【摘要】南京長江二橋南汊橋是一座主跨628m，雙塔、雙索面鋼主梁斜拉橋。針對特大跨度鋼主梁斜拉橋的施工特點，在本橋的施工中通過建立完善的施工控制體系，以主梁應力監控預警機制為保障，確定合理的施工容許誤差度，實現了控制線型平順、消除二次調索及減少施工周期的控制目標。本文主要介紹該橋施工控制方面的一些做法。
【關鍵詞】斜拉橋
施工 控制
一、工程概況
南京長江第二大橋主橋南汊橋是跨徑為 58.5m＋ 246.5m＋ 628m＋
246.5m＋
58.5m的雙塔、雙索面、鋼主梁斜拉橋，其主跨跨徑居斜拉橋世界第三、國內第一。主梁采用焊接扁平鋼箱梁，梁高3.5m，寬37.2m（含風嘴）。主梁標準梁段長度為15m，重量為272t。混凝土索塔采用分離式雙肢的倒Y型形式，承臺以上塔高195.4m。斜拉索采用φ7-139～φ7-265
的半平行鋼絲斜拉索，標準索距15m，全橋共80對160根斜拉索。
南汊橋鋼箱梁施工采用懸臂吊裝施工方法。主梁施工從1999年12月5日吊裝邊跨梁段到2000年7月9日中跨合龍共計8個月時間。其中懸臂吊裝作業從2000年2月20日開始，平均6天完成一組梁段施工。鋼箱梁標準梁段懸臂吊裝的施工順序為：鋼箱梁梁段起吊到位→調整梁段標高，完成鋼箱梁精匹配→進行鋼箱梁環縫焊接、U型加勁肋嵌補段連接→進行斜拉索掛索和第一次張拉→吊機前移到位→進行斜拉索第二次張拉→吊裝下一梁段。
二、施工控制的目的和任務
斜拉橋是一種超靜定次數很高的結構體系，在斜拉橋的實際施工過程中由于各種結構參數不可避免會與設計值存在差異，加之施工荷載等因素的不確定性，導致施工產生結構內力及變位結果必然于設計預期存在偏差。這類偏差如不進行控制和調整則不僅會影響到成橋后橋梁的運營效果，并且會危及施工中的結構安全。斜拉橋的施工控制目的就是確保斜拉橋施工中的快捷、安全并盡量使成橋后的結構內力、線型與設計預期相符合。
國內外學者及工程技術人員對斜拉橋的施工控制進行了許多研究，提出了如：卡爾曼濾波法、最小二乘誤差控制法、無應力狀態控制法等實用控制方法。這些方法的實質都是基于對施工反饋數據的誤差分析，通過計算和施工手段對結構的目標狀態和施工的實施狀態進行控制調整，達到對施工誤差進行控制的目的。施工控制的方法必需與各類斜拉橋設計施工的特點相結合，才能在確保結構安全及施工便捷的前提下切實可靠地實現控制的目標。由于目前國內大多數斜拉橋的施工控制都是針對混凝土斜拉橋進行的，其相應的控制方法也是針對混凝土梁的施工特點提出來的，對于特大跨度的鋼主梁斜拉橋，施工控制積累的經驗較少。
在南京二橋南汊橋的施工控制實施中，根據結構的設計特點和施工特點確定合理的施工誤差容許度，以應力監控預警體系為保障，以控制線型平順、消除索力的二次調整、確保施工安全快捷為目標，對主梁施工中主梁標高、主梁軸線、懸臂端傾角、索塔偏位、索力、塔梁應力、拼接梁段焊縫寬度等內容的施工誤差進行多元控制，取得了較滿意的結果。
三、施工控制體系
南京二橋南汊橋施工控制體系由施工控制實時計算體系、施工測量實際體系、現場參數采集體系、應力監控預警體系等幾部分組成。
實時計算由兩套獨立計算體系來共同完成，以確保控制目標值的可靠性。其中以由設計單位交通部公路規劃設計院采用該院QJX軟件進行的計算為主，提供各階段的設計計算數據和施工控制實際預測計算數據，同時由監控單位之一的西南交通大學采用該校BSAS軟件進行校核計算。計算采用正裝計算法，全橋施工劃分為72個施工階段進行計算。
