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      水上特大型鋼沉井整節(jié)段拼裝和接高施工技術(shù)

      2013-09-05 05:08:30王立忠
      鐵道建筑 2013年1期
      關(guān)鍵詞:塊段沉井節(jié)段

      王立忠

      (中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司,江蘇南京 210015)

      1 工程概況

      銅陵公鐵兩用長江大橋橋跨布置為(90+240+630+240+90)m的五跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋。斜拉橋主塔墩基礎(chǔ)為3#和4#主墩,其中3#主墩采用圓端形沉井基礎(chǔ)[1],下端平面尺寸62.4 m×38.4 m,頂端平面尺寸64 m×40m,沉井總高度68 m,上部為18 m高鋼筋混凝土沉井,下部為50m高鋼沉井。鋼沉井沿高度方向分6節(jié),從下往上每節(jié)高(9.5+4×7.5+10.5)m。平面上分為16個塊單元,鋼沉井總重5 381.76 t,最大單節(jié)吊裝重量為1 050 t。鋼沉井結(jié)構(gòu)詳見圖1。

      2 水文地質(zhì)情況

      橋位所在河道屬于感潮河段,水位受長江徑流與潮汐雙重影響,主要受長江徑流控制。10年一遇洪水水位為11.55m,流速2.5m/s;20年一遇洪水水位12.01 m,流速2.66 m/s。施工期間最高水位為11.3 m,最大水深超過40m,最大流速2.8 m/s。

      3#主墩墩位覆蓋層厚約42 m,自上而下依次為厚約8.2 m的粉砂層、厚約13.7 m的細(xì)圓礫土層(局部為礫砂)、5.6 m的粉質(zhì)黏土層(局部夾雜)、14.1 m的細(xì)圓礫土層。基巖為強風(fēng)化砂質(zhì)泥巖和微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。

      3 3#主墩鋼沉井制造與拼裝施工技術(shù)難點

      全橋施工工期緊,3#主墩鋼沉井制造、接高耗費時間對全橋施工進(jìn)度具有重要影響;3#墩鋼沉井平面尺寸大,制造精度控制要求高;分節(jié)重量大,吊裝難度大。墩位處水深、流急,鋼沉井施工條件復(fù)雜,施工難度大。

      4 鋼沉井整節(jié)段工廠制造和運輸

      4.1 鋼沉井制造總體規(guī)劃

      每節(jié)鋼沉井平面分為16個塊單元,詳見圖2。鋼沉井節(jié)段制造場地位于南通某造船廠鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi),片單元制造及塊單元組拼均在廠區(qū)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)加工車間及鋼結(jié)構(gòu)加工平臺進(jìn)行。塊單元分塊重量在50~70 t之間,制造完成后由150 t平板運輸車運輸至碼頭區(qū)。碼頭區(qū)組拼平臺可一次組拼兩個鋼沉井節(jié)段,完成后由1 200 t浮吊整體起吊裝船運輸至橋址。

      4.2 鋼沉井節(jié)段制造

      鋼沉井工廠制造主要分為3個階段:桁片單元件制作、驗收;塊單元制作、驗收、水密性試驗;鋼沉井節(jié)段整體組拼、焊接、驗收、水密性試驗。

      桁片單元根據(jù)設(shè)計圖進(jìn)行放樣,零件加工考慮采用精密切割、仿形切割、數(shù)控自動切割、等離子切割等方法,焊接在專用鋼結(jié)構(gòu)加工平臺上進(jìn)行。

      塊單元采用以鋼沉井井壁外殼板為基面,在正切胎架上臥造的方法組焊加工。

      鋼沉井塊段組拼場地在碼頭區(qū)組拼平臺,組拼原則為先中間后四周,先隔墻塊段后井壁塊段的方式進(jìn)行[2]。首先安裝定位及支撐胎架,然后吊裝鋼沉井中心塊段,進(jìn)行縱橫向及高度方向定位調(diào)整,以后以此塊段作為定位基準(zhǔn)段,再向四周拼裝其它塊段[3]。

      鋼沉井塊段組拼所采取主要技術(shù)措施如下:

      1)鋼沉井塊段組拼采用支柱式全模板胎架,支柱采用型鋼桁架,模板采用鋼板,根據(jù)沉井外形尺寸設(shè)置,并精確放出胎架地輔線,以保證塊段定位及拼裝準(zhǔn)確。

      圖1 鋼沉井結(jié)構(gòu)(單位:cm,標(biāo)高:m)

      圖2 沉井平面單元劃分(單位:cm)

      2)定位塊段吊上胎架基本就位后,用不少于4根扁鋼花籃螺絲將塊段與地面鎖定,微調(diào)后使塊段上的井壁外殼、橋中心線與胎架地輔線吻合。

      3)拼接塊段吊裝就位后,胎架上微調(diào)使其井壁外殼板盡量與胎架地輔線吻合,隔墻中心線與相關(guān)地輔線平行。將塊段初步定位固定,測出其平行間距,并據(jù)此決定兩分段接縫處的余量,劃出余量切割線,切割余量,開好焊接坡口并打磨后,解除對塊段的約束,對此分段進(jìn)行二次定位,將塊段接縫交付焊接[4]。

      4)塊段拼裝完成后,根據(jù)胎架地輔線,用激光經(jīng)緯儀在頂面桁架上和井壁外殼板上劃出橋梁中心線和半圓直徑線,為后續(xù)施工現(xiàn)場整節(jié)段接高拼裝提供精確定位依據(jù)。

      4.3 鋼沉井節(jié)段整體起裝裝船

      1)吊裝設(shè)備

      鋼沉井節(jié)段組拼完成后,進(jìn)行整節(jié)段起吊裝船作業(yè),組拼場地位于工廠碼頭區(qū),采用吊重參數(shù)均滿足起重和1 200 t浮吊作為鋼沉井吊裝設(shè)備的場地要求。

      2)吊耳設(shè)計

      鋼沉井節(jié)段最大重量1 050 t,起吊吊點設(shè)置在井壁中間兩道隔墻上,每道隔墻上布置4個,共8個,沿沉井中心線對稱布置。單個吊耳按受力175 t設(shè)計。吊耳布置在隔墻井壁隔艙板一側(cè),并充分利用隔艙板剛度。吊耳板焊接在隔墻井壁壁板上,沿斜吊角度設(shè)置,為防止壁板發(fā)生變形,在壁板外側(cè)貼板加強,并采用設(shè)置對撐φ600鋼管支撐的方式抵消因斜吊產(chǎn)生的水平力。

      3)起吊作業(yè)

      鋼沉井節(jié)段運輸駁船進(jìn)入預(yù)定位置后,浮吊在碼頭前水域拋錨定位,定位完成后,調(diào)整船位至吊裝半徑以內(nèi),松鉤將鋼索具連接鋼沉井的各吊耳,調(diào)整垂直度起鉤,調(diào)整全船的錨位慢慢松鉤至吊裝要求。鋼沉井節(jié)段起吊離位100mm時,在主鉤上進(jìn)行二次剎車。無異常情況后,浮吊進(jìn)行起升作業(yè)將鋼沉井吊起至預(yù)定高度,剎車使其靜止懸掛。鋼沉井吊離原地的時候,剎車應(yīng)保證鋼沉井的水平以及平衡。調(diào)整后的浮吊船位應(yīng)與駁船呈“T”字形形態(tài)。定位完成后浮吊進(jìn)行前后移動操作,使浮吊平穩(wěn)地移至鋼沉井需擺放位置,前后調(diào)整錨纜使處于懸掛狀態(tài)的鋼沉井對準(zhǔn)運輸駁船擺放,然后進(jìn)行綁扎固定。

      4.4 鋼沉井整節(jié)段運輸

      1)運輸設(shè)備

      根據(jù)鋼沉井節(jié)段尺寸及噸位,采用一艘海駁配兩艘2 000 hp拖輪及一艘960 hp拖輪進(jìn)行運輸。海駁船體長98 m、寬32 m、深7.5m,滿載吃水5.2 m,載重噸位為12 800 t。

