悬索桥卷扬机式吊装系统钢箱梁安装施工工法

PAGE1悬索桥卷扬机式吊装系统钢箱梁安装施工工法SRBGGF02-20081、四川公路桥桥梁建设集团团有限公司2、四川路桥桥华东建设有有限责任公司司邓亨长2卢伟伟1杨如刚2虞业强2鲁翼21.前言在多种桥梁结构构形式中，悬悬索桥是目前前跨越能力最最强的桥型。目目前，悬索桥桥主梁分为钢钢箱梁与桁架架式两种，主主梁安装是悬悬索桥施工的的关键工序之之一。地锚式悬索桥钢钢箱梁安装最最常用方法为为缆载吊机安安装，其次为为浮吊或缆索索吊安装。我我国已建的大大跨度悬索桥桥中，塔区钢钢箱梁一般采采用缆载吊机机起吊、一次次或多次荡移移到位安装，索索塔位置距钢钢箱梁水上起起吊位置较远远时，通常布布置支架和纵纵移系统配合合进行安装。舟山大陆连岛工工程西堠门大大桥是我国已已建成最大跨跨桥梁，也是是世界第一大大跨钢箱梁悬悬索桥与第二二大跨悬索桥桥。大桥地处处台风区，同同时桥址处海海流情况复杂杂、波急浪高高、海床无覆覆盖层，这些些因素存在，使使得大桥钢箱箱梁安装难度度极大。为减减少缆载吊机机移动次数，减减少台风对钢钢箱梁安装顺顺序和缆载吊吊机跨中吊梁梁进度影响，北北塔区钢箱梁梁采用了新开开发的“卷扬机式吊吊装系统”进行安装，，该该工法解决了了西堠门大桥桥北塔区钢箱箱梁安装难题题，所用施工工设备较少，工工序简单，社社会效益与经经济效益明显显，在国内大大跨度悬索桥桥施工中尚属属首次。2.工法特点2.1卷扬机式式起吊系统卷扬机式起吊系系统，依托主主缆，直接悬悬挂在主缆上上，省略了类类似缆载吊机机横梁结构与与行走机构，结结构简便，工工序简单、快快速、有效。2.2起吊系统统与牵引系统统的组合在桥塔桥面高程程处布置荡移移牵引系统配配合起吊系统统来进行梁段段长距离的水水平荡移，塔塔区所有梁段段均采用一次次性荡移就位位。整套系统统具有起吊与与荡移牵引协协同作业要求求高的特点。工工艺高效，构构造简洁、工工作效率高2.3无索区区线形调整工工艺以千斤顶群作为为无索区线形形调整手段，结结合线形精细细调整监控技技术，简单、快快速、实用。3.适用范围悬索桥塔、锚区区和主缆上固固定位置梁段段的起吊和大大角度长距离离荡移。4.工艺原理卷扬机式起吊系系统、荡移牵牵引系统和支支架系统组成成塔区钢箱梁梁长距离、大大角度水平荡荡移安装系统统。卷扬机式式起吊系统提提升钢箱梁，水水平牵引系统统提供水平力力牵引钢箱梁梁梁荡移至支支架位置进行行钢箱梁安装装。结合塔区箱梁安安装无需行走走的特点，卷卷扬机式吊装装系统采用骑骑跨式临时索索夹将吊装重重量均匀分布布在主缆上。荡荡移牵引系统统采用在塔柱柱中门洞（其其高程与钢箱箱梁桥面接近近）处设置锚锚固钢梁为锚锚固着力点，布布置滑车组及及动力系统，以以保证提供足足够的水平牵牵引力。5.施工工艺流流程及操作要要点塔区梁段分为有有吊索梁段和和无吊索梁段段，均采用卷卷扬机式吊装装系统和荡移移牵引系统一一次性起吊、荡荡移到位。无无吊索梁段，通通过在塔区布布设临时支架架进行放置，梁梁段荡移、卸卸落到施工支支架之上，在在全桥钢箱梁梁吊装完成后后，采用千斤斤顶精确调位位后整体进行行焊接。有吊吊索梁段，采采用卷扬机式式吊装系统起起吊并荡移到到位，安装吊吊索，梁段吊吊装到位后，先先进行临时连连接，全桥合合龙后焊接。5.1施工工艺艺流程（见图图5.1）图5.1塔区区钢箱梁安装装施工流程图图5.2施工操作作要点5.2.1卷扬扬机吊装系统统和荡移牵引引系统设计（见见图5.2.11-1）图5.2.1--1塔区钢箱梁梁吊装系统总总体布置图1卷扬机式吊装装系统1）参考设计参参数卷扬机式吊装系系统设计起吊吊重量为480t（包括钢丝丝绳和吊具重重量）。吊装装系统由临时时索夹、起吊吊滑车组、起起吊钢丝绳和和起吊绳转向向系统、吊具具以及起吊卷卷扬机等部分分组成。