施工實時測量由幾何測量、物理測量和力學測量三部分組成。幾何測量即線型測量，其內容包括：主梁標高、主梁拼裝傾角、主梁軸線、索塔偏位等內容。線型測量由兩套獨立測量體系共同完成，以確保獲取準確的施工數據。其中，以由施工單位湖南路橋公司的測量數據為主，由二橋測量中心組成單位之一的河海大學進行測量復核。物理測量的主要內容為溫度的測量，包括環境溫度、構件表面溫度和鋼箱梁溫度場的測試。力學測量包括索力測量和應力測量。索力采用頻譜法測定，并用斜拉索張拉階段壓力傳感器的數據進行標定。根據索塔的結構及受力特點，在蒙塔下橫梁上、下的塔柱斷面設置應力測點，采用混凝土內預埋鋼弦計進行應力測量。根據施工中主梁的受力情況，結合成橋動、靜試驗及結構的長效觀測，全橋布置
11個主梁應力測試斷面，共
144個應力測點，對施工中主梁應力進行監控。鋼梁應力測試元件采用表面鋼弦應變計，所選元件能同時測量出測點處的鋼梁溫度。主梁應力測點布置參見圖1。
由索塔和主梁的應力測試部分組成主梁施工的應力監控體系。應力的測試數據不僅是判斷施工誤差的重要因素，同時也是確定施工誤差調整方法及調整幅度的重要依據。對應力測試數據的正確分析和判斷，并結合索力和線型數據可以確定結構的實際內力狀況的大致情況，為安全施工提供預警。
現場參數的采集包括對結構恒載、施工荷載、臨時荷載及材料參數等的分析采集和分析，以便判斷是否進行計算參數的調整。
四、施工控制的方法
施工過程中通過實時測量體系獲取到準確的施工的數據，在施工現場將這些數據與施工控制計算體系發出的施工控制目標進行比較、分析，確定施工誤差狀態，對各類誤差進行綜合分析，通知施工單位采取相應的措施進行調整。通過現場參數采集體系來確定施工中主要的實際參數，與設計參數進鑄比較分析，完成對施工計算體系中的計算參數的識別和修正。根據應力監控預警體系所得出的主梁應力狀況結果及各類誤差的狀態來確定誤差調整方法、誤差調整幅度及誤差調整時機。
南京二橋南汊橋的施工控制原則是以線型和索力雙控，并盡量做到主梁軸線、索塔偏位及連接段焊縫寬度等多元目標的控制結果在容許誤差度以下。
斜拉橋施工控制的實質是對施工誤差進行分析判斷，并對誤差提出控制方法，對需要調整的誤差提出調整措施。要做到這一點，除了要確保目標數據的正確性和采樣數據的可靠性以外，還需要對施工誤差提出一套合理的容許誤差度，作為誤差控制和調整的依據。誤差容許度的確定需要以設計及施工的具體特點相結合，以保障施工偏差不至于影響施工中結構安全度，也不至于因過多的誤差調整影響到施工進度。
南京二橋南汊橋主梁的設計特點是采用焊接扁平流線形鋼箱梁，在主梁施工階段主梁的設計應力水平不高，以截面受壓狀態為主。相對于混凝土主梁斜拉橋的施工而言，施工中主梁拉、壓應力富余程度相對較均衡。南漢橋主梁的施工特點是主梁架設施工主要在春、夏季進行，并要求在臺風季節來臨前完成主梁吊裝，保證在秋季進行橋面鋪裝的工作。鋼主梁斜拉橋架設過程中主梁標高對溫度變化非常敏感，關鍵控制施工工序只能在夜晚進行，因此施工工期要求較緊。根據南汊橋的這些特點，在施工控制中確定以主梁拼裝階段標高誤差在+2cm～-1cm之間，懸臂端傾角誤差在+0.03°以內，連接端焊縫寬度在
6mm～
15mm之間；在斜拉索二次主梁階段主梁標高誤差在+2cm～-1cm之間，懸臂端傾角誤差在+0.03°以內，斜拉索張拉力誤差基本在±5％以內。
與混凝土斜拉橋懸臂澆筑施工中的立模標高相類似，鋼主梁斜拉橋主梁拼裝時存在一個鋼梁的拼裝標高的概念。鋼梁的拼裝標高必須依據成橋線型、主梁施工恒載變形、鋼梁的制造預拼線型來確定。在確定拼裝標高過程中還應兼顧斜拉索的初始張拉力的確定和合理成橋內力狀態的確定。在確定了正確的拼裝標高以后，在主梁的施工過程中通過現場參數采集體系確定準確的施工實際參數（如梁段重量、施工荷載等），代人施工控制追蹤預測計算便可以得到各控制施工階段主梁標高的實際預測值。
