大型鋼橋整體式架高移位方法

李輝

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200120）

0 引言

將軍澳大橋主跨自重10 512 t，采用整體安裝方式，因當(dāng)?shù)責(zé)o萬(wàn)噸以上的大型浮吊設(shè)備進(jìn)行吊裝，基于將軍澳大橋海上安裝高度的需要，在生產(chǎn)廠需將其放置在距地面約20 m高度的支撐架上進(jìn)行制造[1]，然后與支撐架一起整體滑移上船，并運(yùn)往安裝地點(diǎn)進(jìn)行浮托安裝[2]。

因支撐架高度高，為降低支撐架重量，節(jié)約成本，本次未將將軍澳大橋下的支撐架設(shè)計(jì)為整體連續(xù)式，而是設(shè)計(jì)成分體結(jié)構(gòu)，僅在大橋的首尾兩端設(shè)置了兩段支撐架，兩段支撐架總重約1 500 t。將軍澳大橋主跨架設(shè)在支撐架上，見(jiàn)圖1。

圖1 大橋主跨架高整體滑移上船總圖Fig.1 General drawing of high sliding the main span of the large bridge onto the ship in integral

將軍澳大橋主跨在支撐架上合龍完工后，與支撐架上方固定，然后連同支撐架一起整體滑移[3]上船。將軍澳大橋與支撐架一起從碼頭上滑移上船時(shí)，為應(yīng)付突發(fā)故障，除牽引系統(tǒng)外，還設(shè)置了回拉系統(tǒng)，以備遇故障時(shí)往后回拉。大橋主跨和支撐架整體滑移時(shí)最大阻力達(dá)1 200 t，因碼頭及設(shè)備關(guān)系，本次牽引及回拉拖曳點(diǎn)均設(shè)置在海側(cè)支撐架上。在牽引時(shí)，海側(cè)支撐架拉著大橋主跨及陸側(cè)支撐架一起往前滑動(dòng)，在回拉時(shí)，海側(cè)支撐架則是推著大橋主跨及陸側(cè)支撐架一起往后滑動(dòng)。在支撐架滑移過(guò)程中，為防止將軍澳大橋自身及大橋與支撐架頂部連接處局部結(jié)構(gòu)被破壞，在兩支撐架間需設(shè)置一個(gè)重量輕便的連接架將其連接成一個(gè)整體，使之同時(shí)能滿(mǎn)足受拉和受壓工況。為此，從節(jié)約重量及保障架高滑移安全出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套連接架裝置及約束方法，克服了細(xì)長(zhǎng)桿受壓穩(wěn)定性[4]不足的問(wèn)題，最大限度地在降低材料用量的基礎(chǔ)上達(dá)到了最大的受力荷載，成功地將連接架的總重降到了連續(xù)式支撐架形式重量的十分之一。

鋼橋重量重，需用4點(diǎn)牽引，鋼橋長(zhǎng)度214 m，寬度僅35.8 m，為細(xì)長(zhǎng)形，不利于滑移控制，將鋼橋從后場(chǎng)向運(yùn)輸船牽引的過(guò)程中，極易因左右側(cè)牽引不同步而造成產(chǎn)品的偏斜及與滑道擋板的摩擦或卡死。為應(yīng)對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)的貨物偏斜狀況及實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步牽引，設(shè)計(jì)了一套糾偏裝置和多點(diǎn)協(xié)同牽引、糾偏方法，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品在滑移過(guò)程中的糾偏和多點(diǎn)牽引力的均勻、同步。

目前國(guó)內(nèi)外尚未有通過(guò)兩段獨(dú)立式支撐架牽引橋梁上船技術(shù)的運(yùn)用，該項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在自重超萬(wàn)噸的大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁移位領(lǐng)域的空白。

