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Installation and Construction Technology of Rectangular Steel Cable Tower of
Asymmetric Rotational Cable-stayed Bridge
孙兴伟 SUN Xing-wei
（中铁九局集团第七工程有限公司，沈阳 110044）
（The 7th Engineering Co.，Ltd. of China Railway No.9 Group Co.，Ltd.，Shenyang 110044，China）
摘要：本文以沈阳市昆山西路与广业路连通-高架桥工程为实例，详尽地论述了非对称独塔钢箱斜拉桥索塔钢箱的工厂加工预拼装、运输至施工现场过程中的安全保障、现场吊装前的预拼装、主要吊装设备的配置、节段定位安装及监测、桥塔全天候实时监控、桥塔监测质量控制、利用测量机器人对桥塔进行变形监测等主要内容，通过采用上述技术措施，解决了钢索塔安装施工精度难以控制等诸多技术问题，积累了丰富的施工经验，加快了施工进度，取得了显著的经济效益。
Abstract: This paper takes the connection viaduct project of Kunshan West Road and Guangye Road in Shenyang City as an example, and discusses in detail the factory processing preassembly of the steel box of the cable tower of the asymmetric single-tower cable-stayed bridge, the safety guarantee during the transportation to the construction site, the preassembly before the site hoisting, the configuration of the main hoisting equipment, the segmental positioning installation and monitoring, the real-time monitoring of the bridge tower all day, the monitoring quality control of the bridge tower, and the deformation monitoring of the bridge tower by using the measuring robot. The above technical measures have solved many technical problems such as the difficulty of controlling the installation and construction accuracy of the steel cable tower, accumulated rich construction experience, accelerated the construction progress, and achieved significant economic benefits.
关键词：大跨度；非对称转体斜拉桥；矩形钢索塔；安装；施工技术
Key words: long-span；asymmetric rotational cable-stayed bridge；rectangular steel cable tower；installation；construction technology
中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2021）01-0091-03
1 工程概况
昆山西路与304国道连通-高架桥工程起点位于丁香小学大门以西60m处，沿现状广业路向东，上跨沈山铁路甲乙线、京沈客运专线等，东至昆山西路。高架桥全长1.46km，跨大成站主桥采用（155+120）m独塔单索面斜拉桥，全长1215m。高架桥西侧引桥为双向4车道，标准宽度17.5m；东侧引桥为双向6车道，标准宽度23.5m；跨大成站斜拉桥为双向6车道，标准宽度31m。