其主主要参数：提升能力：4880t；提升速度：2m/miin；最大水平荡移距距离：63m最大荡移偏偏转角：24.5°°荡移牵引能力：：200t2）起吊系统悬悬挂临时索夹夹设计卷扬机式吊装系系统采用骑跨跨式索夹悬挂挂于主索上。作作为骑跨式索索夹（见图5.2.11.1），其功能能必须满足垂垂直起吊和钢钢箱梁荡移时时悬挂钢绳在在绳槽内自由由滑动的施工工要求，同时时要避免悬挂挂钢绳在钢箱箱梁荡移过程程中，与索夹夹之间产生的的静摩擦转变变成动摩擦而而产生突然滑滑动，影响吊吊装施工安全全。临时索夹采用铸铸钢铸造并经经机加工而成成，临时索夹夹分两块制作作，通过张拉拉对拉螺杆，紧紧固在主缆上上。索夹采用用《公路悬索索桥设计规范范条文》进行行验算，在自自重和吊装施施工荷载作用用下抗滑安全全系数大于3.0。临时索夹的索槽槽从索夹顶部部往下从在一一个垂面内布布置逐渐向弧弧线过渡，适适应荡移时悬悬挂钢绳大角角度偏转的要要求。图5.2.1--3临时索夹设设计图（单位位：mm）2荡移牵引系统统荡移牵引系统需需满足中跨和和边跨侧梁段段的纵桥向梁梁段荡移要求求，荡移最大大牵引力158t。一套钢箱梁荡移移牵引系统采采用2台10t卷扬机作动动力，分别通通过100t滑车组、Φ28钢绳走12线牵引两个个纵向吊具牵牵引定滑车组组，提供200t荡移顺桥向向牵引力。荡荡移牵引系统统边跨侧、中中跨侧布置一一套。5.2.2钢箱箱梁提升施工工1施工准备1）支架搭设无索区钢箱梁，按按钢箱梁的安安装平面位置置与钢箱梁安安装高程布置置存梁的固定定支架，一般般考虑型钢桁桁架式，同时时支架上还包包含钢箱梁纵纵移系统与钢钢箱梁线形调调节系统，前前者一般为带带水平牵引力力的轨道，后后者为钢支垫垫与千斤顶群群的组合。钢箱梁支架设计计高度需考虑虑支垫与千斤斤顶作用空间间，可低不可可高。2）水平荡移牵牵引系统布设设在将钢箱梁从起起吊位置向安安装位置方向向荡移过程中中，水平牵拉拉力由水平牵牵引系统提供供，水平牵引引系统由牵引引卷扬机、钢钢绳、连接吊吊耳、锚固件件、转向滑车车等部分组成成，均在吊装装前布设好。3）起吊系统布布设①临时索夹安装装临时索夹安装方方法与悬索桥桥骑跨式索夹夹安装方法相相同，通过张张拉临时索夹夹上的高强螺螺栓提供对主主缆的握裹力力。②依次安装起吊吊滑车组、起起吊钢丝绳和和起吊绳转向向、吊具以及及起吊卷扬机机等各组成部部分，形成起起吊系统。4）吊具与吊机机就位吊装前，加工布布置特制吊具具，并提前下下放吊具至安安全高度。2吊机垂直提升升待钢箱梁船运到到位后，连接接吊具与钢箱箱梁临时吊耳耳，解除钢箱箱梁与运输船船的临时约束束，启动卷扬扬机提升钢箱箱梁至设计荡荡移高度。5.2.3荡移移落梁施工钢箱梁提升至一一定高度后，连连接水平牵引引系统吊耳。启启动水平牵引引卷扬机，荡荡移钢箱梁至至安装位置，挂挂索或利用起起吊系统将钢钢箱梁放置至至钢支垫上。对对于支架上无无吊索梁段，利利用牵引系统统对钢箱梁轴轴线偏位进行行微调。起吊安装节段起起吊高度经计计算获得，保保证钢箱梁绕绕索夹作钟摆摆运动恰好荡荡移到安装设设计位置，计计算时需考虑虑主缆在钢箱箱梁重力作用用下高程的变变化。5.2.4钢箱箱梁线形调整整对于支架上梁段段，应制定专专门的调整和和连接对策，把把握好连接时时机。在大跨跨度悬索桥钢钢箱梁安装施施工中，主缆缆线形会随加加载过程发生生较大的变化化，支架上梁梁段与相邻有有吊索梁段高高差也处在一一个动态的变变化过程中，连连接时机不利利，可能导致致钢箱梁节段段连接部位产产生局部变形形并对施工支支架产生不利利影响。采用用塔区支架上上无吊索梁段段与有吊索梁梁段在全桥合合龙后进行临临时连接和焊焊接的策略，支支架上梁段与与有吊索梁段段之间采用垫垫设木板和设设置橡胶等措措施以防止梁梁段之间相互互碰撞引起擦擦伤。