懸索橋淺灘區(qū)鋼桁梁吊裝施工新技術(shù)

袁理，黃影，趙宇清

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 工程概況

大岳高速洞庭湖大橋位于洞庭湖入長(zhǎng)江的湘江洪道，全長(zhǎng)2 390.18 m，主橋設(shè)計(jì)為(1 480+453.6)m雙跨鋼桁加勁梁懸索橋，鋼桁梁主桁架為帶豎腹桿的華倫式結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)16.8 m，桁高9.0 m，桁寬35.4 m，最大重量約320 t。

該標(biāo)段淺灘區(qū)的鋼桁加勁梁共計(jì)17個(gè)梁段，其中需跨越防洪大堤、七里山港區(qū)及湘江航道，水上交通繁忙，施工環(huán)境復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)大。根據(jù)海事要求，淺灘區(qū)梁段施工應(yīng)盡量減少對(duì)航道及港口的影響。經(jīng)過安全、成本、可操作性等方面比選，決定采用臨時(shí)起吊系統(tǒng)將淺灘區(qū)鋼桁梁吊裝至棧橋，平移到位后再采用纜載吊機(jī)垂直吊裝。

2 方案比選

大橋下方湘江航道水運(yùn)繁忙，主航道靠近岳陽岸一側(cè)，按照海事部門要求，施工期間不得斷航。根據(jù)以上施工條件，先后擬定了以下3種施工方案：

方案1：搭設(shè)運(yùn)梁棧橋至深水區(qū)域，通過浮吊將鋼桁梁直接吊裝至棧橋上，之后將梁段移運(yùn)至設(shè)計(jì)位置，通過纜載吊機(jī)進(jìn)行吊裝。

方案2：在運(yùn)梁棧橋前端增加一臺(tái)纜載吊機(jī)，專門用作鋼桁梁起吊蕩移上棧橋的設(shè)備。

方案3：采用一套由25 t卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩、轉(zhuǎn)向輪、臨時(shí)索夾、滑車組、吊索及水平牽引索組成的臨時(shí)起吊系統(tǒng)，將鋼桁梁起吊蕩移上棧橋。

各方案的技術(shù)指標(biāo)比選見表1。

表1 施工方案比選

3 實(shí)施方案構(gòu)思

該技術(shù)是在避免大型起吊設(shè)備投入的前提下，充分利用懸索橋纜索系統(tǒng)施工既有設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造性地采用一種由卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩、臨時(shí)索夾、滑車組、臨時(shí)吊索組成的臨時(shí)起吊系統(tǒng)，利用主纜將數(shù)百噸梁段蕩吊至棧橋上，更加安全、經(jīng)濟(jì)、高效地完成非通航區(qū)加勁梁架設(shè)施工。

關(guān)鍵技術(shù)原理：懸索橋淺灘區(qū)加勁梁節(jié)段的卸船利用一套由25 t卷揚(yáng)機(jī)及鋼絲繩、轉(zhuǎn)向輪、臨時(shí)索夾、300 t滑車組、臨時(shí)吊索等組成的起吊系統(tǒng)將加勁梁節(jié)段垂直起吊至超出運(yùn)梁棧橋一定高度，然后利用設(shè)置于岸側(cè)地面的由兩臺(tái)10 t卷揚(yáng)機(jī)和滑車組組成的水平蕩移牽引系統(tǒng)將加勁梁節(jié)段水平牽引，在牽引至一定位置時(shí)，利用臨時(shí)起吊系統(tǒng)下放加勁梁節(jié)段至運(yùn)梁棧橋移梁支座上，加勁梁節(jié)段通過移梁牽引系統(tǒng)移運(yùn)至設(shè)計(jì)位置后，再利用纜載吊機(jī)進(jìn)行垂直吊裝。

4 施工設(shè)備與實(shí)施

4.1 臨時(shí)起吊系統(tǒng)安裝

(1)起吊動(dòng)力設(shè)備

根據(jù)加勁梁節(jié)段的設(shè)計(jì)重量，起吊動(dòng)力設(shè)備選擇25 t變頻調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)為主牽引卷揚(yáng)機(jī)，布置在岳陽岸索塔邊跨側(cè)地面上。該卷揚(yáng)機(jī)可單獨(dú)工作，亦可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)聯(lián)機(jī)同時(shí)工作；具備自動(dòng)測(cè)速、測(cè)長(zhǎng)、測(cè)力和超載報(bào)警保護(hù)等功能。根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)的速度、拉力自動(dòng)調(diào)整力矩電機(jī)提供適合的定值力矩，使鋼絲繩始終處于張緊狀態(tài)。所有輔機(jī)帶有機(jī)械鎖定裝置。

(2)牽引鋼絲繩

根據(jù)GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》中表11可知：起吊鋼絲繩破斷拉力為800 kN。

吊裝最重梁段為B2，梁重320.8 t，實(shí)際鋼絲繩受力為3 208/12/2=133.7 kN；安全系數(shù)K=800/133.7=6。滿足規(guī)范要求。

(3)轉(zhuǎn)向輪

單側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪設(shè)置在塔頂門架頂?shù)那昂蠖藱M梁上，為防止?fàn)恳摻z繩與主纜相干涉，轉(zhuǎn)向輪位置設(shè)置在距主纜中心位置向塔外橫向偏1 m處。單側(cè)1個(gè)轉(zhuǎn)向輪設(shè)置在臨時(shí)索夾側(cè)面，利用鋼絲捆緊。

