虎門二橋坭洲水道橋鋼箱梁架設關鍵技術分析

王曉佳，陳 凡，張瀚釗

(保利長大工程有限公司，廣州 廣東 511430)

1 工程概況

虎門二橋坭州水道為主跨1 688 m雙塔雙跨懸索橋方案，跨徑布置為(658+1 688+522)m。塔頂主纜理論交點標高260.939 m，矢跨比為1∶9.5，主纜橫橋向中心間距為42.1 m，吊索順橋向標準間距為12.8 m。

坭洲水道橋主橋鋼箱梁全寬49.7m，高4 m。具體尺寸為：頂板寬40.6 m，風嘴寬2.1 m，平底板寬31.3 m，斜底板寬6.7m。風嘴外側設置寬1.5 m檢修道和1 m寬導流板。平底板兩邊設置檢查車軌道及軌道導風板。

全橋鋼箱梁共11種梁型，其中：B類梁段為標準梁段，共161片，C梁段4片，A、D、D’、E、G、H、I類梁段各1片，F、J梁段各2片。本橋吊索順橋向標準間距為12.8 m，B、C、F、J、G梁段均為12.8 m標準梁長。全橋鋼箱梁分段統計表詳見表1所示。

表1 鋼箱梁分段統計表

虎門二橋坭洲水道橋跨越坭洲水道(獅子洋)所在橋位處河面寬度約2 300 m，河床呈中間深、兩邊淺的走勢，河床面過渡平滑，最深處約24 m。主跨范圍平潮位水深在4.0 m以上，邊跨大部分區域平潮水深在2.5～3.0 m，滿足鋼箱梁運輸要求。西過渡墩緊鄰珠江防洪大堤，其中西過渡墩以東30 m范圍床底標高穩定在-0.5～0 m之間，平潮水位河床露出，無法滿足鋼箱梁運輸條件，同時由于防洪大堤緣故，無法滿足疏浚架梁條件。

2 鋼箱梁吊裝總體方案

鋼箱梁采用跨纜吊機按照從跨中遠塔端向塔柱近塔端方向的順序依次對稱安裝。中跨部分由位于橋跨中心線的Z66和Z67梁段開始，向兩邊行進，對稱吊裝。

根據監控計算結果，中跨吊裝至Z59和Z75梁段完成后(中跨吊裝17個梁段后)，西邊跨開始吊裝B2梁段。其余邊跨鋼箱梁吊裝待中跨吊裝48個梁段后，由過渡墩向西塔方向與中跨梁段同步吊裝。

具體吊裝順序為。

(1)搭設淺水區運梁棧橋，疏浚西邊跨淺水區河床以滿足運梁船及浮吊船的通航要求。安裝跨纜吊機，并完成調試和試運行。加工并安裝西邊跨過渡墩可伸縮活動托架，以備過渡墩B1段端梁吊裝。

(2)跨纜吊機從跨中向東西兩塔方向行走，依次吊裝中跨鋼箱梁。依次吊裝跨中Z66和Z67梁段。采用可伸縮活動托架吊裝B1梁段就位。

(3)梁段安裝過程中，根據監控指令實施主索鞍頂推作業。跨中完成Z43和Z90梁段后，與中跨同步，從西過渡墩至西塔方向依次吊裝西邊跨梁段。

(4)中跨完成Z5和Z128梁段、西邊跨完成B39梁段后，吊裝近塔區梁段。按照西中跨→西邊跨→東中跨的順序吊裝合攏段。

3 鋼箱梁吊裝關鍵技術

3.1 跨纜吊機

本項目采用500 t級跨纜吊機，配備DL-P40中央計算機控制系統，用以控制和監視吊梁用千斤頂、荷載傳遞動力缸和移機千斤頂。該跨纜吊機動力模塊采用發電機自發電方式。跨纜吊機在主纜上的行走采用“滾輪式”。在索夾兩端設置墊塊，實現主纜在索夾處的平順過渡，實現纜載吊機“爬坡”通過索夾。

