0 引言
在山区进行桥梁建设，尤其是大跨度悬索桥的施工，面临着诸多严峻挑战
［1-2］。这些地区通常地形复杂、自然环境险峻，线路需要跨越高山和深谷，不仅增加了施工难度，也对材料运输提出了更高的要求。桥梁钢梁等配套建造材料尺寸大、质量大，加之大型施工装备进场困难，进一步加剧了施工组织的复杂性，导致施工效率低下
［3-5］。
在探讨山区复杂地形条件下桥梁建设的挑战时，陈常松等
［6］通过湖北省某长江公路大桥案例，对钢桁梁悬索桥主梁施工中的两种连接方式进行了模拟分析，认为刚铰结合法在这种特定情况下更为合理；邵广淼等
［7］以某桥加劲梁施工为研究背景，对比分析了逐段铰接法、分段刚接法的优缺点，提出采用两两分段刚接方案；李明欢等
［8］以香丽高速公路虎跳峡金沙江大桥为例，深入研究并详细介绍了该桥在山势陡峭、场地狭小等极端条件下的施工技术；舒大勇等
［9］的研究则聚焦于金安金沙江大桥，基于其独特的架设条件和钢桁梁结构特性，系统地介绍了两种主要的山区钢桁梁架设方法。综合上述相关学术论文的研究内容可以发现：跨越高山峡谷的山区桥梁建设面临着共性的困难。面对复杂的自然环境和严格的工程技术要求，工程师们需不断探索创新，以确保桥梁建造的安全性和经济性。
本文依托济新高速黄河三峡大桥建造实例，针对山区陡峭峡谷施工条件、结构形式新颖的地锚式回转缆悬索桥、钢桁梁架设过程调整难度大等难题，展开技术攻关。对施工过程采用的创新技术进行提炼总结，以期为以后类似的大跨度钢桁梁悬索桥施工提供有益借鉴。
1 工程概况
黄河三峡大桥位于济源市邵原镇与洛阳市新安县石井镇交界处，距小浪底大坝上游30 km。桥梁连接八角山隧道和荆紫山特大桥，主跨510 m，采用单塔单跨地锚式回转缆结构。主缆跨度为（540+185）m，矢跨比为1/16。桥梁两端各设一座重力锚碇，全桥共设7套索鞍。主梁采用钢桁梁与正交异性钢桥面板结合，主桁架为带竖腹杆的华伦式结构。标准梁段长15.0 m，高7.5 m，质量284.9 t；合龙梁段长11.2 m，质量276.0 t。主桥总体布置见
图1，全桥索鞍布置示意见
图2，主梁横断面布置见
图3。作为济新高速公路的重点控制工程，优质高速建好黄河三峡大桥，具有重要的工程技术意义
［10-11］。
黄河三峡大桥施工具备以下特点：
（1） 创新结构：该桥为主跨510 m的单塔单跨钢桁梁悬索桥，仅在新安岸设索塔，济源岸采用环索锚固系统。
（2） 建造条件：桥位位于“V”形峡谷，瞬时风力大，两岸地形陡峭，高差显著，施工场地狭小，增加了施工难度。
（3） 技术要求高：锚碇尺寸大、钢桁梁吊装质量大、索股需平转、竖转等，使得锚碇施工、索股架设及调整、钢桁梁架设等工序技术要求极高。
（4） 环保控制严：大桥穿越八角山崖壁一级保护区和黄河沿岸三级地质遗迹保护区，项目需采用高标准环保措施，以保护脆弱的生态环境。
2 建造关键技术研究与应用
2.1 陡峭剥蚀峡谷重力锚碇施工技术
2.1.1 陡峭山区剥蚀地质深基坑施工技术
桥位处地质条件属基岩出露溶蚀剥蚀低山区，地形起伏大，锚碇基坑依附山体施工，基坑边坡最大高差达96 m。针对锚碇基坑开挖深度大、岩层坚硬的特点，采用“松动控制爆破+机械开挖为主、人工开挖为辅”的施工方案，将整个锚碇基坑分为4个平面区域，采取自上而下、分级爆破的方式开挖，锚碇施工方案见
图4。
正式大规模爆破前，提前对爆破孔眼布置、钻孔深度及角度进行计算，选择典型地貌处8 m厚岩层，进行试验检验性爆破，获得边坡开挖的最佳爆破参数。锚碇基坑开挖于2023年2月顺利完成，边坡开挖效果良好，开挖精度满足设计要求。该方案加快了边坡施工速度，减少了防护工程量，具备较大的推广价值。
2.1.2 锚碇大体积混凝土分块、分层浇筑技术
本项目北锚碇混凝土7.4万m³，南锚碇混凝土9.4万m³。通过对比4.0 m厚分层、分4区浇筑和2.0 m厚分层、分2区浇筑两种方案，进行水化热有限元分析计算，最终确定锚块水平方向分为左、右两块，竖向分为18层，分层高度为2.0 m的浇筑方案，大体积混凝土水热化分析见