與混凝土斜拉橋的立模標高的實現相比，鋼箱梁的拼裝不能像混凝土梁段澆筑那樣實現主梁梁段連接處轉角和懸臂端標高的較大調整。全焊接接口鋼箱梁可以通過調整頂、底板焊縫寬度來實現梁端懸臂端標高及傾角的微小調整，而全栓接接口的鋼箱梁幾乎很難通過接頭調整來實現標高和傾角的變化。南京二橋南漢橋的箱梁接口連接形式為箱梁的頂。底板和腹板及底板的U型加勁肋，采用焊接連接，頂板的U型加勁肋采用栓接連接，在主梁拼裝階段對標高和傾角調整的可操作性較小。因此，鋼箱梁的施工控制中的標高調整主要通過斜拉索張拉力的調整來實現。同時，如果完全通過斜拉索索力來實現標高的控制，必然會帶來較大的主梁傾角誤差，也會引起內力誤差的較多集聚。鋼箱梁主梁懸臂端傾角的較大誤差會導致下一拼接梁段更大的標高誤差。傾角誤差較難于調整回來，會導致最后的拼裝梁段的標高誤差較大地偏離原設計值。因此，鋼箱梁斜拉橋的線型控制實際較混凝土主梁斜拉橋的線型控制困難。
由于斜拉橋施工計算中很難準確將各施工階段中實際塔、梁、索的溫度場分布狀況和溫度變化狀況對施工狀況影響反映出來，而鋼箱梁施工中塔、梁位移及應力受溫度變化的響應非常敏感。因此在南汊橋的施工控制中，首先控制關鍵施工工序及施工測量數據采集的時間，來減少溫度變化對施工控制精度的影響。選擇春、夏季節代表性天氣狀況對主梁溫度場及溫度變化進行24h連續觀測，根據溫度變化趨勢確定在春季晚上9時后，夏季晚上11時后進行主梁梁段匹配工序和斜拉索二次張拉工序，并在日出前完成工序施工及施工數據的測量。施工工序中控制階段的實際時間根據當日的溫度狀況作出具體調整。
在鋼箱梁的精匹配階段，對主梁進行標高、傾角及軸線的同步觀測。由施工控制計算給出控制預測值，現場確定施工誤差。通過調整底板焊縫間隙對標高、傾角及軸線進行微調，以懸臂端標高控制為主，同時盡量將傾角及焊縫間隙的誤差控制在誤差容許度以內。在斜拉索的第二次張拉階段，對主梁標高、傾角、軸線及索塔偏位進行同步觀測。在斜拉索張拉誤差基本控制在±
5％以內的前提下，通過斜拉索索力來調整主梁標高誤差，同時盡量使傾角及索塔偏位在容許誤差范圍內。
對各控制施工階段，由施工控制計算給出模擬溫度變化計算得到的“溫度-主梁撓度影響曲線”，以方便現場監控人員根據環境溫度對施工控制目標值進行適當修正，以正確判定施工誤差狀況，現場確定誤差控制幅度。在各斜拉索第二次張拉階段，由施工控制計算給出“斜拉索張拉力-主梁撓度、傾角影響曲線”，并要求對斜拉索張拉進行分級張拉同步觀測，
由計算數據及分級張拉的實測撓度變化數據現場確定斜拉索的超張拉誤差量，來確保主梁標高及傾角的誤差盡可能小。
在各控制施工階段進行線型測量的同時進行應力監測，分析主梁應力誤差狀況，對主梁吊裝和斜拉索張拉階段結構的安全度進行判定，對超出應力容許誤差的情況進行分析預警。
五、主跨合龍后的控制結果
南汊橋施工控制中通過完善的施工控制體系、合理的容許誤差度、恰當的控制調整手段，將斜拉橋施工控制中的施工環節、測量環節、基本誤差分析環節控制在施工現場的同一周期內進行，可以將誤差的被動調整轉換為誤差的主動控制，減少誤差調整的環節從而壓縮施工周期。
在南汊橋中跨合龍前，合龍段兩邊的標高相對誤差為5mm，軸線相對誤差為0.3mm，確保了主梁合龍的順利進行。在主跨合龍并解除塔下臨時約束后，主梁線型平順（參見圖1）最大標高誤差10.2cm，主梁應力水平在設計要求的范圍內（參見圖1），斜拉索索力相對誤差在±10％以內。控制結果滿足設計預期要求，能夠實現不對斜拉索索力進行M次調整的控制目標。
參考文獻
［l］鐵道部大橋工程局橋梁科學研究所．斜拉橋．上海：科學文獻出版社，1992．2
［2］嚴國敏．現代斜拉橋．成都：西南交通大學出版社，1996．7
