武漢鸚鵡洲長江大橋鋼梁架設(shè)施工纜載式起重機的結(jié)構(gòu)及施工
2017-09-18
1 工程概況
鸚鵡洲長江大橋全長3420m，其中主橋長2100米，采用的三塔四跨懸索橋，這是世界上首次采用主纜連續(xù)的三塔四跨懸吊懸索橋方案，同時也是世界在建的最大跨度三塔四跨懸索橋。主橋跨度布置225+2×850+225=2150m，見圖1-2；主橋主纜橫向布置兩根，中心距36m，主纜直徑索夾內(nèi)697.6mm、索夾外706.3mm；吊索標準間距為15m，吊索錨點設(shè)在主梁外側(cè)的風嘴上。
圖1.1 鸚鵡洲長江大橋立面布置圖（單位：m）
主橋鋼梁采用鋼-混凝土結(jié)合梁，梁高3.0m，由鋼主梁、鋼橫梁和混凝土橋面板組成。其中鋼主梁高2.423m（中心線處），橫梁高2.735m（跨中），混凝土橋面板厚為20cm，橋面鋪裝0.065m。鋼梁標準節(jié)段長15m，橫向設(shè)兩片主梁中心距31.2m，鋼梁頂面寬度為38m（含風嘴），其中心線處梁高2.735m。鋼梁節(jié)段間的連接采用全斷面焊接方式。
圖1.2 鸚鵡洲長江大橋鋼箱梁斷面圖
主橋鋼箱梁安裝采用單節(jié)段吊裝，鋼箱梁分11類共143節(jié)段，其中單個邊跨有14個節(jié)段，單個中跨有57個節(jié)段，中塔另有一過渡梁段。
主橋梁段的安裝設(shè)備名稱：500噸纜載吊機、型號：LZDJ500（YWZ）型、數(shù)量：4臺（以下簡稱纜載吊機）進行吊裝，以2號塔中為分界點，南北側(cè)各兩臺纜載吊機。梁段安裝順序如下：從兩中跨靠近中塔開始架設(shè)，而后再從邊塔向錨碇、跨中方向架設(shè)。
2 纜載吊機結(jié)構(gòu)組成
纜載吊機作為懸索橋大型專用設(shè)備，它依托懸索橋的主纜支撐，進行移位行走和固定吊裝，屬于高空作業(yè)的特種設(shè)備。其智能化中央自動控制系統(tǒng)可同步/非同步控制整個設(shè)備裝卸、吊裝、行走等全部作業(yè)。模塊化設(shè)計使得吊機僅需更換少量部件就可適應(yīng)不同跨間徑、不同纜徑懸索橋鋼梁的吊裝作業(yè)。纜載吊機主要由一個鋼主桁梁、兩個在主纜上的行走機構(gòu)、兩套液壓提升設(shè)備（含提升和牽引千斤頂、液壓泵站、控制系統(tǒng)及鋼絞線收線裝置）、吊具扁擔梁、柴油機等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖2.1。
圖2.1 纜載吊機結(jié)構(gòu)圖
2.1 鋼主桁梁
鋼主桁梁由兩段箱型負重梁及中間桁架梁構(gòu)成，總重：67t，如圖2-2 鋼主桁梁結(jié)構(gòu)圖。中間桁架梁主要是對整體結(jié)構(gòu)起剛性支撐作用，桁架的空間用于安放收線裝置、柴油機泵站和控制室，并為施工操作提供工作平臺。梁高4.25m，梁寬3.45m，長28.7m（5節(jié)，2×8.535+2×4.5+2.63m）。箱型負重梁主要來安放液壓提升千斤頂，同時也是主要的受力構(gòu)件。梁高4.9m，梁寬3.45m，長9m（2節(jié)，2×4.5）。
圖2.2 鋼主桁架梁結(jié)構(gòu)圖
2.2 行走機構(gòu)
行走機構(gòu)主要是行走機構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)主體、牽引千斤頂、抱箍、行走滾輪和荷載轉(zhuǎn)換千斤頂組成。各部件之間采用銷軸連接。每臺纜載吊機含2個行走機構(gòu)，每邊行走機構(gòu)各布置4個走形滾輪，走形輪通過液壓缸交替起落，跨越索夾，實現(xiàn)纜上行走。走形輪軸向留有適當間隙，可補償主纜間距誤差。
