重庆长江鹅公岩轨道大桥的实施技术难点浅析

重庆长江鹅公岩轨道大桥的实施技术难点浅析

刘永吉

重庆钢铁集团设计院有限公司，重庆400080

摘 要：鹅公岩轨道大桥全长1650.5米，其中主桥长1120米，引桥长530.5米，主跨为600米的双塔双索面五跨连续钢箱梁自锚式悬索，为主跨600m的自锚式悬索桥。该桥主塔高153米，相当于50层楼高。主要的困难技术有主塔基础开挖施工、主塔施工、斜拉桥的钢箱梁安装施工、悬索桥的主缆安装、体系转换及全桥施工监控等。

关键词：自锚式悬索桥；斜拉桥；结构设计；

一、概述

鹅公岩大桥长1420米，主桥长1022米，是一座三跨连续钢箱梁悬索，跨径布置211+600+211米，为地锚式悬索桥。桥型为门型双塔柱悬索桥，主塔高163.9米。鹅公岩轨道大桥需要建造和鹅公岩大桥一致的悬索桥，这样才能与周边环境及城市天际线相协调。

二、主缆锚定的技术难点

自锚式悬索桥以其结构造型美观、对地形和地质状况适应性强等优点受到工程界青睐,成为城市市区中小跨径桥梁极具竞争力的方案,国内外已有多座自锚式悬索桥建成。20世纪90年代建成的日本此花大桥和韩国永宗大桥2座自锚式悬索桥跨径均已达到300m；21世纪建成的美国奥克兰海湾大桥采用独塔自锚式悬索桥,跨径达385m；我国于2016年建成通车的郑州桃花峪黄河大桥采用双塔自锚式悬索桥,跨径达406m。

重庆鹅公岩轨道大桥是重庆市轨道环线跨越长江的重要控制性节点工程,该桥是目前世界上主跨最大(600m)的双塔双索面悬索桥。

600m主跨从经济的角度考虑，更适合建造斜拉桥,但受到桥位周围环境和轨道选线的制约,鹅公岩轨道大桥与既有鹅公岩公路大桥(地锚式悬索桥)净距仅45m。

悬索桥的主缆需要锚固在大地上或山体里，类似鹅公岩大桥，东岸为隧道锚，锚固在南岸区的山体里，西岸为重力锚碇。但鹅公岩轨道大桥如果也在一旁锚固，大体积的开挖将会影响鹅公岩大桥锚固山体的稳定性，一旦发生山体失稳，将严重影响大桥的安全。

最终，巧妙选择自锚式悬索桥这种桥型，将主缆锚固定到自身桥面上，这样就不用开挖山体而影响鹅公岩大桥的安全。

三、架设主梁的难点

作为自锚式悬索桥，巨大超越的跨径将给结构设计、施工建造带来一系列新问题。自锚悬索桥的施工特点顺序为先梁后缆，已建同类桥均采用顶推法或吊装法施工主梁，而鹅公岩桥位处于长江繁忙航道，不能采用临时墩架梁方案。所以，必须采用斜拉法施工主梁，在主梁合龙后再架设主缆、张拉吊杆，完成从斜拉桥到悬索桥的体系转换。

四、过渡斜拉桥塔与悬索桥塔的公用难点

双塔双索面自锚式悬索桥的桥塔与过渡斜拉桥公用桥塔，斜拉桥的钢塔布置在悬索桥桥塔上横梁顶面，与悬索桥桥塔固结,其高度不仅直接影响斜拉索索力及加劲梁应力,还关系到安装设备选型-2。根据构造要求,钢塔最小高度为37.5m,故选取37.5,42.5,47.5m共3种不同塔高进行比选。采用有限元软件建立计算模型，按正装法对斜拉桥成桥过程进行分析,3种塔高下的斜拉索最大索力及规格尺寸对比。随着钢塔高度的增加,斜拉索最大索力降低。塔高为37.5m时,斜拉索索力大、规格大、不经济;塔高47.5m与塔高42.5m相比,斜拉索索力虽有所降低,但斜拉索规格基本不变,只有WK13号索规格稍小。综合考虑,选择钢塔高度为42.5m。