1 技術(shù)內(nèi)容

1.1 滑移海陸側(cè)連接架裝置及約束方法

將軍澳大橋主跨在制造廠總裝時(shí)，在碼頭上的2個(gè)支撐架上架高20 m，制造完工后，需通過(guò)牽引系統(tǒng)將其連同支撐架一起從碼頭直接滑移[5]到運(yùn)輸船上。但在滑移過(guò)程中，兩段支撐架是各自獨(dú)立的，由于場(chǎng)地及設(shè)備限制，拖曳點(diǎn)僅能設(shè)置在海側(cè)支撐架上。在進(jìn)行牽引或回拉時(shí)，若兩段支撐架間不連接，僅靠將軍澳大橋主跨來(lái)拖動(dòng)或推動(dòng)另一支撐架移動(dòng)，大橋主跨與支撐架上部連接處將會(huì)受到很大的荷載而導(dǎo)致破壞。需將海陸側(cè)支撐架通過(guò)連接裝置連成一個(gè)整體，使滑移過(guò)程中支撐架的阻力通過(guò)連接架進(jìn)行傳遞，為此，設(shè)計(jì)了一套滑移時(shí)的海陸側(cè)連接架裝置。

將軍澳大橋主跨連同兩段支撐架總重約1.2萬(wàn)t，滑移過(guò)程中的最大拉力（壓力）約為1 200 t，如此大的拉力（壓力）需通過(guò)海陸側(cè)連接架在兩段支撐架間進(jìn)行傳遞。

本技術(shù)的原理：滑移過(guò)程中，在海陸側(cè)支撐架之間設(shè)置連接架，滑移時(shí)作用于海側(cè)支撐架上的牽引力（拉力或壓力）[6]通過(guò)連接架傳遞到陸側(cè)支撐架上，拉動(dòng)陸側(cè)支撐架前進(jìn)或推動(dòng)陸側(cè)支撐架后退，見(jiàn)圖2。

圖2 海陸側(cè)連接架總布置圖（mm）Fig.2 Layout for sea and land side connecting frame（mm)

連接架長(zhǎng)度55.7 m，寬度30 m，滑移最大阻力1 200 t，若不采取措施進(jìn)行控制，支撐架將制作得非常龐大，會(huì)耗費(fèi)大量原材料，為此，針對(duì)連接架受擠壓變形的最薄弱處，采取了如下措施：

1）在連接架中部擠壓變形最大處設(shè)計(jì)了具有一定自重的連接支座，連接支座既可通過(guò)自重阻止連接架受擠壓時(shí)向上發(fā)生位移形變，又可起到中轉(zhuǎn)作用，方便與各縱向、橫向管件連接，降低管件的現(xiàn)場(chǎng)安裝難度。

2）在連接支座下方設(shè)置滑板梁，通過(guò)滑板梁上的斜楔木方來(lái)調(diào)整連接支座底面高度并對(duì)連接支座進(jìn)行支撐。連接支座可通過(guò)滑板梁在滑道上滑移；滑道固定在碼頭上，能有效地阻止連接支架受擠壓時(shí)發(fā)生向下位移變形。

3）連接座的首尾設(shè)有固定座、中間設(shè)有固定板，與其下的滑板梁構(gòu)成一個(gè)剛性整體。滑道用馬板固定在碼頭上，滑道兩邊設(shè)有擋板。在滑移過(guò)程中，滑道擋板可對(duì)與連接支座構(gòu)成整體的滑板梁在水平方向上的位移進(jìn)行有效地約束。

4）連接支座設(shè)計(jì)成具有一定長(zhǎng)度，與兩組橫向連接管在首尾連接，可保持連接支座在滑移過(guò)程中的受力穩(wěn)定，使之不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)消除連接架對(duì)斜管的需求，降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度。

通過(guò)以上方法，對(duì)連接支座各個(gè)方向進(jìn)行有效地位移約束，大大加強(qiáng)了連接架的軸心抗壓[7]能力，節(jié)約了施工成本，極大減少了人工、設(shè)備和材料的投入。