      2)航運線路

      鋼沉井整節(jié)段運輸需從南通沿長江航線上行至銅陵橋址,總航程約450 km,沿途需經(jīng)過江陰、鎮(zhèn)江、南京、馬鞍山和荻港等地區(qū)。

      3)鋼沉井整節(jié)段運輸主要技術(shù)措施

      鋼沉井與駁船甲板以及兩節(jié)鋼沉井之間設(shè)置墊墩,并通過設(shè)置鋼絲纜風(fēng)繩和松緊螺栓與甲板緊固以保證運輸過程安全。開航前,應(yīng)對船舶狀態(tài)和設(shè)備進(jìn)行全面檢查,對船舶裝載后的航行穩(wěn)定性進(jìn)行計算。航行中要保持聯(lián)系暢通,航行頻道要不間斷守聽。充分利用船只裝有的設(shè)備,在夜間或霧中航行,必須開啟雷達(dá)電子海圖、AIS等設(shè)備。

      5 鋼沉井整節(jié)段起吊拼裝和接高

      5.1 第一節(jié)鋼沉井起吊

      第一、第二節(jié)鋼沉井運輸至工地后,準(zhǔn)備第一節(jié)鋼沉井整體起吊作業(yè)。吊裝前穿掛遠(yuǎn)近共8個吊點的吊裝鋼絲繩,檢查吊船各相關(guān)設(shè)備完好情況。在鋼沉井吊裝時,1 200 t浮吊在橫水流方向,運輸船南側(cè)進(jìn)行起吊作業(yè)。準(zhǔn)備工作就位后吊船對位,鋼絲繩掛鉤,緩慢起吊,整體將鋼沉井吊離運輸船。浮吊提吊鋼沉井至設(shè)計位置下放,使鋼沉井入水自浮,拖輪幫靠穩(wěn)定后解除吊裝鋼絲繩,準(zhǔn)備定位。

      5.2 第一節(jié)鋼沉井錨碇定位

      第一節(jié)鋼沉井下水前先進(jìn)行鋼沉井錨碇系統(tǒng)施工,入水后由拖輪幫靠穩(wěn)定住鋼沉井,然后將拉纜及邊錨錨繩由臨時工作船移至鋼沉井相應(yīng)固定座上,絞錨定位鋼沉井,鋼沉井定位于墩位處[5]。

      5.3 第二至第六節(jié)鋼沉井整體接高

      第一節(jié)鋼沉井臨時錨碇定位完成后,后續(xù)節(jié)段鋼沉井由1 200 t浮吊整體吊離運輸船進(jìn)行定位接高。

      1)接高測量

      接高全程進(jìn)行測量控制,重點是沉井各節(jié)段共線度的控制,保證沉井接頭不出現(xiàn)折角和錯臺。通過在每節(jié)沉井壁上標(biāo)示的共線鐵板來控制,用紅外線激光標(biāo)點儀檢查鐵板是否共線,用檢定鋼尺測量尺寸復(fù)核。每節(jié)拼裝好后做好竣工檢查,做好記錄并繪制每節(jié)軸線偏差圖,在頂節(jié)標(biāo)定軸線點時參考下面各節(jié)的軸線偏差圖。每節(jié)拼裝完成后,需在沉井壁上引測結(jié)構(gòu)水平線。

      2)沉井調(diào)平

      接高施工前需對已定位鋼沉井進(jìn)行調(diào)平。采用部分隔艙壓水的方法進(jìn)行調(diào)平,在達(dá)到調(diào)平目的的同時還可以降低沉井重心,減少晃動,方便后續(xù)對位接高。

      3)接高對位

      接高時先將節(jié)段上帶有的定位銷與限位板初步對位,然后根據(jù)定位基準(zhǔn)線,對上下節(jié)段的橋中心線以及水平200mm對合線進(jìn)行微調(diào),完全吻合后,固定吊裝節(jié)段。同時對鋼沉井的中心線及標(biāo)高進(jìn)行測量,經(jīng)檢驗合格后進(jìn)行接縫定位焊接。上下沉井單元接高錯邊量要求<2 mm。為調(diào)整鋼沉井節(jié)段與節(jié)段之間隔艙板對接時的偏差,在每一節(jié)段的隔艙板上口加裝焊120mm寬的面板。

