【摘要】南京长江二桥南汊桥是一座主跨628m，双塔、双索面钢主梁斜拉桥。针对特大跨度钢主梁斜拉桥的施工特点，在本桥的施工中通过建立完善的施工控制体系，以主梁应力监控预警机制为保障，确定合理的施工容许误差度，实现了控制线型平顺、消除二次调索及减少施工周期的控制目标。本文主要介绍该桥施工控制方面的一些做法。
【关键词】斜拉桥 施工 控制

一、工程概况
南京长江第二大桥主桥南汊桥是跨径为 58.5m＋ 246.5m＋ 628m＋ 246.5m＋ 58.5m的双塔、双索面、钢主梁斜拉桥，其主跨跨径居斜拉桥世界第三、国内第一。主梁采用焊接扁平钢箱梁，梁高3.5m，宽37.2m（含风嘴）。主梁标准梁段长度为15m，重量为272t。混凝土索塔采用分离式双肢的倒Y型形式，承台以上塔高195.4m。斜拉索采用φ7-139～φ7-265
的半平行钢丝斜拉索，标准索距15m，全桥共80对160根斜拉索。
南汊桥钢箱梁施工采用悬臂吊装施工方法。主梁施工从1999年12月5日吊装边跨梁段到2000年7月9日中跨合龙共计8个月时间。其中悬臂吊装作业从2000年2月20日开始，平均6天完成一组梁段施工。钢箱梁标准梁段悬臂吊装的施工顺序为：钢箱梁梁段起吊到位→调整梁段标高，完成钢箱梁精匹配→进行钢箱梁环缝焊接、U型加劲肋嵌补段连接→进行斜拉索挂索和第一次张拉→吊机前移到位→进行斜拉索第二次张拉→吊装下一梁段。

二、施工控制的目的和任务
斜拉桥是一种超静定次数很高的结构体系，在斜拉桥的实际施工过程中由于各种结构参数不可避免会与设计值存在差异，加之施工荷载等因素的不确定性，导致施工产生结构内力及变位结果必然于设计预期存在偏差。这类偏差如不进行控制和调整则不仅会影响到成桥后桥梁的运营效果，并且会危及施工中的结构安全。斜拉桥的施工控制目的就是确保斜拉桥施工中的快捷、安全并尽量使成桥后的结构内力、线型与设计预期相符合。
国内外学者及工程技术人员对斜拉桥的施工控制进行了许多研究，提出了如：卡尔曼滤波法、最小二乘误差控制法、无应力状态控制法等实用控制方法。这些方法的实质都是基于对施工反馈数据的误差分析，通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。施工控制的方法必需与各类斜拉桥设计施工的特点相结合，才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。由于目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对混凝土斜拉桥进行的，其相应的控制方法也是针对混凝土梁的施工特点提出来的，对于特大跨度的钢主梁斜拉桥，施工控制积累的经验较少。
在南京二桥南汊桥的施工控制实施中，根据结构的设计特点和施工特点确定合理的施工误差容许度，以应力监控预警体系为保障，以控制线型平顺、消除索力的二次调整、确保施工安全快捷为目标，对主梁施工中主梁标高、主梁轴线、悬臂端倾角、索塔偏位、索力、塔梁应力、拼接梁段焊缝宽度等内容的施工误差进行多元控制，取得了较满意的结果。

三、施工控制体系
南京二桥南汊桥施工控制体系由施工控制实时计算体系、施工测量实际体系、现场参数采集体系、应力监控预警体系等几部分组成。
实时计算由两套独立计算体系来共同完成，以确保控制目标值的可靠性。其中以由设计单位交通部公路规划设计院采用该院QJX软件进行的计算为主，提供各阶段的设计计算数据和施工控制实际预测计算数据，同时由监控单位之一的西南交通大学采用该校BSAS软件进行校核计算。计算采用正装计算法，全桥施工划分为72个施工阶段进行计算。
施工实时测量由几何测量、物理测量和力学测量三部分组成。几何测量即线型测量，其内容包括：主梁标高、主梁拼装倾角、主梁轴线、索塔偏位等内容。线型测量由两套独立测量体系共同完成，以确保获取准确的施工数据。其中，以由施工单位湖南路桥公司的测量数据为主，由二桥测量中心组成单位之一的河海大学进行测量复核。物理测量的主要内容为温度的测量，包括环境温度、构件表面温度和钢箱梁温度场的测试。力学测量包括索力测量和应力测量。索力采用频谱法测定，并用斜拉索张拉阶段压力传感器的数据进行标定。根据索塔的结构及受力特点，在蒙塔下横梁上、下的塔柱断面设置应力测点，采用混凝土内预埋钢弦计进行应力测量。根据施工中主梁的受力情况，结合成桥动、静试验及结构的长效观测，全桥布置 11个主梁应力测试断面，共 144个应力测点，对施工中主梁应力进行监控。钢梁应力测试元件采用表面钢弦应变计，所选元件能同时测量出测点处的钢梁温度。主梁应力测点布置参见图1。

