懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法

四川公路橋樑建設集團有限公司

中華人民共和國住房和城鄉建設部

基本介紹

• 中文名：
• 工法編號：
• 完成單位：
• 主要完成人：
• 套用實例：
• 主要榮譽：

形成原因

懸索橋鋼箱梁

浮吊

工法特點

操作原理

適用範圍

工藝原理

施工工藝

《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

塔區梁段分為有吊索梁段和無吊索梁段，均採用卷揚機式吊裝系統和盪移牽引系統一次性起吊、盪移到位。無吊索梁段，通過在塔區布設臨時支架進行放置，梁段盪移、卸落到施工支架之上，在全橋鋼箱梁吊裝完成後，採用千斤頂精確調位後整體進行焊接。有吊索梁段，採用卷揚機式吊裝系統起吊並盪移到位，安裝吊索，梁段吊裝到位後，先進行臨時連線，全橋合攏後焊接。

• 工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 塔區鋼箱梁安裝施工流程圖

操作要點

一、卷揚機吊裝系統和盪移牽引系統設計（圖2）

圖2 塔區鋼箱梁吊裝系統總體布置圖

1.卷揚機式吊裝系統

1）參考設計參數

卷揚機式吊裝系統設計起吊重量為480噸（包括鋼絲繩和吊具重量）。吊裝系統由臨時索夾、起吊滑車組、起吊鋼絲繩和起吊繩轉向系統、吊具以及起弔卷揚機等組成。其主要參數：提升能力：480噸；提升速度：2米/分鐘；最大水平盪移距離：63米；最大盪移偏轉角：24.5°；盪移牽引能力：200噸。

2）起吊系統懸掛臨時索夾設計

卷揚機式吊裝系統採用騎跨式索夾懸掛於主索上。作為騎跨式索夾（圖3），其功能必須滿足垂直起吊和鋼箱梁盪移時懸掛鋼繩在繩槽內自由滑動的施工要求，同時要避免懸掛鋼繩在鋼箱梁盪移過程中，與索夾之間產生的靜摩擦轉變成動摩擦而產生突然滑動，影響吊裝施工安全。

圖3 臨時索夾設計圖（單位：毫米）

臨時索夾採用鑄鋼鑄造並經機器加工而成，臨時索夾分兩塊製作，通過張拉對拉螺桿，緊固在主纜上。索夾採用《公路懸索橋設計規範條文》進行驗算，在自重和吊裝施工荷載作用下抗滑安全係數大於3.0。

臨時索夾的索槽從索夾頂部往下從在一個垂面內布置逐漸向弧線過渡，適應盪移時懸掛鋼繩大角度偏轉的要求。

2.盪移牽引系統

盪移牽引系統需滿足中跨和邊跨側梁段的縱橋向梁段盪移要求，盪移最大牽引力158噸。

一套鋼箱梁盪移牽引系統採用2台10噸卷揚機作動力，分別通過100噸滑車組、ф28鋼繩走12線牽引兩個縱向吊具牽引定滑車組，提供200噸盪移順橋向牽引力。盪移牽引系統邊跨側、中跨側布置一套。

二、鋼箱梁提升施工

1.施工準備

1）支架搭設

無索區鋼箱梁，按鋼箱梁的安裝平面位置與鋼箱梁安裝高程布置存梁的固定支架，一般考慮型鋼桁架式，同時支架上還包含鋼箱梁縱移系統與鋼箱梁線形調節系統，前者一般為帶水平牽引力的軌道，後者為鋼支墊與千斤頂群的組合。

