局有限公司，武汉 430040)
在悬索桥的建设过程中，主梁的架设是十分关键的阶段[1-2]。在主梁的吊装顺序及架设过程中梁段间的连接方式对施工过程中结构的内力状态具有显著影响[3]，为达到成桥状态所需的调整措施也与之有关[4]。根据工程自身的特点，如地形条件、加劲梁重量等，需比选采用最合适的吊装方式。对地锚式悬索桥而言，目前主要采用的主梁安装方式包括缆载吊机法、缆索吊机法、桥面吊机法、浮吊法、荡移法、轨索滑移法等[5-7]。其中，缆载吊机法因起吊能力大、提升控制精度高、整体节段安装快等优点在国内外许多大跨度悬索桥中应用；
缆索吊机法对环境适应性较强，但施工操作较为复杂，且随跨径增大起吊重量受到一定限制；
桥面吊机法多用于吊装单个桁片在空中组拼加劲梁节段，空中作业施工安全风险增大；
浮吊法适用于河(海)通航无限制和水流影响较小地区；
荡移法利用主缆支承进行纵桥向上位移施工，适用于无法满足垂直吊装要求的情况；
轨索滑移法是通过设置在吊索上的平行轨索来实现纵桥向运梁，适用于水路运送受限的跨峡谷悬索桥加劲梁架设。
本文针对瓯江北口大桥新颖的结构形式与复杂的地形条件，主要介绍该桥加劲梁安装施工方案及关键技术，包括主跨缆梁相交区提出一种新型的“缆载吊机+分体式液压提升”架设方法，以及边跨无索段设计一种开合支架存梁方法。
温州瓯江北口大桥项目位于温州市瓯江出海口，是甬台高速公路复线和温州市南金公路两大项目的控制性工程，全长7.913km[8]。北口大桥主桥为跨径布置(230+800+800+348)m的三塔四跨钢桁梁悬索桥，其主缆矢跨比为1/10。中跨跨中存在长约200 m的缆梁相交区，即主缆低于主桁。全桥钢桁梁采用连续结构，竖向采用半漂浮体系，共划分为110个吊装节段，其中标准节段长20m，全桥钢桁梁总重达7.7万吨，单个节段最大起吊重量812.5t。桥塔在国内首次采用刚性中塔设计，各塔区均存在三个无吊索节间。除塔区无索梁段外，由北至南各梁段编号分别为BB1～BB10(北边跨)，BZ1～BZ39(北中跨)，NZ39～NZ1(南中跨)，NB13～NB1(南边跨)。主桥总体布置如图1所示。
图1 温州瓯江北口大桥主桥总体布置(单位：m)
桥位处平均风速在1.6m/s～2.8m/s间，其中7、8月为台风高发期，全年风力等级大于等于8级的天数约有4天。项目施工水域年最大潮差达到5.35 m，航道繁忙，水文多变。主桥南北岸存在浅滩区，梁段运输船舶难以通航。综上所述，北口大桥主梁施工存在加劲梁吊装重量较大、施工环境多变、工艺复杂多样等重难点。因此，根据加劲梁结构特点、所处环境、安装位置等因素，加劲梁需综合运用多种架设方法[9-10]，梁段分区域采用不同施工方案。
2.1 主跨整体安装方案
全桥主跨加劲梁采用整节段起吊方式，由跨中向桥塔方向进行吊装，以提高施工精度、缩短安装工期、减少主缆次应力[11-12]。主跨吊装节段共计78个(包含4个合龙梁段)，其中单个节段最大重量为812.5t。
考虑主跨沿跨长方向上缆梁位置、架设环境等因素影响，主跨加劲梁架设分别采用如下方法：
(1)缆载吊机区(N(B)Z1～N(B)Z12、N(B)Z29～N(B)Z39)：由于该区段除BZ1～BZ5梁段外主跨具有良好的通航条件，梁段可以通过船运到起吊位置能进行垂直起吊，故优先选用缆载吊机法进行加劲梁梁段吊装。BZ1～BZ5梁段由于下方水域水深较浅，需通过搭设临时支架存梁后，再采用缆载吊机进行吊装。
(2)缆梁相交区(N(B)Z13～N(B)Z28)：在跨中约300m范围内加劲梁顶面距主缆底面小于3m(如图2所示)，若采用缆载吊机无法直接将梁段吊装到位，这部分梁段安装为主跨加劲梁施工的一项重难点。项目组提出了一种新型的“缆载吊机+分体式液压提升”梁段吊装方法。
图2 瓯江北口大桥主跨梁段吊装方式
2.2 分体式液压提升装置
针对缆梁相交区缆载吊机无法直接垂直吊装加劲梁节段至设计标高的问题，设计了一种分体式液压提升装置。该装置主要由液压提升油缸、液压泵站、主控室、钢绞线收放装置、吊索锚头、临时索夹及若干钢绞线组成，如图3所示。该装置小巧，依靠临时索夹固定在主缆上，每套提升单元相对独立，可用于跨中缆梁交汇区梁段的提升。由于分体式液压提升装置无法直接与已制造好的钢桁梁上吊点进行连接，因此进行梁段提升前，需在钢桁梁底部安装能够连接该装置的提升锚盘结构。由于锚盘无法在运梁船上直接进行安装，故需先将钢桁梁提升至一定高度后，采用接长吊索连接主缆和钢桁梁后完成锚盘的安装，最后采用分体式液压提升装置进行梁段的二次提升到位。
图3 瓯江北口大桥液压同步提升装置示意图
2.3 缆梁相交区梁段安装