图5。同时设置冷却水管的外径为50 mm，壁厚为4 mm，其水平、竖向间距均为1.0 m，有效保障了锚碇大体积混凝土施工质量。
2.2 大跨悬索桥回转缆主缆施工技术
2.2.1 “无抗风缆”猫道快速架设技术
本工程猫道施工位于峡谷风口，最大风速为20 m/s，为确保猫道结构的抗风稳定性，济新高速黄河三峡大桥结合施工实际，采用二跨连续式“无抗风缆”猫道系统，主跨设3道横向通道，横向通道间隔150 m，边跨设1道横向通道，主缆施工猫道布置如
图6所示。
通过借鉴类似工程实例，结合本项目施工条件，采用无人机牵引，完成上游侧导索架设后在塔顶形成单线往复式牵引系统。猫道结构及横向天桥采用全断面整体安装技术，实现快速架设。无人机先导索牵引技术、猫道面层全断面下滑架设技术具备操控简单、安全高效、成本低、落点精准等优点，可在大跨度悬索桥猫道架设施工中推广应用。
2.2.2 主缆索股双向牵引技术
本桥结构独特，回转主缆架设在中国属首创。单根索股长达1 620 m，质量37 t。根据大桥两岸场地、交通条件、索盘运输方式、工期要求、施工安全及经济技术指标等因素，项目采用的架设方案为：在回转主索鞍处，同时将索股两端牵引至新安岸。牵引系统选用单线往复式技术，每根主缆的上、下游各配备一套独立的牵引系统，索股双向牵引布置见
图7。
2.2.3 主缆索股对折盘卷技术
全桥设一根主缆，济源岸通过3个水平向索鞍实现主缆180°转向，锚固端均设置在新安岸。主缆索股还需在主塔塔顶主索鞍、新安岸散索鞍位置进行竖向弯曲。在主缆索股绕过回转缆地锚时，水平索股内外层钢丝长度差显著大于常规锚固结构，导致实际受力状态复杂，与理论设计不符。
为解决这一难题，通过理论分析、室内试验和工程验证，系统研究了主缆索股对折盘卷施工技术，并研发了回转缆索股对折盘卷和索股成盘专用装备，实现了单根索股两端双向同步牵引放索。
索股盘卷采用索股头部在内、尾部在外的方式，使用索架A进行单根盘卷，前半根主缆索股正常制索、盘卷。制作至水平转索鞍位置时，进行第一次侧向弯曲成型。继续制作至水平主索鞍位置时，进行第二次侧向弯曲成型。每次弯曲成型后进行绑定、标记。水平转索鞍及水平主索鞍位置（济源侧锚碇索鞍布置）见
图2，索股制作弯曲成型示意图见
图8。
本项目索股架设需要单根索股两端双向同步放索，因此研制了回转缆索股对折盘卷技术。在索架A前方设置收索架B，找到索股中点并用夹具固定，牵引索股通过收索架B牵引至收索架B边缘一定距离后，以不小于25倍索股直径的曲率半径缠绕在侧边，形成对折索股圆环，索股对折盘卷示意图见
图9。
采用特制的三角形定型支架，在对折索股圆环内部提供刚性支撑，防止圆环坍塌和回转主缆索股对折部位损坏。使用新制的工装将对折圆环与索盘固定连接，确保双根索股盘卷时不滑动。对折后的索股圆环与收索架B固定，形成盘卷起始端。完成索股对折卷盘后，依次进行以下工序：熔融合金处理索股锚头→分丝清洗→锚具组装→锚具预热→灌锚→顶压施工。每盘成品采用不损伤钢丝索股表面的材料捆扎结实，然后采用特制防水布进行遮盖。
2.2.4 主缆索股预弯曲成型技术
为解决现场索股入鞍时弯折容易造成鼓丝、散丝等问题，研究应用了使索股贴近现场实际的回转缆索股预弯曲成型技术。该技术实现了工厂化索股整形，解决了现场施工索股内外层钢丝长度差这一工程难题。
在制作济源岸水平主索鞍、水平转索鞍区段索股时，预先采用工装将索股在主索鞍、转索鞍点的索体截面进行预成型，即将六边形调整为四边形。济源岸处3个索鞍处单根索股内外层钢丝累计长度差约182 mm，约占3个索鞍弧长的1/121。因此，在制作索股时，预先模拟索鞍处的弧度，采用夹具将索股形状进行固定。具体做法：在厂内进行侧向弯曲预成型施工，按照水平转索鞍→水平主索鞍→水平转索鞍的顺序分段成型。每段成型索股两端采用元宝形预成型夹具，中部间隔采用普通预成型夹具将索股固定成型。由此实现了现场施工索股可直接入鞍新技术。索股预弯曲成型技术示意图见
图10。
2.3 深切峡谷钢桁梁架设施工技术
2.3.1 山区深切峡谷钢桁梁组拼技术