鋼箱梁支架設計高度需考慮支墊與千斤頂作用空間，可低不可高。

2）水平盪移牽引系統布設

在將鋼箱梁從起吊位置向安裝位置方向盪移過程中，水平牽拉力由水平牽引系統提供，水平牽引系統由牽引卷揚機、鋼繩、連線吊耳、錨固件、轉向滑車等組成，均在吊裝前布設好。

3）起吊系統布設

①臨時索夾安裝

臨時索夾安裝方法與懸索橋騎跨式索夾安裝方法相同，通過張拉臨時索夾上的高強螺栓提供對主纜的握裹力。

②依次安裝起吊滑車組、起吊鋼絲繩和起吊繩轉向、吊具以及起弔卷揚機等各組成部分，形成起吊系統。

4）吊具與吊機就位

吊裝前，加工布置特製吊具，並提前下放吊具至安全高度。

2.吊機垂直提升

待鋼箱梁船運到位後，連線吊具與鋼箱梁臨時吊耳，解除鋼箱梁與運輸船的臨時約束，啟動卷揚機提升鋼箱梁至設計盪移高度。

三、盪移落梁施工

鋼箱梁提升至一定高度後，連線水平牽引系統吊耳。啟動水平牽引卷揚機，盪移鋼箱梁至安裝位置，掛索或利用起吊系統將鋼箱梁放置至鋼支墊上。對於支架上無吊索梁段，利用牽引系統對鋼箱梁軸線偏位進行微調。

起吊安裝節段起吊高度經計算獲得，保證鋼箱梁繞索夾作鐘擺運動恰好盪移到安裝設計位置，計算時需考慮主纜在鋼箱梁重力作用下高程的變化。

四、鋼箱梁線形調整

對於支架上樑段，應制定專門的調整和連線對策，把握好連線時機。在大跨度懸索橋鋼箱梁安裝施工中，主纜線形會隨載入過程發生較大的變化，支架上樑段與相鄰有吊索梁段高差也處在一個動態的變化過程中，連線時機不利，可能導致鋼箱梁節段連線部位產生局部變形並對施工支架產生不利影響。採用塔區支架上無吊索梁段與有吊索梁段在全橋合攏後進行臨時連線和焊接的策略，支架上樑段與有吊索梁段之間採用墊設木板和設定橡膠等措施以防止梁段之間相互碰撞引起擦傷。

1.無索區線形調整前準備工作

1）施工、監控單位對加勁梁合攏線形進行測量，觀察鋼箱梁的線形是否與監控計算標高相吻合，為下步線形調整工作提供基礎數據。

2）設計與監控單位通過計算分析，提供合攏時加勁梁線形，對無索區梁段，還需結合合攏線形測量數據確定其預拱度及調節坡度作為線形調整施工的目標值。

2.線形調整

無索區鋼箱梁線形調整工作主要在支架上進行，同時相鄰有索與無索梁段間線形調整，需通過設定相應工裝完成。

1）無索區鋼箱梁線形調整系統按設計要求，無索區鋼箱梁存放按八支點支墊擱置，鋼箱梁線形調節是通過支架支點位置下方設定厚鋼板支墊，並安放32-50噸螺旋千斤頂，鋼箱梁平面位置調整完成後依靠千斤頂頂升並結合支墊楔塊調節梁段線形（圖4）。

圖4 鋼箱梁支墊及標高調節裝置

2）有索區梁段線形調整

無索區鋼箱梁與有吊索鋼箱梁之間的線形調整，即塔區45-46號梁還需藉助一套工裝完成。工裝為通過焊接在鋼箱梁頂板臨時連線件位置的型鋼提升支架以及連線耳板的，可獨立操作的4部提升鏈滑車。

五、監測技術與分析

無索區鋼箱梁安裝與線形調整過程需對大橋幾何參數進行監測以確保線形調整結果的準確，監測內容包括：1）無索區箱梁梁面高程測量；2）塔偏位及豎向變形測量；3）主纜線形測量。1）項採用精密水準儀——索佳B1測量，每次線形調整前後均需測量；2）、3）項採用全站儀TCA2003與TCA1800測量，僅線上形調整前進行一次測量。以上測量過程中，梁溫為關鍵參數之一，需全程測量，採用專用溫度感測器進行測量。與支座連線的鋼箱梁安裝時應在過程中監測梁軸線與高程變化並及時調整。

