重庆人民有福了，世界最大跨度钢桁架系杆拱桥朝天门长江大桥霸气

　　1工程概况
　　重庆朝天门长江大桥位于重庆市主城区内，长江与嘉陵江交汇处朝天门下游1。7km，横跨长江，西连江北区青草坝，东接南岸区弹子石，是连接重庆中央商务区内的一座标志性大桥。整个工程由对山立交桥、北引桥、主桥、南引桥、弹子石立交桥组成，全长4886m。主桥长932m，主跨为190552190m的三跨连续中承式钢桁系杆拱桥。主桥设上下双层桥面，上层桥面设双向6车道，下层桥面设双向4车道和二线轻轨。北引桥长3。4km，南引桥长495m，均为预应力混凝土箱梁。主桥基础为灌注桩基础、矩形承台、空心薄壁墩，U型桥台桩基础。朝天门长江大桥是由中国交通建设股份有限公司按BT模式承建的世界最大跨度的钢桁架系杆拱桥，钢桥用钢材5万吨，全桥总造价31亿
　　2工程的技术特点
　　朝天门长江大桥位于重庆市主城区，施工场地狭窄，桥址附近有重庆枯水期的主要港口，施工干扰极大；主桥结构复杂、技术难度大、施工精度要求高。
　　2。1主桥施工特点
　　（1）大桥主跨设计跨径为552m（见图1），为世界最大跨拱桥，且为上下二层桥面，桁架拱、桁架梁，三跨连续拱形梁受力体系，上下二层系杆、刚性系杆和柔性系杆混合受力，结构极为复杂；对构件加工制造、桥梁线形控制等均提出了较高的要求。
　　图1大桥主桥结构设计图
　　（2）大桥两岸地形陡峭，沿线建筑物密集，可供利用的施工场地小，增加了施工用大型临时工程的布置难度。
　　（3）施工水域航道狭窄，水下地形复杂，航运繁忙，施工作业与航运之间的矛盾较突出，航道的占用和维护对施工方案的选择和工程施工进度均有较大的影响。
　　（4）大桥跨越长江黄金水道，且桥梁结构物的高度较大，施工期间人员、设备和过往船舶的安全防护要求高、难度大；
　　（5）重庆市阴、雨、雾天较多，夏天气温高，冬天湿度大，对钢结构安装及高强螺栓的施拧影响较大；
　　（6）大桥施工所需临时工程和专用设备数量巨大，结构复杂，对工程施工成本的影响较大。
　　2。2主桥设计施工难点
　　（1）主桥上部结构钢梁杆件材质有Q420qD、Q370qD和Q345qD三种；形式有箱形、H形、E形；单件长度最大45m，重量最大80t。具有板件厚、杆件截面大及变高变宽特点，加工制造及安装难度大、精度要求高。
　　（2）主桁结构复杂、截面尺寸大，最大板厚达80mm，是目前国内钢桁架（拱）梁中最厚的，连接高强螺栓用量达183万套，且要求板面安装抗滑移系数大于0。45。由于重庆阴雨雾天多，夏季气温高，冬季湿度大，对安装以及高强螺栓的施拧影响较大。
　　（3）拱脚处采用的球形抗震支座承载力14500t，支座设计年限为100a，为国内最大、使用年限最长的球形支座。支座的设计、制造、安装难度大。
　　（4）结构受力状态变化较大，要进行多次受力体系转换。要经历从钢桁架梁悬臂钢拱桁架钢桁架梁钢桁架裸拱钢桁架梁中承式钢桁架连续系杆拱桥（钢桁架梁钢桁架系杆拱钢桁架梁）的体系转换，实施难度非常大。
　　（5）为了尽量减少边跨配重，同时保证中跨钢桁拱悬臂施工稳定性，需要设置斜拉扣挂系统，其实施与控制难度大。
　　（6）为保证主跨钢桁拱零应力合拢，在边、中支点实施顶升，难度大。
　　（7）主桥钢结构安装采用现场架设，从两侧边支点向跨中对称安装，边跨在有限支架上悬臂拼装，主跨拱桁采用拱上爬行吊机悬臂拼装，实现桁拱跨中合拢后，安装临时系杆，形成系杆拱受力体系，再用桥面吊机安装上、下层梁系和面板，施工极为复杂。主桥总体施工方案布置图见图2。