3.2 深水區鋼箱梁架設

橋位深水區一般鋼箱梁滿足運梁船的通航要求，采用跨纜吊機纜上就位，駁船水上就位后垂直吊裝，屬于懸索橋鋼箱梁吊裝的常規工藝，不做詳細介紹。

3.3 淺水區鋼箱梁架設

西邊跨淺水區范圍較大，運梁船無法直接就位吊裝，且由于吊索較短蕩移施工困難。針對上述情況，需另行搭設運梁棧橋滿足箱梁就位垂直起吊條件。同時，在過渡墩上布置一個可伸縮的活動托架，便于淺水區西過渡墩上B1梁段的吊裝。

B1梁段吊裝施工采用墩頂可伸縮活動托架法，總體吊裝流程為：浮吊泊位→運梁進場→將B1段鋼箱梁轉運至運梁棧橋上→移梁到過渡墩旁的起吊位置→調整鋼箱梁位置→使用跨纜吊機提升鋼箱梁→落梁至過渡墩墩頂的活動托架上→移梁到位。

(1)在支起伸縮托架前，先在斜撐根部U型限位螺栓處綁扎鋼絲繩。提升鋼箱梁到預定高度后。使用卷揚機牽拉事先焊好的主梁延伸臂，提升主梁。

(2)伸縮托架主梁就位至提升設計位置，使用錨碇門架上的卷揚機提升托架斜撐。

(3)提升斜撐至牛腿銷軸槽喇叭口上方附近。下放主梁，同時觀察并調整銷軸的位置。下放主梁直至銷軸落在牛腿上。收、放主梁，帶動銷軸滑落進銷軸槽，完成托架架設。設置橫向斜撐連接過渡墩墩頂預留鋼筋頭和托架主梁，以確保托架主梁的橫向穩定性。

(4)解除卷揚機和托架間的連接。在托架主梁上鋪設移梁軌道，并布置好滑塊。落梁。

(5)將B1梁段移運至施工安裝里程位置。落梁，將B1梁段臨時放在過渡墩臨時墊塊上，解除B1梁段與托架接觸。將活動托架放下，準備B2梁段的吊裝。吊裝B2梁段，然后支起活動托架支撐B2梁段，幫助梁段保持平衡。

(6)吊裝B2梁段。待B2梁段提升到位后，安裝B2梁段臨時吊索，保持B2梁段平衡。繼續吊裝B3梁段，并安裝B2、B3梁段間的臨時連接，形成穩固的整體結構。繼續吊裝邊跨梁段至監控指定梁段。

(7)將B1梁段的臨時墊塊拆除并下放到移運小車上。將B1梁段移運至設計位置。張拉過渡墩限位吊索，調整B2梁段標高后與B1梁段相接。安裝B1和B2梁段之間的臨時連接，最終完成過渡墩墩頂梁段的吊裝。環焊完成后拆除托架。

3.4 近塔區鋼箱梁架設

主塔區無索區梁段包括西主塔處的T1梁段及其兩端的B43和Z1梁段，東主塔處的T2梁段。T1段為E型鋼箱梁，設計吊重235 t；B43段為D型鋼箱梁，設計吊重232 t；Z1段為D’型鋼箱梁，設計吊重244 t；T2段為H型鋼箱梁，設計吊重305 t。

西塔無索區梁段為B43、T1及Z1段，利用跨纜吊機蕩移就位。

蕩移系統由拽拉卷揚機、拽拉鋼絲繩、動滑車、定滑車及其錨固架和轉向機構等組成。箱梁蕩移采用布置在塔頂門架上的12 t卷揚機拽拉。拽拉動滑車掛在各個待蕩移的箱梁靠塔側的臨時吊點上，定滑車及其錨固架掛在塔柱人洞上。