行走機構(gòu)一端布置一臺75T液壓牽引千斤頂，通過一端錨固在上坡的臨時錨固點上，鋼絞線牽引纜載吊機行走。
外形尺寸（長×寬×高）15.53×1.41×3.46m，總重22t（含螺栓、負載頂整體吊裝）。
圖2.3 行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
2.3 吊具
吊具結(jié)構(gòu)主要包括圓柱筒、扁擔梁、扁擔梁滑箱、提升錨固支座和吊裝鋼絞線等部分。每臺纜載吊機配備2個吊具。吊具可通過液壓油缸進行節(jié)段梁重心位置調(diào)整，可進行豎向轉(zhuǎn)動對位調(diào)整，且可進行順橋向吊點位置移動。外形尺寸（長×寬×高）：7.384m×0.53m×2.27m，總重：10t。
圖2.4 吊具結(jié)構(gòu)圖
2.4 起升機構(gòu)及其他液壓控制系統(tǒng)
纜載吊機設(shè)中央控制室，在其左右兩側(cè)各布置一臺柴油機驅(qū)動液壓泵站，分別為左右兩側(cè)提升機構(gòu)、行走和牽引機構(gòu)、鋼絞線收放裝置提供液壓動力。起升機構(gòu)采用兩套350噸液壓提升千斤頂，可提升下落重物，千斤頂內(nèi)部，采用導管，避免鋼絞線發(fā)生“鳥籠”現(xiàn)象。
3 纜載吊機施工工藝
3.1 纜載吊機施工步驟
3.2 地面散拼工作
纜載吊機主要結(jié)構(gòu)部分為散件拼裝而成，主要采用M20、M30高強螺栓連接，因結(jié)構(gòu)單元件體積較大，在拼裝前選用40m*22m場地以保證散拼工作完成，配置一臺MQE80/23.5龍門吊配合完成散拼起吊作業(yè)。鋼絞線下料及卷盤場地要求干凈平整，尺寸約160m*5m。
結(jié)構(gòu)單元件散拼過程中應(yīng)檢查各銷軸、螺栓的連接情況，對于各高強螺栓應(yīng)嚴格執(zhí)行高強螺栓使用規(guī)范，保證單元件連接安全可靠。
同時，對行走機構(gòu)及收放線裝置進行液壓調(diào)試工作，保證高空拼裝前正常工作。
散拼完成后通過平板車運輸至碼頭，由碼頭吊機轉(zhuǎn)運至船舶，起吊過程注意各結(jié)構(gòu)件的位置擺放，便于高空起吊拼裝。
3.3 纜載吊機高空拼裝
高空拼裝前應(yīng)完成塔頂門架改造，纜載吊機初始安裝位置為，纜載吊機中心距離邊塔塔頂輪廓線12米，上下游箱型負重梁間距28.7米，等高。
行走機構(gòu)安裝：利用門架提升梁與8t卷揚機，將動滑輪從塔頂放至主塔承臺靠江側(cè)。連接好動滑輪與行走機構(gòu)，使用8t卷揚機將行走機構(gòu)緩慢提升，超過主纜后，利用8t卷揚機在空中進行轉(zhuǎn)換，2臺卷揚機配合將行走機構(gòu)橫移到主纜上方。使用手拉葫蘆、鋼絲繩將行走機構(gòu)與門架固定，并將抱腳與主纜固定（門架上約有4T力，保住行走機構(gòu)主體）。 箱型負重梁安裝：采取同樣的方法，將箱型負重梁提升至塔頂與行走機構(gòu)通過銷軸進行連接。采用手拉葫蘆調(diào)節(jié)兩個箱型負重梁的位置、高度和間距，并通過鋼絲繩固定在門架上（門架上約有12T力，吊住箱型負重梁），因主纜受力增加，產(chǎn)生下繞，需調(diào)整先前安裝行走機構(gòu)相應(yīng)手拉葫蘆、鋼絲繩受力，便于鋼桁架梁中間5個節(jié)段的安裝。