　　图2主桥施工总体布置图
　　3技术创新内容
　　由于朝天门长江大桥的工程特点和技术难点，为确保项目的顺利实施，项目公司组织设计、施工、科研和监控单位开展多方面的技术研究与攻关，采用新技术、新工艺、新设备、新材料，在以下几个方面实现了创新：
　　（1）朝天门长江大桥主桥采用190552190m连续钢桁系杆拱桥是世界上跨度最大的拱桥。设计首创多肋式飞燕式钢桁拱形式是古典桥型与现代建桥技术的完美结合，是我国大跨度钢桁拱桥设计创新的代表作。
　　（2）主桥中间支点采用QZ145000kN铸钢球形铰抗震支座，是目前世界上承载力最大的球形支座。大吨位、大位移量球形支座的设计、制造、安装成功，有力地推动了我国桥梁球形抗震支座的技术进步。
　　（3）按照主桁不同部位杆件相差较大的特点，设计中采取不同材质、变截面，打破多年来国内钢桁梁（拱）杆件单一材质、等截面的传统。在国内钢桁拱桥上首次采用Q420qD材质杆件，不仅使设计截面选择更合理，也节省了材料，降低了造价。
　　（4）主桁结构构件设计的最大板厚达80mm，创目前国内钢桁梁（拱）桥中拼焊板厚度之最。
　　（5）主桥下系杆采用钢制杆件辅助系索的组合式预应力系杆，在国内钢桥永久结构设计中属首次。通过预应力索的作用，有效降低刚性系杆杆件内力，减少构件尺寸和钢材用量，降低了造价。
　　（6）钢梁安装设计采用20000kNm爬行式架梁吊机，最大吊重80t，回转角度50，最大前移爬坡度20，以适应钢桁拱上弦变化要求。该吊机是国内同类型吊机中起重能力最大的。
　　（7）施工中结构受力状态变化较大，要进行多次体系转换，从简支梁、悬臂梁、连续梁、斜拉体系、悬索体系、有推力拱、最后形成无推力拱的设计成桥状态，集桥梁所有结构体系于一桥，是桥梁设计技术的综合体现。
　　4技术保证措施
　　为确保各项技术工作的顺利实施，项目公司作为建设期的业主对设计、施工的各阶段采取了以下的保证措施：
　　4。1建立专家审查制度
　　从项目管理开始，对项目的各个环节组织专家咨询审查会，对重要的阶段邀请国内相关单位进行设计复核或审查。
　　4。2开展相关技术研究与攻关
　　在不同阶段根据不同的技术要求采取相应技术超前研究，及时解决设计、施工过程中出现的各种技术问题。项目已开展的建设关键技术研究有：主桥静力模型试验研究；主桥动力模型试验研究；主桥施工期抗风稳定性研究；主桥关键节点疲劳试验研究；主桥施工全过程仿真及二类稳定研究；主桥施工监控技术研究及实施；主桥关键构件设计分析研究；主桥施工关键技术研究；主桥14500t支座设计及制造技术研究；沥青混凝土桥面设计与铺装技术研究。
　　4。3对技术方案不断进行完善与优化
　　由于项目公司对设计、施工、科研、监理、监控实施综合管理，且由于朝天门长江大桥的管理多样性和技术复杂性，中交集团从集团内部各单位抽调有相关工作经验的技术及管理干部，组成了项目建设公司，根据专家意见和研究成果，对特大型桥梁的设计、施工各阶段及时调整设计和施工方案，且设计和施工同时开展研究工作，确保了各项工作的顺利进行。设计施工阶段采取的设计和施工优化主要有以下几个方面：
　　（1）将主桥最大跨径调整为552m由于重庆市长江河段为岩石层，河谷陡峭，且洪水期水流流速较大，船舶航行线路受到限制。南岸主航道的线路确定了南主墩的位置在南岸滩地上；北主墩按设计跨度最小的原则位于深水陡坡基岩上，基础位于低水位时水流影响区，施工难度极大、施工措施费用也增加较大，经与勘察、设计单位协商，将主跨跨度由546m调整为552m，避开了水流影响；
