斜拉橋浮吊拆除施工安全監控

錢 辰

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200002)

1 工程概況

泖港大橋位于上海市松江區泖港鎮，1982年建成通車。主橋為雙塔雙索面斜拉橋(85+200+85)m。主跨由兩側單懸臂梁加中間梁組成(85+30+85)m。橋面總寬12 m。全橋共有斜拉索164根，為豎琴式布置。大橋布置圖見圖1。經過近40年運營，大橋已經日漸無法滿足水、陸交通的需求，拆除重建勢在必行。

在拆除前對橋梁技術狀況進行了全面檢查。病害主要表現為伸縮縫橡膠老化、變形、防水功能喪失。各拉索索力分布比較均勻，對稱性良好。橋梁綜合檢測評定的技術狀況結果為3類橋梁，屬于較差技術狀態，有中等缺損。

2 工程特點及難點

橋梁拆除時由于整體剛度不足，穩定性較差加上施工荷載作用等不利因素的疊加影響安全風險更大[1]，因此結合施工監控要求對橋梁拆除重建期進行結構安全分析和施工安全管理對于整個項目的安全生產具有重大現實意義[2]。泖港大橋拆除的特點在于：拆除工況多，結構安全風險大；航道橋浮吊水面作業施工條件復雜。

泖港大橋橋位距離黃浦江與泖港河口約900 m，水面寬度約200 m，通航標準5級別航道。因此，安全、有序、可靠地拆除航道斜拉橋對整個拆除過程進行科學的安全監控尤為重要[3]。航道斜拉橋拆橋過程的安全監控要求高，難度大，項目難點主要表現為：

1)老舊斜拉橋結構體系復雜，材料力學性能下降，拆除施工過程中結構失效風險大。

2)水面浮吊施工，設計多工種的協調配合；高空作業風險系數大。

3)航道橋梁除了結構和施工風險，還需兼顧河道通航安全需求。

3 泖港大橋拆除施工安全監控

3.1 橋梁拆除安全監控方法

安全監控目的為：確保拆除施工過程中結構和施工安全，同時保證拆除施工方案的技術合理性。結合橋梁結構特點和技術要求制訂泖港大橋拆除施工安全監控方法如下：

1)針對待拆斜拉橋實際技術狀況制訂合理的拆橋順序。

2)利用有限元分析軟件，建立拆橋全過程的仿真模擬，計算各個施工階段主要構件和全橋的響應，確保各個施工階段的結構安全。

3)建立全面可靠的現場監測系統，對拆除全過程的監測參數進行采集、跟蹤，實時分析，根據實測值與有限元理論值的偏差對結構狀況預警，實時把控結構安全狀態。

3.2 拆除施工順序

泖港大橋斜拉索編號示意如圖2所示，其總體拆橋順序與建橋逆向順序進行，拆除時遵循對稱平衡拆除，拉索對稱放張，先拆非受力構件再拆主受力構件的原則[4]。結合航道吊裝和運輸方式制訂拆除順序如下：拆除橋面部分附屬設施→拆除河跨掛孔梁段→拆除河跨標準段；岸跨斜拉索與河跨斜拉索同步、對稱放索。受場地環境條件制約且考慮到泖港大橋屬于3類橋梁，橋面承載力不足以支撐起重機械，同時浮吊起吊半徑滿足施工要求，能有效提高工作效率，故采用浮吊拆除。

3.3 有限元安全仿真

采用Midas/Civil 2015橋梁分析軟件建立拆除各階段模型，見圖3。主塔和主梁分別采用C30和C40混凝土，抗壓彈性模量分別為E=3.15×104MPa和抗壓彈性模量E=3.30×104MPa，縱向預應力采用24Φ5高強鋼絲彈性模量E=2.0×105MPa。

由于本橋拆橋所涉及施工階段較多，以下僅選取幾個最不利的施工階段，給出在這些代表性施工階段下結構各構件的效應值，具體為：1)11號拉索放張過程結構響應；2)拆除全過程主梁和主塔承載力。

3.3.111號斜拉索放張驗算

第11號索為河跨和岸跨最外側拉索，根據橋梁設計資料，其設計索力為1 800 kN，索力較大。放張過程中，拉索不平衡力對塔、梁產生的不利效應明顯。為保證放張施工過程的安全可控，采取4次放張的多次放張策略，每次放張完成測量索力值、主梁撓度和塔頂偏位。模擬計算放張各個階段索力變化和結構變形，如表1所示。

表1 11號拉索放張過程(先河跨后岸跨)索力、塔梁位移變化

由表1可知放張河跨側11號拉索時，主要受影響是河跨側剩余11號拉索的索力，對岸跨側11號索力影響較小；在放張岸跨側拉索時也存在相同規律。在放張河跨側11號拉索中的3根后，所剩1根拉索索力增加較大，增加了293 kN，對應索力值為1 218 kN，但仍小于設計索力1 800 kN。因此，斜拉索放張過程中滿足安全要求。

3.3.2主梁全過程驗算

由圖4，圖5給出了拆除施工全過程主梁最大應力。在整個拆橋施工過程中，上緣最大拉應力為4.5 MPa，出現在利用鎬頭機拆除岸跨人行道板階段；下緣最大拉應力為5.6 MPa，出現在利用浮吊吊住主梁11號段階段。計算表明該施工階段下相應截面的承載力能滿足要求。