1.2 滑移糾偏裝置及多點(diǎn)協(xié)同牽引、糾偏方法

為解決大型鋼構(gòu)產(chǎn)品滑移時(shí)的糾偏及多點(diǎn)協(xié)同牽引問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套糾偏裝置及多點(diǎn)協(xié)同牽引、糾偏方法，以供滑移過(guò)程中調(diào)節(jié)貨物姿態(tài)及協(xié)同多點(diǎn)均勻牽引。

在滑板梁上，設(shè)置糾偏裝置[8]，在滑移過(guò)程中，糾偏裝置與滑道擋板配合，使貨物能順利滑移。同時(shí)，在發(fā)生偏斜及卡頓時(shí)，可通過(guò)牽引系統(tǒng)對(duì)角斜拉的方式，調(diào)整貨物的姿態(tài)。對(duì)于貨物重量重，需要多點(diǎn)牽引的狀況（大于兩點(diǎn)），將牽引系統(tǒng)按左、右側(cè)分別串聯(lián)成一體，既保證了每側(cè)鋼絲繩受力的一致，又可方便實(shí)現(xiàn)牽引過(guò)程中的多點(diǎn)同步牽引。

2 實(shí)施方式

2.1 滑移海陸側(cè)連接架裝置

海陸側(cè)連接架主要由滑道、滑板梁、固定座、固定板、連接支座、連接管、肘板、馬板等8部分組成，見(jiàn)圖3。

圖3 連接支座處限位約束圖Fig.3 Limit constraint diagram at connecting support

海陸側(cè)連接架作為一個(gè)整體承受著滑移過(guò)程中海側(cè)支撐架對(duì)陸側(cè)支撐架的拉力和推力。海陸側(cè)連接架的連接支座既起到對(duì)縱向和橫向連接管的連接作用，又起到對(duì)連接架受擠壓變形時(shí)的約束作用?；辶簩?duì)連接支架起承載作用，可以托著連接支架一起在滑道上滑移?；朗谴髽蛑骺缁频妮d體，不僅可供海陸側(cè)支撐架、連接支座滑移及約束連接支座向下變形，又可通過(guò)其兩側(cè)的擋板對(duì)連接支座進(jìn)行水平約束。固定座和固定板負(fù)責(zé)連接支座與其下滑板梁的固定，使連接支座上的力能傳遞到滑板梁上。斜楔木方用于調(diào)節(jié)連接支座底面高度及對(duì)其進(jìn)行承壓。馬板用于將滑道固定在碼頭面上，使滑道在承受連接支座的擠壓時(shí)不會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。現(xiàn)結(jié)合圖2、圖3對(duì)本方案的具體實(shí)施方式說(shuō)明如下：

1）準(zhǔn)備滑移前，在碼頭上鋪設(shè)3排滑道，滑道與碼頭之間用馬板固定；

2）在連接支座底部位置的滑道上按圖鋪設(shè)滑板梁，調(diào)節(jié)滑板梁中心線與滑道中心線重合；

3）海陸側(cè)支撐架撤墩，將其自重和其上的大橋主跨重量傳遞到下方滑道上；

4）安裝海陸側(cè)連接架的連接支座，連接支座與滑板梁之間加墊斜楔木方，將連接支座底面高度調(diào)節(jié)至與海陸側(cè)支撐架底面水平；

5）根據(jù)連接支座與滑板梁的實(shí)際間隙放樣，安裝固定座及固定板，將連接支座與滑板梁連成一個(gè)剛性整體；

6）安裝縱向連接管及橫向連接管，管端用肘板與結(jié)構(gòu)件內(nèi)部筋板對(duì)筋；

7）通過(guò)海陸側(cè)連接架，海側(cè)支撐架拉著或推著陸側(cè)支撐架一起滑移。

2.2 滑移糾偏裝置及多點(diǎn)協(xié)同牽引、糾偏方法

滑移糾偏裝置及多點(diǎn)協(xié)同牽引系統(tǒng)主要由糾偏輪、糾偏擋塊、滑車(chē)組、鋼絲繩、導(dǎo)向滑輪、測(cè)力器等6部分組成，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 多點(diǎn)牽引出繩圖Fig.4 Layout for multiple point traction