高架桥结构分独塔单索面钢箱梁斜拉桥、预应力混凝土连续箱型梁桥、预应力混凝土简支箱梁桥和钢-混组合梁桥等结构形式。其中斜拉桥主梁采用正交异性桥面板钢箱梁，中心梁高2.5m，箱梁顶板宽度31m，设1.5%双向横坡，底板宽度22.03m，横向为平坡。全桥主梁划分成44个梁段，共13种类型。索塔为独塔钢箱结构，桥面以上5.4m范围内主塔为等截面，截面尺寸为3.0m×6.5m；桥面以上9.0m到塔顶为等截面，截面尺寸为3.5m×6.5m；5.4m到9.0m范围内主塔截面线性变化。
2 索塔施工工艺流程及关键技术方案
该转体斜拉桥索塔为独塔钢箱结构，因内部无混凝土填充，所以受温度影响变形较大。钢塔采用在工厂加工，加工完成后进行预拼装，运输至施工现场后再次进行预拼装，保证了钢塔吊装的准确性。钢索塔各部件采用500t履带吊进行吊装，逐节拼装焊接，并对其变形进行测量监控。钢塔在工厂内加工制造与现场基础施工同步进行，利用测量机器人对桥塔进行变形监测，保证了钢索塔施工精度及合同工期。
2.1 钢索塔节段拼装施工工艺流程
钢索塔节段拼装施工工艺流程见图1。
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2.2 关键技术方案
2.2.1 编制施工方案
编制钢主塔拼装专项施工方案，确定主塔施工工程量，吊车选用500t履带吊，钢丝绳选择6根6×37+1型钢丝绳吊装，卡环选择弓形卸扣S-BX50t，吊耳选择型号B50t，以上可以满足钢塔吊装工作。
2.2.2 钢塔拼装主要工程数量
斜拉桥由主跨、边跨、桥塔及斜拉索锚拉索等组成，总长275m，其中主跨桥长155m，边跨桥长120m，桥塔高72.5m。钢桥塔为独塔钢箱结构，桥面以上5.4m范围内，主塔为等截面，截面尺寸为3.0*6.5m；桥面以上9.0m到塔顶，主塔为等截面，截面尺寸3.5m*6.5m；5.4m至9.0m主塔截面线性变化。节段最大吊重约为99.9t。桥塔共分为T1-T13个节段，具体数据如表1桥塔分段及数据表。
2.3 钢主塔工厂内制作试拼装
为加快施工进度以及质量要求，钢主塔采用工厂内加工制作完成，在工厂内完成试拼装工作，并做好横纵轴线标记，方便现场安装时进行钢塔定位和检测点的布设。待其检测合格后根据现场需要，分节段运输至现场。
钢主塔节段在加工场地装车时，须垫平接触面，捆绑牢靠，避免钢塔节段因运输过程不当发生变形。运输前明确路线，选择平稳道路运输，并对沿途具体障碍制定措施。
根据现场施工进度要求运输，钢桥塔进场时间选择在白天光线充足的时候，以便检查钢塔节段外观质量，对承运单位的技术力量和车辆、机具进行检验，并申报交通主管部门批准，必要时要组织模拟运输，具体运输时间按照交通管理局批示执行。
钢塔加工厂至安装现场实际运距为50公里。配备130T牵引拖车4台，20T挂车4台进行运输。运输路段为沈阳市区路段，运输路线：中辰钢构→开发大道→四环→北一路→昆山西路施工现场。
由于钢桥塔自重较大，运输过程中道路颠簸，为防止钢桥塔在运输过程中产生变形，因此运输过程采取以下措施：①在运输过程中，定时检查钢构件的紧固情况，发现位移松动时，要立即处理。②封车加固绳索必须经严格检查合格后方可使用。③钢桥塔装车捆绑检查合格后方可上路启运。④运输前应按清单对钢桥塔编号进行核对。⑤钢桥塔平运时，钢桥塔底部必须放100×100木方支垫，且垫块位置应保证钢桥塔受力合理。⑥车辆启动要慢、车辆行驶匀速，严禁超速、猛拐和急刹车。
2.4 现场试拼装
钢塔节段运输至现场后先检查其是否有变形，以免影响施工进度及精度，如有变形，立即返回厂内重新修正后再运输至现场。如没有变形应立即对钢塔节段进行试拼装，检查拼装情况，并及时与厂内联系以免影响施工进度及精度。
对钢塔节段四点吊装，吊耳与桥塔均为场内制作，且出厂前焊接完好，单个吊耳根据吊耳规范选择吊耳型号B50t可以满足施工要求，吊点位置选择在桥塔四角处，待现场吊装节段焊接完成进行下一节段吊装之前，对吊耳进行切割，不影响下一节段施工。
待拼装合格后，布置检测点，其位置如图2、图3所示。
现场采用测量机器人进行实时三维空间坐标的检测，全站仪辅助测量，用于数据总结对比与复核。整理工程设计交桩点位及其他检测点位数据，测量机器人进行内置实际桥塔观测网基准点及检测点概略坐标数据库，其具体检测点三维坐标数据如表2。
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交桩点平面坐标为：
①X=41527370.9317 Y=4633309.6367
②X=41527369.7947 Y=4633313.1498
竖向Z坐标随着每节桥塔吊装，高度变化而变化，具体数值见表3观测点Z坐标。
2.5 节段定位安装及监测
2.5.1 钢桥塔吊装
桥塔T1-T4吊装，500t汽车吊主臂选用90m，配重148T，作业半径18-24m，桥塔T5-T13吊装，采用超起吊装，主臂长度72m，副臂长度48m，配重149T，作业半径46m。当采用主臂吊装时，若风力力大于5级，则不允许进行起吊作业。当采用副臂吊装时，风力不能大于4级。