1无索区线形调调整前准备工工作1）施工、监控控单位对加劲劲梁合龙线形形进行测量，观观察钢箱梁的的线形是否与与监控计算标标高相吻合，为为下步线形调调整工作提供供基础数据。2）设计与监控控单位通过计计算分析，提提供合龙时加加劲梁线形，对对无索区梁段段，还需结合合合龙线形测测量数据确定定其预拱度及及调节坡度作作为线形调整整施工的目标标值。2线形调整无索区钢箱梁线线形调整工作作主要在支架架上进行，同同时相邻有索索与无索梁段段间线形调整整，需通过设设置相应工装装完成。图5.2.4-1钢箱梁支垫及标高调节装置1）无索区钢箱箱梁线形调整整系统按设计计要求，无索索区钢箱梁存存放按八支点点支垫搁置，钢钢箱梁线形调调节是通过支支架支点位置置下方设置厚厚钢板支垫，并并安放32～50t螺旋千斤顶顶，钢箱梁平平面位置调整整完成后依靠靠千斤顶顶升升并结合支垫垫楔块调节梁梁段线形（见见图5.2.44-1）。图5.2.4-1钢箱梁支垫及标高调节装置2）有索区梁段段线形调整无索区钢箱梁与与有吊索钢箱箱梁之间的线线形调整，即即塔区45～46#梁还需借助助一套工装完完成。工装为通过焊接接在钢箱梁顶顶板临时连接接件位置的型型钢提升支架架以及连接耳耳板的，可独独立操作的四四部提升链滑滑车。5.2.5监测测技术与分析析无索区钢箱梁安安装与线形调调整过程需对对大桥几何参参数进行监测测以确保线形形调整结果的的准确，监测测内容包括：：（1）无索区箱箱梁梁面高程程测量；（2）塔偏位及及竖向变形测测量；（3）主缆线形形测量。（1）项采用精精密水准仪——索佳B1测量，每次次线形调整前前后均需测量量；（2）（3）采用全站站仪——TCA20003与TCA18800测量，仅在在线形调整前前进行一次测测量。以上测测量过程中，梁梁温为关键参参数之一，需需全程测量，采采用专用温度度传感器进行行测量。与支支座连接的钢钢箱梁安装时时应在过程中中监测梁轴线线与高程变化化并及时调整整。监测的关键在于于线形调整过过程的（1）梁面高程程测量，而（2）（3）项内容为为监控复核所所用，测量数数据与监控分分析计算值比比较，及时反反馈指导施工工。主要的监测内容容参见表5.2.5。表5.2.5监测项目汇总表序号监测项项目监测仪器器监测频率监测目的的1主梁温度LM35温度传传感器梁温：1～22次/梁每次调整整，塔温：1～2次，均在气气温稳定时（夜夜间或阴天）观观测掌握塔温与梁温温，为监控计计算提供数据据2塔温3主梁梁顶高程索佳B1精密水水准仪1～2次/梁梁每次调整掌握梁面高程，为为监控计算与与线形调整提提供数据4桥轴线偏位TCA20033、TCA18800全站仪1次掌握大桥钢箱梁梁轴线偏差与与主缆实际线线形，为大桥桥精确计算提提供数据5主缆线形5.3劳动力组组织（见表5.3）。表5.3劳动力组织情况表序号单项工程所需人数备注1管理人员42技术人员93钢箱梁转运与吊吊具安装254钢箱梁提升施工工85钢箱梁荡移施工工146钢箱梁轨道纵移移施工267钢箱梁线形调整整60与3～6不同时时作业8杂工5合计86（78）人人括号中数字为线线形调整所用用人员6.材料与设备备本工法采用的材材料与机具设设备见表6.1。表6.1机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1卷扬机20t台8起吊卷扬机2卷扬机10t台4牵引卷扬机3滑车组250t个8起吊系统滑车组组4滑车组100t个8牵引系统滑车组组5临时索夹套4起吊系统悬挂6偏拉锚固梁套27固定支架钢管桁架个1存梁，钢箱梁线线形调整8千斤顶50t台16钢箱梁线形调整整9千斤顶32t台9钢箱梁线形调整整，卸架10千斤顶25t台8钢箱梁线形调整整11精密水准仪索佳B1台2钢箱梁安装，线线形调整12全站仪TCA18000,TCA22003台3钢箱梁安装，线线形调整7.