(4)臨時(shí)索夾

臨時(shí)起吊系統(tǒng)吊點(diǎn)設(shè)計(jì)在B16～B17梁段之間的主纜上，為了保證起吊系統(tǒng)不對(duì)主纜造成損壞，在吊點(diǎn)處設(shè)置臨時(shí)索夾。臨時(shí)索夾設(shè)計(jì)同永久索夾，長(zhǎng)度為1 320 mm，直徑875 mm，安裝及張拉均按照永久索夾的施工方法進(jìn)行，以確保施工安全、可靠。

(5)滑輪組

根據(jù)設(shè)計(jì)梁重，考慮起吊系統(tǒng)安全系數(shù)，采用300 t滑車組，安全系數(shù)1.8；鋼絲繩走絲12道，安全系數(shù)約6，滿足要求。

滑輪組與臨時(shí)索夾之間采用銷接，通過臨時(shí)吊索懸掛在臨時(shí)索夾上，臨時(shí)吊索長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)參數(shù)參照B17號(hào)梁段的永久吊索制造。

(6)蕩移牽引系統(tǒng)

蕩移采用10 t卷揚(yáng)機(jī)，配φ22 mm鋼絲繩，鋼絲繩走6絲；前端設(shè)置單根φ54 mm鋼絲繩與300 t滑輪相連。

根據(jù)GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》中表11可知：φ22 mm鋼絲繩破斷拉力299 kN；φ54 mm鋼絲繩破斷拉力1 800 kN。通過計(jì)算可知，鋼桁梁蕩移角度為13°，B2梁段的單側(cè)蕩移牽引力為716/2=358 kN，實(shí)際φ22 mm鋼絲繩受力為358/6=59.7 kN。

φ22 mm鋼絲繩安全系數(shù)K=299/59.7=5。滿足規(guī)范要求。

φ54 mm鋼絲繩安全系數(shù)K=1 800/358=5。滿足規(guī)范要求。

4.2 鋼桁梁架設(shè)施工

(1)鋼桁梁蕩吊

在運(yùn)梁船拋錨定位后，通過25 t卷揚(yáng)機(jī)下放下滑車及臨時(shí)吊索，將臨時(shí)吊索與加勁梁上的吊耳進(jìn)行連接，然后開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)垂直提升加勁梁節(jié)段至梁底超出運(yùn)梁棧橋上的移梁支座頂面。

在加勁梁節(jié)段垂直起吊至指定高度后，開動(dòng)布置于岸側(cè)地面的10 t卷揚(yáng)機(jī)，將加勁梁節(jié)段水平牽引至移梁支座上方，然后利用25 t卷揚(yáng)機(jī)緩緩下放加勁梁節(jié)段，將加勁梁節(jié)段落位于移梁支座上。

(2)鋼桁梁平移

鋼桁梁起吊至移梁支座上，在運(yùn)梁軌道與移梁支座間安裝牽引系統(tǒng)等，利用千斤頂和精軋螺紋鋼筋牽引移梁支座，實(shí)現(xiàn)鋼桁梁的移運(yùn)。加勁梁節(jié)段移運(yùn)時(shí)，應(yīng)確保上下游移梁牽引系統(tǒng)同步、平穩(wěn)運(yùn)行，以確保移梁安全。

(3)鋼桁梁吊裝

為加快加勁梁的吊裝進(jìn)度，利用臨時(shí)起吊系統(tǒng)將加勁梁節(jié)段預(yù)先吊至棧橋上進(jìn)行存梁，存梁順序與梁段吊裝順序應(yīng)保持一致，即在合龍段江側(cè)梁段吊裝的同時(shí)，利用臨時(shí)起吊系統(tǒng)將合龍段岸側(cè)的梁段按照預(yù)先確定的安裝順序依次完成卸船，并移運(yùn)至吊裝位置進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)。

在纜載吊機(jī)行駛至吊裝位置后，再利用纜載吊機(jī)逐段垂直起吊，按照安裝方案依次完成節(jié)段間的臨時(shí)鉸接或剛接，最終完成淺灘區(qū)鋼桁梁的安裝。

5 實(shí)施效果

在大岳高速洞庭湖大橋淺灘區(qū)鋼桁梁吊裝過程中，通過方案比選，優(yōu)化施工方法、創(chuàng)新施工工藝，探索了一種懸索橋淺灘及跨線區(qū)等環(huán)境條件下的加勁梁架設(shè)技術(shù)，研發(fā)了一套臨時(shí)起吊系統(tǒng)和跨線移運(yùn)方法。減少了大型設(shè)備的投入，主要利用懸索橋纜索系統(tǒng)施工既有設(shè)備組成了臨時(shí)起吊系統(tǒng)，設(shè)備周轉(zhuǎn)效率高，節(jié)約直接成本230萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

相對(duì)于多使用柴油發(fā)電機(jī)組的其他大型吊裝設(shè)備，臨時(shí)起吊系統(tǒng)利用電能，相對(duì)節(jié)省大量油料，且施工噪聲小、持續(xù)時(shí)間短，影響范圍小，更加節(jié)能環(huán)保，為同類型橋梁施工提供了有價(jià)值的借鑒。

6 結(jié)語

該文為懸索橋淺灘區(qū)鋼桁梁吊裝探索了一種新的方法，體現(xiàn)了資源節(jié)約、環(huán)境友好的建設(shè)理念，經(jīng)濟(jì)效果好、安全風(fēng)險(xiǎn)低、操作性更強(qiáng)，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。