由索塔和主梁的应力测试部分组成主梁施工的应力监控体系。应力的测试数据不仅是判断施工误差的重要因素，同时也是确定施工误差调整方法及调整幅度的重要依据。对应力测试数据的正确分析和判断，并结合索力和线型数据可以确定结构的实际内力状况的大致情况，为安全施工提供预警。
现场参数的采集包括对结构恒载、施工荷载、临时荷载及材料参数等的分析采集和分析，以便判断是否进行计算参数的调整。

四、施工控制的方法
施工过程中通过实时测量体系获取到准确的施工的数据，在施工现场将这些数据与施工控制计算体系发出的施工控制目标进行比较、分析，确定施工误差状态，对各类误差进行综合分析，通知施工单位采取相应的措施进行调整。通过现场参数采集体系来确定施工中主要的实际参数，与设计参数进铸比较分析，完成对施工计算体系中的计算参数的识别和修正。根据应力监控预警体系所得出的主梁应力状况结果及各类误差的状态来确定误差调整方法、误差调整幅度及误差调整时机。
南京二桥南汊桥的施工控制原则是以线型和索力双控，并尽量做到主梁轴线、索塔偏位及连接段焊缝宽度等多元目标的控制结果在容许误差度以下。
斜拉桥施工控制的实质是对施工误差进行分析判断，并对误差提出控制方法，对需要调整的误差提出调整措施。要做到这一点，除了要确保目标数据的正确性和采样数据的可靠性以外，还需要对施工误差提出一套合理的容许误差度，作为误差控制和调整的依据。误差容许度的确定需要以设计及施工的具体特点相结合，以保障施工偏差不至于影响施工中结构安全度，也不至于因过多的误差调整影响到施工进度。
南京二桥南汊桥主梁的设计特点是采用焊接扁平流线形钢箱梁，在主梁施工阶段主梁的设计应力水平不高，以截面受压状态为主。相对于混凝土主梁斜拉桥的施工而言，施工中主梁拉、压应力富余程度相对较均衡。南汉桥主梁的施工特点是主梁架设施工主要在春、夏季进行，并要求在台风季节来临前完成主梁吊装，保证在秋季进行桥面铺装的工作。钢主梁斜拉桥架设过程中主梁标高对温度变化非常敏感，关键控制施工工序只能在夜晚进行，因此施工工期要求较紧。根据南汊桥的这些特点，在施工控制中确定以主梁拼装阶段标高误差在+2cm～-1cm之间，悬臂端倾角误差在+0.03°以内，连接端焊缝宽度在 6mm～ 15mm之间；在斜拉索二次主梁阶段主梁标高误差在+2cm～-1cm之间，悬臂端倾角误差在+0.03°以内，斜拉索张拉力误差基本在±5％以内。
与混凝土斜拉桥悬臂浇筑施工中的立模标高相类似，钢主梁斜拉桥主梁拼装时存在一个钢梁的拼装标高的概念。钢梁的拼装标高必须依据成桥线型、主梁施工恒载变形、钢梁的制造预拼线型来确定。在确定拼装标高过程中还应兼顾斜拉索的初始张拉力的确定和合理成桥内力状态的确定。在确定了正确的拼装标高以后，在主梁的施工过程中通过现场参数采集体系确定准确的施工实际参数（如梁段重量、施工荷载等），代人施工控制追踪预测计算便可以得到各控制施工阶段主梁标高的实际预测值。