质量控制7.1工程质量量控制标准钢箱梁施工质量量执行《公路路桥涵施工技技术规范JTJ0041-20000》与《舟山山大陆连岛工工程西堠门大大桥专项质量量检验评定标标准》。钢箱箱梁安装允许许偏差按表7.1执行。表7.1钢箱梁安装允许偏差表序号项目允许偏差（mmm）检查频率检验方法1相邻节段匹配高高差±2每片梁用钢尺2箱梁段轴线偏差差±10全站仪3吊点偏位±30用全站仪4同一梁段两侧对对称吊点处梁顶高差±40用水准仪7.2质量保证证措施7.2.1起吊吊节段起吊高高度经计算获获得，保证钢钢箱梁绕索夹夹作钟摆运动动恰好荡移到到安装设计位位置，计算时时需考虑主缆缆在钢箱梁重重力作用下高高程的变化。7.2.2支架架顶面高程应应低于主梁合合龙线形减去去梁高，保证证千斤顶有足足够操作空间间。7.2.4钢箱箱梁起吊安装装过程应基本本保持水平，这这就要求提升升系统两吊点点基本同步。采采用以下措施施：1）起吊卷扬扬机选用线速速度恒定的摩摩擦式卷扬机机；2）一个起吊吊点采用两台台卷扬机同步步提升，保证证钢箱梁吊装装过程的平稳稳安全；3）通过精确确测定钢丝绳绳出入绳长度度以反应吊点点提升高度，间间接来控制两两吊点的同步步性。7.2.5用千千斤顶进行线线形调整时，应应遵循同步、小小量的原则，在在夜间稳定时时段测量（包包括温度与梁梁顶高程）、白白天统一进行行线形调整。8.安全措施8.1卷扬机式式吊装系统、临临时索夹、支支架系统等主主要承载构造造均需进行详详细的计算分分析、完成荷荷载试验，保保证钢箱梁吊吊装、存放的的安全。8.2无索区钢钢箱梁线形调调整时，利用用千斤顶群进进行顶升或下下降时，需进进行全程监测测，保证顶升升的同步、小小量，避免千千斤顶不同步步导致偏载引引起安全事故故。8.3建立完善善的施工安全全保证体系，加加强施工作业业中的安全检检查，确保作作业标准化、规规范化。8.4针对起吊吊绳布线跨度度较大的特点点，全线派专专人看护，防防止意外发生生。8.5沿海风环环境对钢箱梁梁安装影响极极大，在吊装装前应根据天天气预报保证证在吊机设计计规定风速下下进行吊装，同同时若钢箱梁梁安装会穿越越台风期，存存梁固定支架架设计需考虑虑台风荷载并并制订相应的的防台预案。9.环保措施9.1环境保护护措施采取措施控制施施工现场的各各种粉尘、废废水、废气、废废渣等对环境境的污染和危危害。9.2水土及生生态环境的保保护措施工程完工后，及及时彻底进行行现场清理。对有害物质(如燃料、废废料、垃圾等等)，按规定处处理后，运至至监理工程师师指定的地点点进行掩埋，防防止对动、植植物造成损害害。9.3水环境保保护措施施工船只严禁向向海域抛设和和倾倒废弃用用品，必须排排除施工船上上所有设备的的滴、冒、跑跑、漏，并配配有应急的油油污染收集设设施和粪便收收集装置。机机动船只必须须设有油水分分离设备，燃燃油供应船配配备应急的围围栏、消油剂剂等应急用具具。9.4大气环境境保护及粉尘尘的防治对施工道路和施施工场地进行行硬化，对施施工现场和运运输道路经常常进行洒水湿湿润，减少扬扬尘。10.效益分析析10.1本工法法通过卷扬机机式吊装系统统与荡移牵引引系统安装塔塔区钢箱梁，是是在悬索桥特特殊梁段安装装和在特殊环环境下梁段安安装方面，采采用缆载吊机机以外的施工工手段，进行行梁段架设的的一次有益尝尝试，丰富了了悬索桥梁段段架设的施工工方法。10.2由于塔塔区梁段施工工周期一般较较长，在塔区区设置卷扬机机式吊装系统统取代缆载吊吊机完成塔区区梁段的吊装装，节省了缆缆载吊机来回回运行时间，减减少了缆载吊吊机吊梁数量量，总体上缩缩短大桥的架架梁工期约1.5个月，节约约工程成本450万元以上。同同时，卷扬机机式吊装系统统的采用，更更利于全桥统统一和协调