監測的關鍵在於線形調整過程的1）項梁面高程測量，而2）、3）項內容為監控覆核所用，測量數據與監控分析計算值比較，及時反饋指導施工。

主要的監測內容參見表1。

表1 監測項目匯總表

序號	監測項目	監測儀器	監測頻率	監測目的
1	主梁溫度	LM35溫度感測器	梁溫：1~2次/梁每次調整，塔溫： 1~2次，均在氣溫穩定時（夜間或陰天）觀測	掌握塔溫與梁溫，為監控計算提供數據
2	塔溫
3	主梁梁頂高程	索佳B1精密水準儀	1~2次/梁每次調整	掌握梁面高程，為監控計算與線形調整提供數據
4	橋軸線偏位	TCA2003.TCA1800	1次	掌握大橋鋼箱梁軸線偏差與主纜實際線形，為大橋精確計算提供數據
5	主纜線形	全站儀

• 勞動力組織

勞動力組織見表2。

表2 勞動力組織情況表

序號	單項工程	所需人數	備註
1	管理人員	4	╱
2	技術人員	9	╱
3	鋼箱梁轉運與吊具安裝	25	╱
4	鋼箱梁提升施工	8	╱
5	鋼箱梁盪移施工	14	╱
6	鋼箱梁軌道縱移施工	26	╱
7	鋼箱梁線形調整	60	與3-6不同時作業
8	雜工	5	╱
╱	合計	86（78）人	括弧中數字為線形調整所用人員

參考資料：

材料設備

《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》採用的材料與機具設備見表3。

表3 機具設備表

序號	設備名稱	設備型號	單位	數量	用途
1	卷揚機	20噸	台	8	起弔卷揚機
2	卷揚機	10噸	台	4	牽引卷揚機
3	滑車組	250噸	個	8	起吊系統滑車組
4	滑車組	100噸	個	8	牽引系統滑車組
5	臨時索夾	╱	套	4	起吊系統懸掛
6	偏拉錨固梁	╱	套	2	╱
7	固定支架	鋼管桁架	個	1	存梁，鋼箱梁線形調整
8	千斤頂	50噸	台	16	鋼箱梁線形調整
9	千斤頂	32噸	台	9	鋼箱梁線形調整，卸架
10	千斤頂	25噸	台	8	鋼箱梁線形調整
11	精密水準儀	索佳B1	台	2	鋼箱梁安裝，線形調整
12	全站儀	TCA1800，TCA2003	台	3	鋼箱梁安裝，線形調整

參考資料：

質量控制

《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》的質量控制要求如下：

• 工程質量控制標準

鋼箱梁施工質量執行《公路橋涵施工技術規範》JTJ 041-2000與《舟山大陸連島工程西堠門大橋專項質量檢驗評定標準》。鋼箱梁安裝允許偏差按表4執行。

表4 鋼箱梁安裝允許偏差表

序號	項目	允許偏差（毫米）	檢査頻率	檢驗方法
1	相鄰節段匹配高差	±2	每片梁	用鋼尺
2	箱梁段軸線偏差	±10		全站儀
3	吊點偏位	±30		用全站儀
4	同一梁段兩側對稱吊點處梁頂高差	±40		用水準儀

• 質量保證措施

1.起吊節段起吊高度經計算獲得，保證鋼箱梁繞索夾作鐘擺運動恰好盪移到安裝設計位置，計算時需考慮主纜在鋼箱梁重力作用下高程的變化。

2.支架頂面高程應低於主梁合攏線形減去梁高，保證千斤頂有足夠操作空間。

3.鋼箱梁起吊安裝過程應基本保持水平，這就要求提升系統兩吊點基本同步。採用以下措施：1）起弔卷揚機選用線速度恆定的摩擦式卷揚機；2）一個起吊點採用兩台卷揚機同步提升，保證鋼箱梁吊裝過程的平穩安全；3）通過精確測定鋼絲繩出入繩長度以反應吊點提升高度，間接來控制兩吊點的同步性。

4.用千斤頂進行線形調整時，應遵循同步、小量的原則，在夜間穩定時段測量（包括溫度與梁頂高程）、白天統一進行線形調整。

安全措施

採用《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.卷揚機式吊裝系統、臨時索夾、支架系統等主要承載構造均需進行詳細的計算分析、完成荷載試驗，保證鋼箱梁吊裝、存放的安全。

