“小”创新出“大”成效——巢马铁路马鞍山公铁两用长江大桥CMSG-2标主塔与引桥技术创新施工

  巢马铁路马鞍山公铁长江大桥为巢马城际铁路关键控制性工程，它位于常合高速马鞍山公路长江大桥上游2.3km处。大桥集铁路、公路、电力管廊“三位一体”合并过江，上层公路为双向六车道城市快速路，下层为两线巢马城际铁路及两线城际铁路标准预留铁路，同时搭载电力及通信管廊，综合运输功能强，集约化程度高，为多功能的跨江通道。

  马鞍山公铁长江大桥采用三塔钢桁梁斜拉桥结构，跨江段总长约9.8km，主汊航道桥采用双主跨2×1120m斜拉桥，是目前世界上最大跨度公铁两用多塔斜拉桥，也是世界上联长最长（钢梁长3248m）、裸塔高最大（中塔高345m）的公铁两用斜拉桥。其中中交二航局巢马铁路CMSG-2标施工全长约5642.218m，最重要的包含南岸1003m的主汊桥Z5-Z7号墩钢桁梁斜拉桥及4639m的江心洲引桥（引桥均为公铁合建形式，上部结构分两层布置，下层为四线高速铁路，上层为六车道城市快速路）。

  巢马铁路马鞍山长江大桥是国家“八纵八横”高速铁路主通道浓墨重彩的一笔；是“轨道上的长三角”重点工程；是安徽省首条省市共建的城际铁路，它北接商合杭高铁，东联苏南沿江城际，既是马鞍山市与合肥市的直接联通线，又是安徽通往上海等长三角城市的高铁新通道，它的建成不仅逐步推动马鞍山市深度融入南京、合肥两大都市圈，促进长三角更高质量一体化发展，而且对加强完善区域高铁网，提升区域相互连通水平，实施长三角一体化和长江经济带两大发展的策略具备极其重大意义。

  本工程Z5号墩位于江心洲西侧岸坡防洪林处，地面高程6.6m～7.2m，局部鱼塘池底高程4.5m，该部位覆盖层厚约68.4～72.5m，覆盖层8～10m主要为软塑状粉质黏土及流塑状淤泥质粉质黏土，中部主要为稍密～中密状粉细砂层，下部为细圆砾土层，局部夹粉细砂。下伏基岩为凝灰角砾岩，岩体较完整。

  Z5号墩钻孔桩钢护筒长度为14m，钢护筒内径4.2m，壁厚24mm，护筒底部和顶部外周各加设1道0.5m宽、20mm厚的加强箍。钢护筒采用200t履带吊配合YZ-400L振动锤进行沉放。

  Z5号墩钻孔平台采用筑岛平台标高动态调整和基坑开挖综合土方调配的优化法施工，平面尺寸为60m×105m，回填后顶面高程+8.0m（原地面+7.0m）。钻孔区四周设置环形施工通道，供机械设备通行。这既解决了洲上土源短缺的问题，又减少了后期施工工序相互干扰等问题，极大地节约了成本，提高了施工功效。

  旋挖钻机配备电子控制管理系统显示器并调整钻进时的垂直度，通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，来保证了成孔的垂直度。钻机钻进过程中，分别采取了直径1.8m、2.5m、3.2m、4.0m钻头分四次下钻，主要顺序如下：护筒内钻进采用直径4.0m四边装有钢丝刷双底板钻斗，有利清扫护筒壁上的粘土。护筒底口至入岩2m采用直径4.0m带有导向圈的双底板钻斗成孔，保证成孔的垂直度。入岩后先采用直径1.8m嵌岩筒钻钻至设计桩底位置，然后分别采取了直径2.5m、直径3.2m、直径4.0m的嵌岩筒钻依次扩孔钻进，保证钻机顺利钻进且降低断杆及掉钻风险。钻孔达到设计深度后，按规范要求检测孔径、孔深、孔位，倾斜度及沉渣厚度。

  钢筋笼在钢筋加工厂采用长线法分节制作，钢筋笼标准节分节长度为12m。单根桩基钢筋笼最重约71.8t，最长80m，共分7节，选用200t履带吊进行下放。

  钻孔桩采用C35水下混凝土，单根钻孔桩混凝土方量最大为1005.3m3。混凝土由后场搅拌站供应，通过罐车运输到墩位处，采用2台泵车进行灌注（另配备1台泵车备用）。导管采用内径40cm壁厚10mm的快速卡口垂直提升导管。混凝土浇注能力超过120m³/h，预计8-10小时左右浇注完成。

  马鞍山公铁长江大桥采用三塔钢桁梁斜拉桥结构，双跨连续跨度2240米，为目前世界最大跨度三塔斜拉桥。主汊桥5号主墩为大桥南边塔，塔高306米，采用36根4米超大直径钻孔灌注桩，桩长最深可达90米，相当于32层楼高，嵌入岩层达20米。