　　（2）改拱梁并进方案为先拱后梁方案原主桥设计方案为主拱和桥面同时安装施工，国内已有使用先例，本桥的结构荷载超大、悬臂超长，采用该方案时施工期间的安全风险较大，经专家会讨论后改为先安装主拱、在主拱合拢后再安装桥面的施工方案；安装吊机可选择有缆索吊机或拱上吊机，经多次技术、经济比较及专家审查，最终选择拱上吊机作为钢结构拼装设备。
　　（3）合拢调节方式改中支点调节为边支点调节铁路桥梁常用的连续梁安装方式为边支点的高度固定、调节中支点的高度，该方式的优点是在永久结构上增垫辅助材料达到中跨合拢点自然合拢的目的。该方案的优点是施工操作简单有效，但对于超大型构件和超重构件，标高和位移调节非常困难，且安全风险和设备投入均较大。经过专家会讨论后改为将边墩支座预留一定高度作为调节合拢标高，在桥面形成后再施工预留部分，确保施工安全。
　　（4）增加施工阶段临时系杆初步设计方案中并未考虑采用临时系杆，但在编制总体施工组织设计方案时，在拱形成后的桥面系安装过程中，结构应力和结构变形的变化幅度均较大，给桥面合拢造成困难，且施工过程中的监控难度较大，为保证施工安全和施工质量，施工图阶段增加了临时系杆体系。
　　（5）采用14500t球形支座拱桥的结构特点为不仅施工期间的结构受力十分复杂，而且结构的受力体系处于不断变化之中，采用支座形式使结构的不同阶段的外部受力体系明确，使施工监测和控制相对简单，增加施工过程的安全性。
　　4。4加强对施工单位的管理与协调
　　技术管理与创新是一个综合性的系统工程，必须在设计阶段将设计、施工各阶段的技术问题提前进行周密的策划，提前研究，以确保成果的可靠性和及时性。在实施过程中对项目的各个阶段均加强管理，随时跟踪检查。
　　（1）参与施工方案的编制与研究在设计阶段项目公司组织施工单位参与设计方案的编制工作。在进入施工阶段后，项目公司全过程参与施工方案的研究过程，并在施工关键技术研究课题中担任技术负责人，全面协调施工技术管理工作，并邀请设计、监理、监控人员参与施工技术研究过程。
　　（2）组织施工方案专家审查会对关键施工工序、关键施工设备和重要施工阶段，及时组织专家进行审查，及时调整和改进施工措施。
　　（3）监督检查各关键环节的实施由于现行规范一般只适用于168m以下的单线桁梁和跨度40m以下的板梁设计。对于朝天门长江大桥552m这种大跨度钢桁梁桥，设计中采用了新钢种、新技术、新工艺，在钢桁梁制作前必须进行必要的科学试验和试制工作，以取得的数据和经验来补充设计条文之不足。为此根据朝天门长江大桥的钢桁梁设计特点在主桥钢结构开始加工前，对钢结构加工制造的环节提出了明确的技术和质量要求。规范对标准引用、材料、制造、焊接、杆件矫正、钢桁梁试装等12个方面提出了严格的具体要求。
　　（4）及时协调处理施工过程中出现的各类问题对施工过程中出现的施工材料、施工设备、施工进度等方面的问题，及时组织相关单位研究解决，重大问题组织专家会讨论后按专家意见进行实施。
　　5技术创新管理措施
　　中交集团进行朝天门长江大桥的组织和管理工作，重庆市政府各级相关职能部门以及城投公司对本项目的各项工作给予了大力支持，项目进展一直比较顺利，目前已完成的内容有多项技术处于世界先进水平，作为直接管理者，在管理过程中采取的措施如下：
　　5。1周密计划、合理安排
　　项目的管理和技术创新是一个综合的系统工程，涉及到的单位多、任务杂，人员情况千差万别，管理的方式多种多样，需要针对不同的单位和不同的任务类型采取不同的管理方法，根据项目的特点和难点采取相应的应急措施，确保项目各类工作的顺利实施。