五、过渡斜拉索锚固的难点

鹅公岩轨道大桥的跨度为(50+210+600+210+50)m。主梁采用钢—混凝土混合梁结构形式。斜拉桥的建造不需要在主河道搭设支架，每一块桥面通过斜拉索与桥塔墩柱连接，桥面的重力由墩柱传递至地基。设计中，应考虑主缆在主梁上散索锚固，主梁还要具备斜拉法架梁和张拉吊索等施工可行性。主跨主梁采用钢箱梁，梁高4.5m；锚跨及锚固段主梁采用混凝土梁，在边跨设置钢-混结合段。通过混凝土梁平衡重力块，来平衡斜拉索通过墩柱传递过来的斜拉索拉力。借用这样的原理，鹅公岩轨道大桥边跨钢主梁采用顶推法施工，中跨钢梁采用斜拉法悬臂拼装，将桥面建了起来。

六、悬索桥的主缆锚固的难点

鹅公岩轨道专用桥由于跨径的突破，矢跨比与老桥保持一致(1/10)自锚悬索桥的另一特点是将主缆的水平力传递给主梁，已建的自锚式悬索桥跨径均在400m以下，且天跨比一般在1/5左右。鹅公岩轨道专用桥由于跨径的突破，矢跨比与老桥保持一致(1/10)，导致其大缆水平力远超同类桥型，主缆在加劲梁上的锚固节点，成为极其关键的结构构造；而承受超大轴压力的主梁也在稳定性方面需要格外重视。

该桥主缆在加劲梁上的锚固结构采用混凝土结构,通过设置钢-混结合段进行加劲梁的纵向传力。若锚固段设计采用常规方案,则端横梁厚度至少需要8m,高度超过10m。端横梁高度尺寸过大将给设计、施工带来极大挑战3]。为使锚固横梁受力与传力更为合理,该桥采取在锚固横梁上增设竖向隔板和水平隔板的优化传力构造,即为分舱室的分散式锚固方案。通过增设的竖向隔板和水平隔板,将锚固箱室分成4个小舱室后该桥锚固横梁厚度可以减小到5.5m,且局部应力水平更低。

七、体系转化的技术难点

体系转换要求在保证结构安全的前提下,尽可能地减少工序、设备配置等工作。该桥斜拉-悬索体系转换的过程是吊索安装、斜拉索拆除的过程,可分为3个阶段。

1)加劲梁线形调整

从塔底往塔顶依次张拉斜拉索;东西方向对称调索,中跨和边跨对称进行。

2)吊索安装

利用猫道和牵引系统完成主缆架设,然后支架原位现浇施工锚跨混凝土箱梁,最后安装吊索。吊索采用缆索吊机安装,将检修车作为吊索梁端张拉操作平台,吊索从桥塔处分别往跨中和锚跨方向安装。吊索施工前,主索鞍需往边跨方向预偏。

3)临时斜拉索拆除

吊索安装完成后拆除临时斜拉索。临时斜拉索拆除设备与其安装设备为同一套设备,拆除顺序与安装顺序相反。

八、结语

由于桥位建设条件的限制以及城市景观设计的要求,鹅公岩轨道大桥主桥采用自锚式悬索桥结构该桥跨径在同类型桥梁中有较大的超越,设计中采用了多项创新技术,并开创性地运用“先斜拉后悬索”的施工方案,力求使结构设计、施工、维护更趋合理。通过精细化的设计和多项专题研究,重点解决桥梁的稳定、关键节点的设计以及施工过程的控制,确保桥梁安全、顺利地建造和运营。该桥于2014年开工建设,2019年9月开始试运营,2019年底正式通车运营。实践表明，采用斜拉扣挂法,利用固结钢塔和临时斜拉索形成过渡斜拉桥,避免了在长江通航流域搭设支架而影响航运和船只撞击支架的可能;过渡斜拉桥成桥后通过主梁线形调整大大降低了斜拉桥一悬索桥体系转换的难度,最终安全、高效、顺利地完成了斜拉桥一悬索桥体系的转换。

参考文献：

[1]陈宁贤、张海顺.鹅公岩轨道大桥加劲梁施工过渡斜拉体系设计[J].中国战略新兴产业，2020，50（5）：101-105.

[2]臧瑜、戴建国、邵长宇、陈晓虎、孙东超、漆勇、李洞明.重庆长江鹅公岩轨道大桥总体设计[J].2020(第九届)国际桥梁与隧道技术大会：31-35.

[3]上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，林同国际工程咨询(中国)有限公司，重庆轨道环线鹅公岩轨道专用桥施工图设计图纸及相关设计说明[R].