跨中约300m范围内缆梁相交区梁段吊装的整体安装流程如图4所示。即，运梁船将梁段运至现场，将梁段与缆载吊机连接，利用缆载吊机第一次起吊梁段，然后连接接长吊索并安装分体式液压提升设备及提升锚盘，分体式液压提升装置进行梁段二次提升到位，主梁与永久吊索连接，完成该梁段安装，继续进行下一梁段安装。
图4 跨中缆梁相交区梁段安装流程
在悬索桥主梁施工过程中，已安装的加劲梁往往存在一定的倾斜角度，而待吊梁段为垂直起吊。北口大桥主梁节段斜杆外轮廓纵向超出弦杆，因此为避免起吊梁段与已安装梁段杆件发生碰撞干扰，待吊梁段应当在远离已安装梁段一定距离处起吊，从而需在安装或定位提升装备时对设备进行预偏。当梁段处于设计状态时，避免斜杆碰撞所需空间为0.58 m，如图5所示。
图5 避免斜杆碰撞所需空间(单位：m)
设备预偏距离指的是设备安装位置与待吊梁段永久索夹位置的距离。这一距离的理论计算需根据待吊梁段起吊时已吊梁段相对设计状态的姿态变化计算得到的所需预偏距离、永久索夹的位置变化以及预留的安全距离三者共同确定。一般而言，预留安全距离取0.3 m。永久索夹的位置变化需采用有限元软件模拟吊装过程计算得到。而最后一项数据需结合有限元计算所得已安装梁段的姿态结果，在AutoCAD中绘制梁段相应倾角后，得到所需预偏距离。以第二次起吊梁段(BZ21/NZ21)为例，按照上述方法确定的理论预偏距离为1.05 m，理论预留梁段间安全距离为0.3 m，现场实测安全距离为0.28 m，验证了该方法的正确性。
3.1 边跨整体安装方案
悬索桥两岸边跨共有23个节段，其中南边跨13个节段、北边跨10个节段，单榀梁段最大吊重约为812.5t。边跨端部2个节段均为无索梁段，即一端仅通过一根吊索与主缆连接、另一端支撑于桥墩上。
由于缆载吊机起吊过程中需要进行缆上支撑锁止，加劲梁节段为垂直吊装，而根据南、北边跨地形条件等因素影响，梁段无法直接运输至待吊区域正下方，因此需进行存梁施工。具体边跨加劲梁架设方法如下：
(1)北边跨：均位于陆地上，通过缆载吊机荡移卸船+滑移系统+模块车进行转运，存梁示意如图6所示。
(2)南边跨：均位于浅滩区，搭设存梁及滑移支架，采用分体式缆载吊机荡移卸船+滑移系统进行存梁施工，存梁示意如图7所示。
(3)端部无索梁段：在缆载吊机荡移卸船+滑移系统后，将其二次荡移提升至支架上滑道进行存梁。
图6 北边跨存梁示意图
图7 南边跨存梁示意图
3.2 边跨有索梁段安装
由于两岸边跨不具备通航条件，传统方法采取高支架法进行施工，即在边跨区段搭设支架，通过水平索牵引梁段存放在支架上，再用缆载吊机垂直吊装边跨上梁段。但这种方法成本投入大、安全风险高，因此边跨采用“缆载吊机荡移卸船+滑移系统”进行主梁转运，首先采用缆载吊机荡移主梁，将其存放于边跨滑移轨道上，再用分体式液压提升装置从锚碇向边塔的顺序进行垂直起吊安装。这种方法相比传统方法，具有简便易行、成本低、安全性高优点。边跨梁段垂直吊运安装工艺与中跨缆梁相交区安装过程基本相同，此处不再赘述。
缆载吊机垂直起吊梁段至荡移高度，牵拉荡移临时吊索至吊具处，将吊索下锚头与吊具吊板连接，缆载吊机下放梁段进行荡移，待梁段荷载转移至临时吊索后，解除跨缆吊机锚头与吊具连接；
然后由临近的永久吊索来接吊，使梁段荷载完全转移至缆载吊机吊装钢绞线，下放梁段至存梁平台上。连接滑移系统，纵向牵拉梁段至指定位置存放，同时缆载吊机携带吊具退至初始位置处定位。
3.3 边跨无索梁段安装
边跨端部无索梁段安装需将其提升至支架上滑道进行存梁，因此边跨存梁支架均设置了开合支架形式，如图8所示。图中钢桁架1可在钢桁架2上横向滑移，从而满足无索梁段的提升空间。无索梁段的具体提升过程为通过下滑道滑移至开合支架下方→开合支架横移→下放吊装钢绞线→托梁安装→吊具与吊点连接→梁段提升→闭合支架。
完成无索梁段的提升后，进行梁段的滑移及安装工作，滑移过程主要包括以下过程：滑座安装→轨道对接→滑移牵引系统安装→试滑移→正式滑移。待无索梁段滑移到位后，进行N(B)Z-01与N(B)Z-02的栓焊施工。最后根据理论计算，需通过分体式缆载吊机提升N(B)Z-02梁段约2m，完成与永久吊索的连接。
图8 边跨支架三维模型图示
针对北口大桥主跨的“缆梁相交段”主梁吊装及边跨主梁转运的难题，项目分别提出了“缆载吊机+分体式液压提升”架设方法及“缆载吊机荡移卸船+滑移系统”工艺。实践证明，这两种方法可以有效解决“缆梁相交段”吊装及边跨主梁转运问题，产生了良好的经济效益，为类似加劲梁安装施工提供参考。
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