  自大桥开工以来，项目部精心组织策划、合理配置资源、科学应对疫情、优化实施工程的方案。面对超大直径嵌岩桩，项目部经反复比选论证，放弃常规的回旋钻施工工艺，首次成功应用大型旋挖钻机成孔超大直径桩，主持完成了Z5号墩4米超大直径桩施工关键技术。经科研攻关，攻克了大型旋挖钻机分级成孔技术、超深大直径钻孔桩孔壁稳定性控制技术，并成功运用于Z5号墩超深大直径桩群的施工。

  Z5号主塔桩基运用XR550D、XR600E、XR700E、XR800E四种旋挖钻机组合对覆盖层和岩层分级成孔。钻孔作业时，使钻机对准钻孔位置后，根据垂直度检验测试情况，手动调节钻桅的垂直度。然后驱动钻头旋挖，旋挖某些特定的程度后，提升钻杆时，主卷扬回转，将钻头提升至地面，转台回转至地面的卸土位置。回转斗需提升钻头至动力头下端挡板位置，通过撞击下挡板使回转斗斗门开启实现卸土作业。

  项目部在此基础上自主研发了3.5米和4米的钻头，把原来固定的分四级成孔调整为多级钻头机动组合成孔，实现多种钻头配置组合、不同地质层分级钻进。若现场成孔遇进尺明显缓慢或停滞不前可切换小一级钻头继续钻进。面对超2倍抗压强度的岩石层，技术团队还对钻头进行了改良，用合金钻头取代牙轮钻头，大幅度的提升了钻进工效。

  大型旋挖钻分级成孔工艺创新，不仅大幅度的提升了成孔速度，使首根桩基的耗时18天，快速缩短至后续单桩总钻进时间8天，避免了汛期水位对施工的干扰和影响，而且提高了钻孔的实施工程质量和施工效率，降低了施工风险、减少了实施工程的成本。因旋挖钻配套设备少、作业人员需求小，还能高效取渣弃渣，明显提高了现场的文明环保施工。

  江心洲引桥位于主汊与副汊间的江心洲上，全长4639m，均采用公铁合建双层桥梁形式。公铁合建铁路门式墩采用M型空心墩、实心墩两种形式，共113个，铁路墩高度为12.8m~36.9m，标准公路墩高度16.2m。

  传统的公铁两用大桥公路部分多采用移动模架和满堂支架的方式浇筑。而现行使用的移动模架中，无论是上行式模架还是下行式模架，都无法适用于墩身较宽且设计为“M”型的墩柱。

  项目团队结合多年工作经验，查阅了众多文献资料，经过5个月的努力，十多次的研讨分析，终于设计出了模架模型。新型分离式移动模架分作两部分，上部分架设在墩柱横梁上方，承担起模版上钢筋绑扎、混凝土浇筑和墩柱间横移的作用，而下半部分则架设在铁路桥面上，承担起模板的支撑作用，并采用钢轨和液压装置来实现前后移动和左右角度的调节。同时，还设计了混凝土养护系统、安全防护系统等智能装置，极大的提升了混凝土的浇筑质量。

  制造完成后，就紧锣密鼓地进入现场实验环节。而实验一开始模架的升降系统就遭遇“卡顿”。整个模架涉及到上百个液压装置，以此来实现模架的升降、纵移和支撑，哪一个装置没有调配到位，都可能会导致机器受力不均而损坏，进而影响现浇箱梁的品质。为了确认和保证效果，项目团队驻点参与到混凝土荷载堆载、预拱度调整等试验中来。最终，经过将近20天的细致调配后，液压装置终于达到效果。

  4.64公里的江心洲引桥全部采用公铁合建双层桥梁模式，就像是巨型“双层蛋糕”，工人要在最高超过54米的梁上进行钢筋绑扎、混凝土浇筑作业，安全风险隐患大、成本高、效率低。为了最大限度降低安全风险隐患，项目部从从沪通长江大桥、常泰长江大桥等桥梁建设中寻找答案。

  项目部经过反复对比验证，进行方案优化，采用新型的分离式移动模架即建造移动“小火车”的施工方法，将移动模架上下拆开，一部分承重在公路面，一部分承重在铁路面。并设置10对牛腿作为小火车的“车轮”，满足现场施工的荷载要求，同时配备十几个动力系统，使“小火车”完成上行、移动、分体等过程，变成一辆自主前行的‘小火车“，实现混凝土逐节浇筑，逐渐向前爬进。

  江心洲引桥铁路墩身采用翻模法施工，项目团队为实现墩身自动喷淋养护全覆盖，积极创新，尝试利用翻模模板悬挂喷淋养护装置，但养护效果仍不理想，多个部位出现养护四角，没办法做到全覆盖。

  项目团队从细处入手，将喷淋养护全过程进行分解。墩位配备塑料养护水桶，并每间隔一段距离砌筑养护蓄水池，解决了江心乡地下水铁离子多而导致的铁锈污染墩身和养护用水问题；试验增设喷淋养护装置中的喷嘴滤网，既能防止颗粒物阻塞，又能使喷淋用水形成雾化；设计360°自动旋转喷头，解决了M型墩身台阶形墩顶帽梁养护难题。