为满足整个桥塔吊装需要，本次设站应满足桥塔整体测量需求，在已完成的22-25连续混凝土梁上靠近22桥墩上方设一处固定点，其距主塔距离约为125m。吊装主要设备见表4机械设备表。
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2.5.2 监测
用测量机器人建立施工三维空间坐标控制网，将测量机器人安置在固定点位上，人工概略整平仪器，操作员开机后，选择站点及后视点，然后操作员将仪器望远镜概略照准后视点，启动观测工作，仪器将自动按照预设置参数及观测顺序进行多测回角度测量所需的预定目标，再按顺序多次测量预定目标距离，从而实现坐标测量达到检测安装精度的目的。
对主塔周围四个角点进行测量，经过三维坐标计算，通过自动机器人内置程序计算，得出其变形程度及安装位置，控制主塔节段安装精度。
钢桥塔吊装施工共分为13个节段，单节段整体吊装，施工顺序由下至上。待钢箱梁施工完成J23-J25节段后（即主墩节段），开始吊装钢桥塔第一个节段（T1节段），对于桥塔精度的控制，采取的措施是节段对接位置焊接一圈环衬，现场安装进行桥塔的调整，当测量数据与理论数据一致时停止微调，调整过程实时监测，耳板采用直径为24的普通螺栓固定。为保证桥塔焊接过程的稳定性，在相邻两节桥塔调整精度对接完毕后，耳板的螺栓必须拧牢固。固定完成后再次进行测量，数据无误后对节段进行环形焊接。
2.6 桥塔全天候实时监测
因矩形钢主塔为钢箱结构，内无混凝土等填充，其长宽不一致等原因，造成其受温度、日照、天气等外界因素影响变形较大，所以在整个钢主塔施工过程中，对桥塔进行全天候实时监测，以保证在安装每一阶段时准确无误。以第一次测得各测点的坐标作为初始值，以后每测一次都得到一组新的坐标值，将全部数值进行统计对比分析，按预设参数作为超限报警。
分析上一吊装状态下数据，得出下一节段吊装偏位，变形监测在整个吊装过程中进行实时监测，已达到各时段误差均在可控范围内，高效快速地完成吊装工作。
3 桥塔监测质量控制
工程测量应以中误差作为衡量测量精度的标准，二倍误差作为极限误差。为保证误差在允许限差内，各种控制测量必须按《工程测量规范》执行，操作按规范进行，各项限差必须达到桥塔允许偏差要求，实际与允许偏差见表5。
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吊装过程控制：制定详细的实施细则。钢塔在吊装过程中需及时进行方向偏位纠正。对监控计算结果，应加强校核（包括设计单位复核），消除计算中可能的偏差和失误。
确保仪器设备准确可靠。并在使用过程中经常进行检查和保养，一旦仪器设备精度有疑问时，即应进行检定，达到检定周期及时进行检定以保证测试数据的有效性。
施工监控指令设立3个预警级别。如果情况属于最严重的第3级，如桥塔水平位移、桥塔应力异常，则需停工，通过提议由监理组织召开专家会议，查找原因，采取应对措施。在监控数据采集和测试过程中，实施完全换手测量的制度，严格执行复核、校核程序，确保数据的真实、可靠；加强自检、互检，严格执行复核签字制度。在复核中一旦发现不正常的数据，立即进行必要的复测，以避免错过测量时机，造成漏测或无效测量。加强各项记录及电子文档的管理，及时对数据进行可靠的备份。
4 结束语
中铁九局集团第七工程有限公司承建的沈阳市昆山西路与广业路连通-高架桥工程，主线斜拉桥采用独塔双索面钢箱梁斜拉桥，塔梁固结体系，总长275m，其中主跨桥长155m，边跨桥长120m，桥塔高72.5m。
斜拉桥由梁体、桥塔及斜拉索锚拉索等组成，总跨度275m。斜拉桥桥塔为独塔钢箱结构，桥面以上5.4m范围内，主塔为等截面，截面尺寸为3.0*6.5m；桥面以上9.0m到塔顶，主塔为等截面，截面尺寸3.5m*6.5m；5.4m至9.0m主塔截面线性变化。节段最大吊重约为99.9t。桥塔共分为T1-T13个节段，桥塔净高72.5m。考虑到工期、施工经济性及施工精度要求等因素，通过多次方案比选，最终决定采用钢塔在工厂内加工制造，预拼合格后运往现场，并做好限位装置和临时固定措施。安装时，每节矩形钢塔每侧分别取一个三维坐标进行检测，精确控制每一节段的安装位置。待钢塔段就位后，通过千斤顶对钢塔进行微调，以此来确保钢塔的安装精度。每一段钢塔安装就位后，通过测量预先在钢塔段上定好的点的三维坐标值与理论值进行对照，检测钢塔的安装精度，精准调节后方可进行节段焊接作业。
测量机器人高质量、高速度地完成了钢桥塔拼装检测施工。开工时间2019年7月20日，竣工时间2019年9月10日，安装就位偏差均满足设计和规范的要求且小于行业标准。
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