3.3.3主塔施工全過程驗算

如圖6所示，主塔在整個拆橋施工過程中，岸跨側最大壓應力為12.3 MPa；最大拉應力為2.2 MPa，出現在放張岸跨1號索中的第3根拉索階段(對應第36施工步驟)。河跨側最大壓應力為7.3 MPa；最大拉應力為3.9 MPa，出現在放張河跨2號拉索階段(對應第33施工步驟)，對應位置截面的軸力-5 447 kN，彎矩為12 843 kN·m，其截面抗力NR=12 700 kN>5 447 kN，承載力滿足要求。

3.4 現場施工安全監測

對拆除施工全過程進行安全監測首先建立準確全面的結構變形和內力觀測系統，實時采集施工各個步驟的結構響應。在主梁設置包含每個節段斷面的44個常規撓度監測斷面，同時在每個主塔與主梁相交處布置一套高精度靜力水準儀，自動監測主梁撓度。主塔塔頂布置測斜儀，每塔布置1個監測點，全天候采用自動化實時監測系統。全橋共拉索82對，拆除前，先全橋索力測一遍，在每個節段拆除后對余下的索力進行測量。應力監測點僅在塔與梁相交的斷面進行布置，主梁4個斷面，每斷面布置4個測點，主塔2個斷面，每個斷面布置4個測點，共24個應變測點。

基于上述建立的觀測采集系統，跟蹤采集各個施工步驟的結構實測值，對比有限元理論值的偏差，對偏差設置限值，超出限值進行預警。一旦預警，暫停施工，排查風險因素，確保結構安全后方可繼續施工。參照《公路斜拉橋設計細則》偏差限值如下：主梁變形預警限值為±2 cm；主塔偏位限值為±3 cm；索力的偏差限值為理論值的5%；應變的限值為理論值的15%。實際監測中，主梁主塔位移偏差均在2 cm以內，索力和應變的偏差也符合規范的限值要求。由此確保了拆除全過程結構的安全可控。

4 安全管理措施

4.1 施工安全專項管理

1)水上施工安全保障措施。

對于采用浮吊的斜拉橋拆除施工，水上作業施工條件復雜，必須做好水上施工航道協調工作，保障施工安全及航道暢通。施工過程中積極、主動、及時的與航道、海事部門協商、協調施工與通航的矛盾。水深不滿足吃水深度要求，視需要清淤，潮水漲落時應注意及時移位，避免駁船擱淺。做好防風、防暴雨等工作，拆除時如遇六級以上大風或暴雨天氣即停止作業，確保拆除萬無一失。

2)切割拆除保證措施。

斜拉橋拆除過程中涉及多個主梁節段的切割。切割時嚴格按施工方案作業，不得在駁運及切割區交叉作業。嚴禁刀盤正向反向輪流作業，注意每次啟動切割機前，都應檢查刀盤轉向和緊度。切割過程中，進刀、退刀要緩慢，切割推進速度要均勻，不能用刀盤單邊切割，防止刀盤變形和損壞，嚴禁無冷卻水切割。冷卻水應對準刀口和切縫，噴射要均勻。施工人員單位區域完工后要求落手清。經檢查不留后續隱患，方能離開作業現場。

3)拆橋吊裝保證措施。

浮吊施工過程中，嚴格按照操作規程和航道部門要求施工，做好現場安全監控。吊拆橋梁時采取臨時封航措施。正式起吊作業前，首先進行試吊，起吊過程中做到速度控制均勻，構件平衡，回轉要慢，下落時需慢速輕放，禁止忽快忽慢和突然制動，做到密切配合，動作協調。拆除時加強通訊網絡，用高頻對講機加強船與指揮人員之間的聯絡發現不符合規定或有不安全因素及時報告和糾正。

4)腳手架作業安全保證措施。

考慮到主塔較高，切割設備較大，既有主塔操作平臺尺寸無法放置切割設備，因此主塔切割時切割設備單獨搭設盤扣式腳手架。盤扣式腳手架的連墻件必須采用可承受拉壓荷載的剛性桿件，連墻件與腳手架立面及墻體應保持垂直。在腳手架上進行切割作業時，先進行檢查，加固松動部位，保持步層內清潔，切割作業必須有防火措施和專人監護。在腳手架拆除時禁止里外同步拆除或上、下兩步同時拆除。所有墊鋪腳手板拆除，應自外向里豎立、搬運，防止自里向外翻起垃圾物件直接從高處墜落傷人。

4.2 施工安全管控預案

斜拉橋拆除施工，作業環境復雜，施工工序多，還牽扯多工種的協調作業，事前對風險源進行梳理，并指定響應的安全管控預案對于保證施工過程的安全有序進行至關重要。總結梳理泖港大橋拆除施工的風險因素和安全管控預案如表2所示。

表2 斜拉橋拆除施工風險源分析和安全管控預案

5 結語

1)斜拉橋拆除是一項技術難度大，施工安全風險高的特種橋梁施工作業。拆除前必須對橋梁狀況進行全面檢查，根據各構件技術評定結果結合有限元施工階段驗算制訂切實可行的拆除方案，確保拆除全過程安全，有序，可控。

2)斜拉橋拆除施工，特別是用浮吊方式作業的拆除施工，涉及到水上作業，高空作業，風險來源復雜，作業風險大，必須針對拆除各階段做詳細的風險來源分析，制訂專門的安全管控預案。施工各個階段必須嚴格把控，斜拉索卸張，主梁，主塔浮吊時均應采取分級卸載方式。

泖港大橋拆除施工安全監控確保了橋梁在拆除施工全過程中結構的安全可控。對泖港大橋的拆除順序步驟，各施工節點工況的仿真驗算以及現場安全管理經驗的總結，為今后同類型橋梁的拆除施工方案制訂、施工監控和安全管理提供了可貴的經驗參考。