      4)環(huán)縫焊接

      鋼沉井精確對位后進(jìn)行環(huán)縫施焊,焊接采用CO2氣體保護(hù)焊接。CO2氣體保護(hù)焊滿足防風(fēng)、防雨條件,焊絲和焊條采用CX-71,焊條直徑φ1.2,CO2氣體純度>99.5%。電壓控制在27~28 V,電流210~270 A,焊接速度30~33 m/h,氣體流量10~15 L/min。焊接需連續(xù)完成,過程中不中斷。焊接時嚴(yán)格按設(shè)計圖施焊并配備足夠的施焊人員及設(shè)備。焊縫完成外觀檢驗合格后,用真空法檢驗現(xiàn)場焊縫的水密性。焊縫檢驗合格后方可吊裝接高下一節(jié)段。

      鋼沉井接高時在下節(jié)鋼沉井頂口以下1.00m處設(shè)置1.25m高簡易挑架,方便焊接設(shè)備擺放及人員通行。直線段挑架沿沉井外輪廓每1.90m布置一道,圓弧段每0.80~0.90m布置一道。

      5)止擺措施

      為減小接高過程中的沉井?dāng)[幅,第二節(jié)沉井接高完成后增設(shè)4根拉纜、4根邊錨,第四節(jié)沉井接高完成后增設(shè)4根拉纜,并將邊錨錨繩上倒至第四節(jié),第六節(jié)沉井接高完成后將部分拉纜及邊錨錨繩上倒[6]。

      第三至六節(jié)段鋼沉井分兩個批次運抵工地后均由1 200 t浮吊按照上述方法整體接高(見圖3)。鋼沉井接高完成后進(jìn)行精確定位,井壁內(nèi)對稱、均勻、快速注水使鋼沉井迅速著床。

      圖3 鋼沉井整節(jié)段接高吊裝示意(單位:cm)

      6 結(jié)語

      銅陵公鐵兩用長江大橋3#墩鋼沉井制造與拼裝施工采用工廠整節(jié)段制造整拼接高技術(shù)方案,從第一節(jié)鋼沉井起吊下水到第六節(jié)鋼沉井接高完成僅用了2個月時間。該方案的優(yōu)點是:鋼沉井所有鋼構(gòu)件從制造到整節(jié)段的組拼全部在工廠內(nèi)完成,充分利用工廠固有資源,解決了沒有現(xiàn)場制造、組拼場地,機具設(shè)備配備以及電力供應(yīng)不足,制造精度低的難題,簡化了工序,有效地減少了現(xiàn)場安裝的工作量,節(jié)約了工期和成本,確保了安全和質(zhì)量。工廠整節(jié)段制造整拼接高方案在銅陵長江大橋3#墩鋼沉井施工中的成功應(yīng)用,豐富了鋼沉井整節(jié)段制造接高的理論,提高了實踐水平。該施工技術(shù)可為我國特大型橋梁深水基礎(chǔ)施工提供一些借鑒。

      [1]中華人民共和國鐵道部.TB 10203—2002 鐵路橋涵施工規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2002.

      [2]邱瓊海,林國雄.泰州長江公路大橋特大型鋼沉井制造、拼裝和混凝土沉井接高施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2009(9):50-53.

      [3]彭武,林帆,趙強,等.超大型薄壁沉井鋼殼加工和精度控制[J].中國工程科學(xué),2010,12(4):21-24.

      [4]蔣能世,許國亮,馮斌,等.南京長江第四大橋北錨碇沉井鋼殼制作及拼裝技術(shù)[J].公路,2010(6):16-19.

      [5]葉建良.泰州長江大橋中塔鋼沉井的浮運、定位與著床[J].公路,2008(12):99-104.

      [6]楊新魁,王林.泰州長江公路大橋中塔大型沉井定位施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2009,38(1):34-36.

      [7]劉錫斌.湘桂線湘江1號特大橋水中基礎(chǔ)沉井圍堰施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2011(9):5-7.

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