　　（1）从项目开始组建之日起，即对项目的管理目标、管理内容、管理方式、管理环节建立明确的责任分工，确定管理流程，明确各单位、各部门、各岗位责任和义务，方便管理和实施。
　　（2）编制详细的总体进度计划、年度项目计划，并根据实际情况及时进行修改和补充完善，发现问题及时采取补救措施。
　　（3）采取各种措施调动各方面的积极性。
　　5。2建立专家咨询审查制度
　　由于朝天门大桥是世界级的工程，结构复杂、技术难度大、施工要求高。而且中交集团是首次进行该类项目的BT施工管理，缺乏相应的管理经验。因此，为保证项目的顺利实施并达到预期目标，项目在组建后确立了专家咨询诊断制度。
　　（1）邀请BOT专家、桥梁专家、与项目管理相关的行业管理专家进行技术知识讲座；
　　（2）对重大施工方案的选择、关键工序的施工措施、关键施工设备等均组织了专家审查会；
　　（3）对关键临时施工设施要求施工单位委托有资质、有同类型业绩的设计单位进行设计，避免施工单位由于能力不够或为了节省施工经费等方面的原因而对工程的质量、安全等方面产生不利影响。
　　5。3施工方案综合比选和超前准备
　　由于项目的特殊性，可选择的施工方法和设备较多，不同的施工方法对施工质量、工期、安全和工程投资的影响较大，必须从技术、安全、造价等方面进行综合比较，对施工方案进行优化选择，对可能遇到的问题提前准备：
　　（1）在初步设计阶段，针对确定的主桥结构设计图，组织设计、施工、科研、管理等方面的专家对主拱的受力体系、主拱安装吊机、拱和梁的拼装顺序等进行专家咨询，确定了安全合理、经济适用、方便操作的总体施工方案，为施工图设计和施工工艺的确定创造了良好的条件。由于施工等方面可以提前介入前期工作，对于BT或BOT模式的管理者具有较明显的优势。
　　（2）由于中交集团是一个从事国内外公路、桥梁、市政设施、港口码头、机场的大型国有施工企业，桥梁施工业绩多，施工人员、设备齐全，因而在初步设计阶段即完成确定了项目施工总体方案，施工图阶段基本完成项目较为详细的施工组织设计，施工开始后又有针对性的对关键施工工序进行细化，技术的超前准备为项目的顺利实施创造了良好条件。
　　5。4加强预控、严格管理
　　项目管理的重点应以预防为主，超前控制，尽量把可能出现的问题消除在萌芽状态：
　　（1）作为总承包单位，项目公司把工程的安全、质量和进度放在第一位，投资成本放在第二位，在对相关单位进行招投标时，综合考虑各单位的资质、业绩、能力等，所选择的承包商均为国内一流的企业。
　　（2）各个单项招标前，均编制了详细的招标文件的技术标准，以利于规范投标行为、便于管理、避免纠纷、方便实施，重要招标文件的技术标准还组织了专家审查，如钢结构招标文件、大吨位球形支座招标文件，组织了部分国内相关专家进行了审查。
　　（3）在实际操作时，严格执行国家标准和行业标准。由于本桥为钢桁拱梁结构、公路和轻轨交通并存，交通部的标准不能满足设计和施工要求，所采用的标准主要有国标、交通部标准、铁道部标准，因此设计文件明确各个部分的技术标准及其编号，设计文件、招标文件中明确了应达到的技术要求，并据此严格进行管理。
　　6结语
　　朝天门长江大桥的建设汇集了中国一流的设计、施工、科研、监理等相关单位的力量，将拱桥、斜拉桥、悬索桥及梁式桥的相关技术综合运用，形成了科研、技术、管理等方面的大融合，在桥梁结构型式、钢结构设计制造、大吨位支座设计制造、钢桁拱桥施工工艺、施工机械设备、关键部位技术研究、施工控制技术等方面均有较大程度的创新，在管理上的BT模式也具有一定的特色。