圖5 糾偏裝置安裝圖Fig.5 Installation for deviation correction device

糾偏輪、糾偏擋塊均安裝在滑板梁組的首尾端，在產(chǎn)品滑移過(guò)程中發(fā)生偏斜時(shí)，滑移糾偏裝置先跟滑道梁兩側(cè)擋板接觸，起到限位作用，防止發(fā)生更大的偏移；糾偏輪為滾輪結(jié)構(gòu)，與擋板間發(fā)生較小的偏斜時(shí)可通過(guò)糾偏輪糾偏并且不增加額外的牽引阻力。糾偏擋塊為圓弧形順滑結(jié)構(gòu)，與滑道擋板接觸時(shí)可減少滑動(dòng)摩擦，其本身又具有一定的剛度，可在發(fā)生較大擠壓時(shí)起到糾偏作用。滑輪組鋼絲繩分左、右串聯(lián)在一起，中間安裝測(cè)力器，在牽引時(shí)可保證串聯(lián)的兩組鋼絲繩受力一致，將多點(diǎn)牽引簡(jiǎn)化成左、右兩點(diǎn)牽引，便于現(xiàn)場(chǎng)控制；需要用鋼絲繩進(jìn)行糾偏調(diào)節(jié)時(shí)，如圖4所示，由于貨物重心居中，通過(guò)同時(shí)牽引貨物左前和右后（右前和左后停止?fàn)恳┑姆绞?，可方便地調(diào)節(jié)貨物的滑移方向，使其在發(fā)生向左邊偏斜時(shí)對(duì)其往右邊進(jìn)行回正。測(cè)力器用于測(cè)量每組串聯(lián)鋼絲繩的拉力，保證其在牽引過(guò)程中不超出最大許用值。導(dǎo)向滑輪則用于改變鋼絲繩出繩方向，便于兩組滑車(chē)上的出繩鋼絲繩進(jìn)行串聯(lián)。

現(xiàn)結(jié)合圖4、圖5對(duì)本方案的具體實(shí)施方式說(shuō)明如下：

1）對(duì)于大重量貨物，準(zhǔn)備滑移前，在碼頭上及船上連接牽引及回拉鋼絲繩滑車(chē)組，按左、右側(cè)分別將牽引滑車(chē)和回拉滑車(chē)鋼絲繩兩兩串聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步牽引及保證鋼絲繩受力均勻。在貨物滑移過(guò)程中發(fā)生偏斜時(shí)，可通過(guò)對(duì)角斜拉的方式對(duì)貨物姿態(tài)進(jìn)行回正；

2）在兩側(cè)滑板梁組的首、尾位置安裝糾偏輪和糾偏擋塊等糾偏裝置，與滑道梁兩側(cè)的擋板配合，在貨物滑移過(guò)程中發(fā)生偏斜時(shí)，糾偏裝置首先與滑道擋板接觸，對(duì)貨物進(jìn)行限位，防止偏斜。

3 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

3.1 滑移海陸側(cè)連接架裝置

1）在重量超萬(wàn)噸的大橋主跨通過(guò)支撐架架高滑移時(shí)，不用將支撐架制成整體，僅需大跨度設(shè)置兩段獨(dú)立的支撐架，然后運(yùn)用海陸側(cè)連接架進(jìn)行連接，即可實(shí)現(xiàn)大橋主跨與支撐架的架高整體滑移上船，節(jié)約了大量的支撐架制造成本；