2.無索區鋼箱梁線形調整時，利用千斤頂群進行頂升或下降時，需進行全程監測，保證頂升的同步、小量，避免千斤頂不同步導致偏載引起安全事故。

3.建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業中的安全檢查，確保作業標準化、規範化。

4.針對起吊繩布線跨度較大的特點，全線派專人看護，防止意外發生。

5.沿海風環境對鋼箱梁安裝影響極大，在吊裝前應根據天氣預報保證在吊機設計規定風速下進行吊裝，同時若鋼箱梁安裝會穿越颱風期，存梁固定支架設計需考慮颱風荷載並制訂相應的防台預案。

環保措施

《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》的環保措施如下：

1.環境保護措施

採取措施控制施工現場的各種粉塵、廢水、廢氣、廢渣等對環境的污染和危害。

2.水土及生態環境的保護措施

工程完工後，及時徹底進行現場清理。對有害物質（如燃料、廢料、垃圾等），按規定處理後，運至監理工程師指定的地點進行掩埋，防止對動、植物造成損害。

3.水環境保護措施

施工船隻嚴禁向海域拋設和傾倒廢棄用品，必須排除施工船上所有設備的滴、冒、跑、漏，並配有應急的油污染收集設施和糞便收集裝置。機動船隻必須設有油水分離設備，燃油供應船配備應急的圍欄、消油劑等應急用具。

4.大氣環境保護及粉塵的防治

對施工道路和施工場地進行硬化，對施工現場和運輸道路經常進行灑水濕潤，減少揚塵。

效益分析

《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》的效益分析是：

1.該工法通過卷揚機式吊裝系統與盪移牽引系統安裝塔區鋼箱梁，是在懸索橋特殊梁段安裝和在特殊環境下樑段安裝方面，採用纜載吊機以外的施工手段，進行梁段架設的一次有益嘗試，豐富了懸索橋樑段架設的施工方法。

2.由於塔區梁段施工周期一般較長，在塔區設定卷揚機式吊裝系統取代纜載吊機完成塔區梁段的吊裝，節省了纜載吊機來回運行時間，減少了纜載吊機吊梁數量，總體上縮短大橋的架梁工期約1.5個月，節約工程成本450萬元以上。同時，卷揚機式吊裝系統的採用，更利於全橋統一和協調鋼箱梁安裝順序，滿足鋼箱梁颱風期吊裝的各種工況要求，減少颱風期架梁的施工風險，社會效益和經濟效益明顯。

3.該工法利用存梁固定支架與千斤頂群結合調整無索區鋼箱梁線形，不用纜載吊機輔助整體提升，占用纜載吊機占用時間，產生了良好的經濟效益。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》的套用實例如下：

浙江舟山大陸連島工程西堠門大橋，於2004年5月10日開工，2009年12月25日通車。大橋主橋為主跨1650米的兩跨連續漂浮體系的鋼箱梁懸索橋，跨徑布置為578米+1650米+485米，鋼箱梁連續總長為2224.2米，矢跨比1/10（圖5）。

圖5 西堠門大橋結構總體布置圖

全橋總計126個梁段：北邊跨標準梁段24個，中跨標準梁段84個，北邊跨合攏段1個，中跨合攏段2個，其餘特殊梁段15個。大橋樑鋼箱梁形式為扁平流線形分離式雙箱斷面，兩個封閉鋼箱梁橫橋向拉開6米距離（圖6）。鋼箱梁梁寬36.0米，梁高3.51米，鋼箱梁總長2224.2米，總重30379.7噸。鋼箱梁製造以節段為單元，設計採用18米標準吊索間距，標準梁段長18米。

圖6 西堠門大橋鋼箱梁標準斷面示意（尺寸單位∶毫米）

北塔塔區44號~49號共11個梁段採用卷揚機式吊裝系統結合牽引系統、固定支架進行安裝。其中44號、45號梁段3個梁段無吊索，46段梁有吊索，是全橋最重的鋼箱梁，其自重為360噸。無吊索梁段和有吊索梁段均採用一次盪移落梁。無吊索梁段最大盪移距離63.07米，最大盪移偏角達到24.5°。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《懸索橋卷揚機式吊裝系統鋼箱梁安裝施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。