与混凝土斜拉桥的立模标高的实现相比，钢箱梁的拼装不能像混凝土梁段浇筑那样实现主梁梁段连接处转角和悬臂端标高的较大调整。全焊接接口钢箱梁可以通过调整顶、底板焊缝宽度来实现梁端悬臂端标高及倾角的微小调整，而全栓接接口的钢箱梁几乎很难通过接头调整来实现标高和倾角的变化。南京二桥南汉桥的箱梁接口连接形式为箱梁的顶。底板和腹板及底板的U型加劲肋，采用焊接连接，顶板的U型加劲肋采用栓接连接，在主梁拼装阶段对标高和倾角调整的可操作性较小。因此，钢箱梁的施工控制中的标高调整主要通过斜拉索张拉力的调整来实现。同时，如果完全通过斜拉索索力来实现标高的控制，必然会带来较大的主梁倾角误差，也会引起内力误差的较多集聚。钢箱梁主梁悬臂端倾角的较大误差会导致下一拼接梁段更大的标高误差。倾角误差较难于调整回来，会导致最后的拼装梁段的标高误差较大地偏离原设计值。因此，钢箱梁斜拉桥的线型控制实际较混凝土主梁斜拉桥的线型控制困难。
由于斜拉桥施工计算中很难准确将各施工阶段中实际塔、梁、索的温度场分布状况和温度变化状况对施工状况影响反映出来，而钢箱梁施工中塔、梁位移及应力受温度变化的响应非常敏感。因此在南汊桥的施工控制中，首先控制关键施工工序及施工测量数据采集的时间，来减少温度变化对施工控制精度的影响。选择春、夏季节代表性天气状况对主梁温度场及温度变化进行24h连续观测，根据温度变化趋势确定在春季晚上9时后，夏季晚上11时后进行主梁梁段匹配工序和斜拉索二次张拉工序，并在日出前完成工序施工及施工数据的测量。施工工序中控制阶段的实际时间根据当日的温度状况作出具体调整。
在钢箱梁的精匹配阶段，对主梁进行标高、倾角及轴线的同步观测。由施工控制计算给出控制预测值，现场确定施工误差。通过调整底板焊缝间隙对标高、倾角及轴线进行微调，以悬臂端标高控制为主，同时尽量将倾角及焊缝间隙的误差控制在误差容许度以内。在斜拉索的第二次张拉阶段，对主梁标高、倾角、轴线及索塔偏位进行同步观测。在斜拉索张拉误差基本控制在± 5％以内的前提下，通过斜拉索索力来调整主梁标高误差，同时尽量使倾角及索塔偏位在容许误差范围内。
对各控制施工阶段，由施工控制计算给出模拟温度变化计算得到的“温度-主梁挠度影响曲线”，以方便现场监控人员根据环境温度对施工控制目标值进行适当修正，以正确判定施工误差状况，现场确定误差控制幅度。在各斜拉索第二次张拉阶段，由施工控制计算给出“斜拉索张拉力-主梁挠度、倾角影响曲线”，并要求对斜拉索张拉进行分级张拉同步观测，
由计算数据及分级张拉的实测挠度变化数据现场确定斜拉索的超张拉误差量，来确保主梁标高及倾角的误差尽可能小。
在各控制施工阶段进行线型测量的同时进行应力监测，分析主梁应力误差状况，对主梁吊装和斜拉索张拉阶段结构的安全度进行判定，对超出应力容许误差的情况进行分析预警。

五、主跨合龙后的控制结果
南汊桥施工控制中通过完善的施工控制体系、合理的容许误差度、恰当的控制调整手段，将斜拉桥施工控制中的施工环节、测量环节、基本误差分析环节控制在施工现场的同一周期内进行，可以将误差的被动调整转换为误差的主动控制，减少误差调整的环节从而压缩施工周期。
在南汊桥中跨合龙前，合龙段两边的标高相对误差为5mm，轴线相对误差为0.3mm，确保了主梁合龙的顺利进行。在主跨合龙并解除塔下临时约束后，主梁线型平顺（参见图1）最大标高误差10.2cm，主梁应力水平在设计要求的范围内（参见图1），斜拉索索力相对误差在±10％以内。控制结果满足设计预期要求，能够实现不对斜拉索索力进行M次调整的控制目标。

参考文献
［l］铁道部大桥工程局桥梁科学研究所．斜拉桥．上海：科学文献出版社，1992．2
［2］严国敏．现代斜拉桥．成都：西南交通大学出版社，1996．7