近塔無索區梁段采用臨時吊索+下橫梁挑梁的前吊后支方式調整線型及體系轉換。

3.5 合攏段鋼箱梁架設

為增加合攏段施工的靈活性和適應性，根據監控指令，將B40、Z4和Z131梁段作為合攏段。西塔處的合攏段先吊裝Z3段，后吊裝B40段，最后合攏東塔處Z131梁段。即先合攏西中跨，再合攏西邊跨，最后合攏東中跨。Z4合攏段吊裝前，在B43、T1、Z1吊裝時預先往西邊跨方向落位偏30 cm，利于直接垂直起吊。

B40合攏段吊裝前，利用西錨錠前支墩上的2臺12 t卷揚機及過渡墩墩頂的主纜限位吊索索夾轉向滑輪，并配備2個60 t滑車組，用于整體拉拽西邊跨鋼箱梁。B40梁段吊裝過程中，西邊跨B1～B41共41段鋼箱梁整體向錨碇方向拉動30 cm(所需水平拉力約60 t)。待合攏段吊裝就位后放松卷揚機張力，并將已拉開的鋼箱梁節段逐漸推回原位。再將合攏梁段與相鄰梁段臨時連接固定。

4 鋼箱梁架設過程分析

4.1 頂推分析

對于混凝土橋塔，主索鞍鞍座的頂推是一項重要內容，鞍座的頂推量和頂推時間是關系橋塔安危的重要因素，根據設計文件，本項目以橋塔塔頂偏位和應力水平為控制標準制定頂推方案。其中廣東側橋塔主索鞍預偏量較小，共頂推4次；東莞側橋塔主索鞍預偏量大，共頂推9次。頂推過程中，塔頂最大壓應力為2.751 MPa，最小壓應力為1.479 MPa，無拉應力出現，塔頂偏位最大為0.409 2 m，各計算工況下，主索鞍鞍槽內索股抗滑移安全系數均大于2，滿足抗滑要求。

4.2 控制點位移分析

在吊梁過程中，隨著荷載的不斷增加，主纜和加勁梁的標高不斷變化，為了保證成橋結構的順暢和良好受力對每個工況進行線形分析是必不可少的。選取中跨跨中、廣東側邊跨跨中作為控制點，得到不同施工階段中控制點的變化規律，可知：主跨跨中控制點在吊裝初期變化較為明顯，在開始吊裝邊跨B3梁段時，位移達到最大值0.857 970 m，隨著邊跨吊梁繼續吊梁，位移逐漸減小；邊跨吊梁過程中，在吊裝Z79梁段時，邊跨跨中控制點的位移達到最大值2.308 44 m，后隨著邊跨荷載的增加，位移值逐漸減小。整個吊裝過程中，跨中、邊跨控制點的位移曲線較為平順，未出現較大的位移突變。

5 結 語

(1)根據大跨度跨江懸索橋的施工水域環境及結構特點，針對“深水區、淺水區、近塔無索區、合攏段”分別采用“攬載吊機、可伸縮活動支架、蕩移法、卷揚機反拉+垂直起吊”等4類關鍵技術開展鋼箱梁吊裝作業。在保證施工期線型精準、結構安全的前提下，通過科學合理組織、吊裝過程精準管控等措施，坭洲水道橋鋼箱梁吊裝歷時70 d完成全橋176片梁段吊裝，給臺風高發期來臨之前完成全部梁段的焊接提供了充裕的自由時間，保障了坭洲水道橋的安全渡臺及整體結構安全。

(2)坭洲水道橋過渡墩淺水區鋼箱梁擯棄了傳統的落地支架法及浮吊架設法，避免了落地支架搭設的“人、機、材”及工期成本的投入和大型浮吊需要清淤航道的難題，設計了一種可伸縮活動的托架，在梁段提升過程中通過托架的伸縮與支撐實現托架體系轉換，達到對懸索橋過渡墩處邊跨端梁的吊裝施工及臨時支撐。該方案節約支架鋼材約600 t，節約支架搭拆工期約1.5個月，提高了攬載吊機的有效利用，節省了大型浮吊進行鋼箱梁吊裝的設備投入及航道清淤工作量，取的了較好的經濟與社會效益。