中間桁架梁安裝：此時每個門架上已帶有16噸力（行走機構(gòu)主體與箱型負重梁保險），使用上下游門架動滑輪組，按照提升行走機構(gòu)的方法將中間桁架梁提升與箱型負重梁下。利用手拉葫蘆調(diào)節(jié)兩個箱型負重梁間距，使得中間桁架梁順利提升至箱型負重梁等高，連接中間桁架梁與箱型負重梁。因主纜受力再次增加，產(chǎn)生下繞，需調(diào)整先前安裝行走機構(gòu)、箱型負重梁相應(yīng)手拉葫蘆、鋼絲繩受力，全面檢查各構(gòu)件連接情況，確認無誤后解除纜載吊機與塔頂門架的連接。
鋼絞線收放裝置及其他：在散件拼裝時已將鋼絞線卷入收放裝置（8.5T），運輸?shù)竭吽跄艿跹b位置，塔吊直接吊裝一套鋼絞線收放裝置到已拼好的中間桁架梁上一側(cè)固定，另一套鋼絞線收放裝置由塔吊吊到塔頂平臺，再由另一塔吊轉(zhuǎn)吊到已拼好的中間桁架梁上另一側(cè)固定。
液壓泵站、控制系統(tǒng)、提升千斤頂?shù)扔伤跻来蔚跹b并調(diào)試，為下行做準備，完成后利用提升頂將鋼絞線下放至吊具處，進行最后的吊具安裝工作。
3.4 初次行走及試吊
拼裝完成后，全面檢查各構(gòu)件連接情況，確認無誤后向上行走30厘米，讓相關(guān)連接卸力，解除纜載吊機手拉葫蘆、鋼絲繩連接。纜載吊機試吊位置在28#吊索，需行走主纜弧長約440米，每天（2個班）按80米計算，約需行走6天。
額定載荷試驗：
a 先對纜載吊機各監(jiān)測量進行原始數(shù)據(jù)采集。
b 將試吊鋼箱梁船運至待吊點，就位精度控制在1m以內(nèi)。
c 在船上安裝試吊用配載水袋，與鋼箱梁可靠臨時連接。擬采4個用長8m，寬2.5m，高2.5m的橋梁支架專用預(yù)壓水袋進行配載試驗，每個鋼梁梁段沿縱橋向?qū)ΨQ布置4個水袋。
d 開啟纜載吊機，同步下降兩側(cè)吊具至鋼箱梁上，并將吊具與鋼箱梁吊點連接牢固，檢查各部件連接情況，合格后上報指揮。
e 同時提升纜載吊機吊具，根據(jù)壓力顯示，載荷20%，40%，60%，80%，90%逐漸地加上去，直至箱梁提離船面。
f 然后將鋼箱梁提高約20cm，運輸船駛離試吊區(qū)域下方。纜載吊機穩(wěn)載10分鐘后，測量各監(jiān)測點，同時觀察纜載吊機相關(guān)部件運轉(zhuǎn)情況并記錄。
g 向水袋內(nèi)注水至額定吊重（每個水袋注水約13.41m3，偏差控制在5%）穩(wěn)載10min后，再次測量纜載吊機監(jiān)測點，觀察纜載吊機相關(guān)部件運轉(zhuǎn)情況并記錄。
h 比較相關(guān)測量數(shù)據(jù)，得出試驗結(jié)果。
動載試驗：
動載試驗的主要目的是驗證纜載吊機各機構(gòu)和制動的功能。
a. 額定吊重試驗后，確定纜載吊機變形及各相關(guān)部件運行正常后，繼續(xù)像水袋內(nèi)注水至1.1倍額定吊重（每個水袋再次注水約12.5m3，偏差控制在5%）
b. 穩(wěn)載10min后，測量纜載吊機監(jiān)測點，觀察纜載吊機相關(guān)部件運轉(zhuǎn)情況并記錄。
c. 同時緩慢提升纜載吊機吊具，將鋼箱梁緩慢提升2米，然后下放，重復3次，同時觀察纜載吊機相關(guān)部件運轉(zhuǎn)情況并記錄。
d. 各部件完成其功能試驗，隨后進行目測檢驗個機構(gòu)部件是否有損壞或松動。