黄河三峡大桥位于山岭重丘区，施工道路及运输通道均为山区低等级公路。桥梁的各分部分项工程均在陡峭的山坡上施工，便道崎岖，运输极其不便。主桥钢桁梁施工组织采取化整为零：杆件单元工厂制造，现场单侧场地整体组拼、桥面分幅存梁运梁、模块平板车运输、无吊索节段钢桁梁支架法存放、缆索吊装等施工技术，有效解决了山区钢梁施工组织难题
［12-14］。现场钢梁存放布置见
图11。
缆索吊机架设法显著特点是工效高、纵向和竖向运输方便，特别适用于山区等交通不便地区的主梁架设。结合黄河三峡大桥两岸地形，考虑猫道影响及塔顶宽度限制，将缆索吊机主索布置在主缆内侧，在两岸主桥锚碇上设置临时锚碇，在主塔横梁上设置缆索吊机索鞍。
2.3.2 钢桁梁架设临时铰设置技术
悬索桥钢桁梁施工中，节段之间的连接方式对主梁应力、施工进度和工程质量的影响巨大。本项目对吊装过程中钢桁梁采用铰接法及刚接法两种连接方式进行对比分析
［15-16］。不同连接方式吊索内力、主梁内力对比分别见
图12、
图13。
由
图12、
图13可知：① 吊装过程中，刚接法吊索最大内力较铰接法显著增大，且超过成桥状态索力；② 刚接法主梁最大内力同样显著增大，且部分工况下主梁应力不满足规范要求。因此，在架设过程中，单节梁段间临时连接方式选用铰接法。
每节钢桁架吊装就位后，将钢梁与吊索及上一段梁段铰接。临时铰仅允许上弦杆之间发生转动角位移。通过大型有限元软件模拟各施工工况，分析主梁线形变化情况，并确定主梁由临时铰接转换为刚性连接的适宜时机。
2.3.3 主梁节段架设顺序研究
在钢桁梁吊装施工过程中，主缆线形会随着加劲梁的架设而发生变化。后期桥梁结构的力学性能与前期的施工顺序息息相关
［17-18］。本项目拟比选主梁节段架设顺序方案。方案1：从北岸锚碇向南岸索塔依次架设方案；方案2：从跨中向北岸锚碇及桥塔双向架设方案。通过对比研究，选取最合理的架设方案。各方案主缆线形变化见
图14、
图15，各方案主梁线形变化见
图16、
图17。
由
图14~
图17可知：两种架设顺序下，因起始架设梁段位置不同，主缆出现下挠位置的差异。总体呈现出主缆下挠不断趋于缓和的规律，在二期荷载加载后达到成桥线形。随着钢桁梁吊装的进行，主梁线形表现为先凹后凸的形式。两种架设顺序施工过程中，主缆线形及内力、吊索内力、主梁内力等均满足规范要求。方案1（从北岸锚碇向南岸索塔依次架设方案）在钢桁梁节段划分、施工效率等方面更具优势，因此，本项目按照方案1实施架梁。
3 结论
针对山区桥梁建造存在的共性问题，本文依托济新高速黄河三峡大桥项目，开展了山区桥梁建造关键技术研究，得到以下主要结论：
（1） 针对基岩出露溶蚀剥蚀低山区复杂地形和锚碇基坑开挖施工难题，采取“松动控制爆破+机械开挖为主、人工开挖为辅”的分级爆破施工方案，通过试验性爆破优化爆破参数，提升了施工效率。在锚碇大体积混凝土施工中，通过水化热有限元分析，确定分区分层浇筑方案，并设置合理间距的冷却水管，确保了施工质量。
（2） 针对主缆采用环索锚固系统，研究实施了主缆索股双向牵引技术，取得了良好效果。创新性地研发了主缆索股对折盘卷施工技术，通过专用设备研发，实现单根索股两端双向同步牵引放索，有效解决了单根索股钢丝长度差过大和受力状态复杂的问题。通过研究索股预弯曲成型技术，有效解决了现场索股入鞍时弯折容易造成鼓丝、散丝等问题。
（3） 钢桁梁施工采用“化整为零”的组织工法，结合现场整体组拼、桥面分幅存梁运梁、无吊索节段支架法安装等技术，有效解决了山区钢桁梁施工的难题。通过钢桁梁节段连接方式研究，确定本项目钢梁架设过程采用临时铰连接。研究了钢桁梁架设顺序对主桥结构力学性能的影响，确定按照方案1实施，在确保施工效率的同时，实现了主缆线形和内力的合理控制。
（4） 经项目实施验证，采用的关键技术先进高效，且具备良好的经济性，可为今后山区复杂条件下大跨悬索桥施工提供经验借鉴。
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