2）海陸側(cè)連接架裝、拆方便，僅需在大橋主跨滑移前幾天進(jìn)行安裝，上船后可快速拆除，而不需要主跨制作時(shí)安裝，減少了連接架對(duì)碼頭、船舶空間資源的占用及場(chǎng)地通道的堵塞，方便了人員和設(shè)備的進(jìn)出，將其對(duì)施工的影響降到最低；

3）運(yùn)用海陸側(cè)連接架將支撐架底部連成整體，將滑移過(guò)程中所受的拉力及壓力轉(zhuǎn)化成連接架的內(nèi)力，避免對(duì)大橋主跨自身及其與支撐架上部連接處局部結(jié)構(gòu)的破壞，很好地保護(hù)了產(chǎn)品；

4）采用海陸側(cè)連接架后，使得大橋主跨與支撐架整體滑移上船時(shí)既可往前牽引，在遇故障時(shí)又能往后回拉，大大增加了大橋主跨與支撐架架高整體滑移上船過(guò)程的安全性；

5）對(duì)連接架在結(jié)構(gòu)上做了最大的優(yōu)化，僅運(yùn)用直管與插板，現(xiàn)場(chǎng)施工方便，最大限度保證了材料的完好性，使其在項(xiàng)目完工后還能最大程度地在其它項(xiàng)目中被再利用；

6）在連接架最薄弱的中間部位設(shè)計(jì)了連接支座，并采取措施，對(duì)其在各個(gè)方向上的位移進(jìn)行約束，大大提高了連接架的軸心受壓能力。

3.2 滑移糾偏裝置及多點(diǎn)協(xié)同牽引、糾偏方法

1）采用糾偏裝置配合滑道擋板，可限制貨物的偏移，保證貨物按直線運(yùn)行；

2）糾偏裝置安裝方便，可直接固定在特定的滑板梁上，且用后不需拆除，可以反復(fù)使用，易于保養(yǎng)，后期維護(hù)成本低；

3）設(shè)置牽引及回拉機(jī)構(gòu)，貨物整體滑移上船時(shí)可往前牽引，在遇故障時(shí)又能往后回拉，增加了滑移上船過(guò)程的安全性；配合鋼絲繩對(duì)角斜拉，可調(diào)整貨物的姿態(tài)，保證貨物按直線運(yùn)行；

4）對(duì)于需多點(diǎn)牽引的狀況，通過(guò)導(dǎo)向?qū)⒉煌?chē)組的鋼絲繩串聯(lián)成整體，使不同牽引點(diǎn)的鋼絲繩受力一致，確保了牽引過(guò)程中的安全性，杜絕了單點(diǎn)受力過(guò)大情況的發(fā)生，在采用鋼絲繩對(duì)角斜拉來(lái)實(shí)現(xiàn)糾偏時(shí)也更加容易控制；

5）可適用不同種類(lèi)、重量的大型海工、鋼構(gòu)產(chǎn)品的滑移。

4 結(jié)語(yǔ)

本技術(shù)是為將軍澳大橋項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的，將軍澳大橋?yàn)閲?guó)內(nèi)首次采用浮托技術(shù)進(jìn)行的大型鋼橋整體海上安裝項(xiàng)目。通過(guò)本技術(shù)使得橋梁不需要借助浮吊吊裝安裝，而是可以整體滑移到運(yùn)輸船上然后浮托安裝，節(jié)省了大量的現(xiàn)場(chǎng)浮吊安裝費(fèi)用，效益巨大。

一種大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁移位用的連接架裝置及其使用方法及海工滑移糾偏裝置、系統(tǒng)及糾偏方法為振華重工首創(chuàng)，本技術(shù)已申請(qǐng)中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專(zhuān)利，其中一項(xiàng)已獲批，專(zhuān)利號(hào)：ZL 202120077875.7。本新型方法改變了傳統(tǒng)鋼橋安裝方法成本高、風(fēng)險(xiǎn)大、特種抬高船船期不可控的特點(diǎn)，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。