e. 比較相關(guān)測量數(shù)據(jù)，得出試驗結(jié)果。
3.5 纜載吊機行走介紹
行走過程在兩臺75T牽引千斤頂?shù)臓恳峦ㄟ^自身滾輪在主纜上滾動來進行的，其在跨越索夾時需前后輪組交替起落來實現(xiàn)，它是一個連續(xù)的動作過程，反復此循環(huán)，實現(xiàn)纜載吊機在主纜上行走至下一鋼梁吊裝段。
纜載吊機行走過程中，應(yīng)分別在兩邊行走機構(gòu)旁配備兩名配合人員，保證其與操作司機通訊暢通，觀察滾輪提升高度能否越過索夾及其他障礙物，同時理順鋼絞線，保證其正常通過牽引頂，再者觀察電纜線及其他雜物是否影響行走，及時將信息反饋操作司機，保證行走安全。
3.6 纜載吊機吊裝介紹
預(yù)加載：30T→→70T→→100T→→130T每30T一級逐步加載提離駁船，過程中將鋼梁重量逐漸轉(zhuǎn)移到千斤頂。在初加載時，調(diào)整每個主千斤頂受力，使其保持基本相同。當40%荷載轉(zhuǎn)移到千斤頂時，再次檢查千斤頂、錨固塊、扁擔梁和鋼梁的連接。當加載到90%荷載時，換一個空行程一次將鋼梁提離駁船，以減少鋼梁離開駁船時的晃動。操作人員觀察各點的受力情況，根據(jù)梁段理論吊點的受力情況來調(diào)定各點受力，保證其水平提升，同時也可利用重心調(diào)節(jié)千斤頂來調(diào)節(jié)梁段重心。鋼梁離開駁船后，對總提升量清零后用自動模式提升，再次檢查抱箍和墊塊螺栓（加載過程中各抱箍要不斷緊螺栓，卸載前各抱箍應(yīng)提前將螺栓松弛一定程度）。吊梁時，每個千斤頂邊必須站一人觀察千斤頂、鋼絞線、各油管及泵站，如遇緊急情況發(fā)生來不及通知控制室，可按下急停按鈕以停止千斤頂工作，避免問題惡化。
當提升接近吊索位置，改為手動操作，根據(jù)鋼箱梁上安裝指揮人員提升或下放，在此過程中特別注意的是各千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)可能不一樣，各點在上下夾片的位置也可能不一樣，所以在調(diào)前確認該千斤頂荷載所在夾片位置。當?shù)跛骱弯摿哼B接固定后進行卸載（卸載時注意觀察各點受力逐漸卸載情況），將鋼梁重量轉(zhuǎn)移至吊索，拆除吊具與鋼梁連接，即完成鋼梁的吊裝。
纜載吊機在提升及下方過程中，兩邊提升千斤頂應(yīng)各配備一名觀察人員，保證鋼絞線順利通過千斤頂，同時觀察各油管、電線路、傳感器等正常工作，保證吊裝安全。
3.7 纜載吊機拆除
纜載吊機拆除與安裝流程相反，拆除過程中注意遵循安全管理規(guī)程，保證拆除安全。
4 結(jié)束語
鸚鵡洲長江大橋采用四臺纜載吊機由南北中跨向兩邊同時對稱架設(shè)，保證塔柱垂直度在可控范圍，因纜載吊機自身重量造成主纜受壓后變形，致使原設(shè)計抱箍和主纜不匹配，施工過程中對抱箍現(xiàn)場修改，保證其與主纜貼合鎖死緊密。同時，在纜載吊機行走過程中，現(xiàn)場貓道改吊已完成，致使纜載吊機行走時除需跨越索夾外還需跨越改吊繩，致使行走效率大大降低，上下游改吊繩對稱布置，保證纜載吊機行走時上下游行走機構(gòu)同時跨越改吊繩可提高行走效率，這為以后同類型施工積累一定施工經(jīng)驗。懸索橋鋼梁吊裝施工所用纜載吊機施工難度高，施工風險高，加強設(shè)備日常各類安全檢查，嚴格實行“一吊一檢”制度，保證施工安全可控。
參考文獻
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