虎門二橋懸索橋淺灘區(qū)鋼箱梁吊裝施工關鍵技術

朱小金， 武尚偉， 王博， 郭雷剛， 杜海峰

(中交二公局第五工程有限公司， 陜西 西安 710065)

1 工程概況

虎門二橋于廣州市南沙區(qū)東涌鎮(zhèn)與廣州市南二環(huán)段對接，沿線跨越珠江大沙水道、海鷗島、珠江坭洲水道，于東莞市沙田鎮(zhèn)與廣深沿江高速公路連接。主線全線均為橋梁工程，總長度12.891 km，包括兩座懸索橋——主跨1 200 m的大沙水道橋和主跨1 688 m的坭洲水道橋，采用雙向八車道的高速公路標準，設計速度100 km/h，橋梁寬度40.5 m。

主跨1 200 m的大沙水道橋為雙塔單跨懸索橋，跨徑布置為(360+1 200+480) m，矢跨比為1∶9.5。主纜橫橋向中心間距42.1 m，吊索順橋向標準間距12.8 m。全橋共有鋼箱梁段94榀，標準節(jié)88片，最長梁段為E類，重量347.6 t。大沙水道橋主橋布置見圖1，鋼箱梁標準斷面見圖2，鋼箱梁工程概況見表1。

圖1 大沙水道橋主橋布置圖(除標高單位為m外，其余單位:mm)

圖2 鋼箱梁標準橫斷面(單位：mm)

表1 鋼箱梁工程概況

注：梁段編號：T1、Z1～Z92、T2。

2 水文航道資料

項目范圍內主要河流為珠江口的大沙(浮蓮崗)水道，河面寬廣呈喇叭形，水系發(fā)達，河網(wǎng)密布，水量大，逕流量變幅大；水道為潮汐水道，既受徑流作用，又受潮汐影響。珠江口為潮差<2.9 m的弱潮河口，潮水頂托強弱隨徑流量大小而變化；潮汐為不規(guī)則半日潮，在一個太陽日內兩漲兩落，且兩次高、低潮位和潮差各不相同，漲落潮歷時亦不相等。根據(jù)施工期間的觀測，水位一般在-0.5～+2 m之間。最高通航水位+3.124 m，最低通航水位-0.700 m(國家85高程)，通航凈空尺度：單孔雙向通航1 114 m×49 m。

3 鋼箱梁安裝

3.1 鋼箱梁總體安裝方案

鋼箱梁采用跨纜吊機按照從跨中向塔柱方向的順序依次對稱安裝，先安裝Z46、Z47梁段。根據(jù)水深實測情況及現(xiàn)場環(huán)境，為確保能垂直起吊安裝合龍段，確定Z4和Z89梁段為合龍段。鋼箱梁垂直起吊如圖3、4所示。

圖3 跨纜吊機吊裝鋼箱梁橫斷面示意圖

圖4 跨纜吊機吊裝鋼箱梁縱斷面示意圖

根據(jù)現(xiàn)場實測河床標高，西塔處的無吊索梁段(梁段編號T1)、1#～3#吊索梁段、91#～92#吊索梁段和東塔處的無吊索梁段(梁段編號T2)位于淺灘區(qū)(圖5)，無法采用跨纜吊機垂直起吊安裝。

圖5 淺灘區(qū)梁段分布(單位：mm)

根據(jù)常規(guī)工法，淺灘區(qū)鋼箱梁施工時，需要將棧橋搭設至運輸船舶就位處，由浮吊或跨纜吊機提升梁段至棧橋移位器上，由卷揚機水平牽拉至起吊位置，跨纜吊機行走至起吊位置垂直起吊鋼箱梁。該工法投入大，周期長，對航道影響大。

為減少鋼箱梁安裝對航道的影響，該項目創(chuàng)新性地采用蕩移法對淺灘區(qū)梁段進行安裝。

3.2 鋼箱梁蕩移施工流程

蕩移分兩種情況：吊索蕩移和牽引蕩移。吊索蕩移即跨纜吊機提升梁段至蕩移高度后，牽拉其他梁段的吊索與吊機吊具相連，通過跨纜吊機的主動加載或卸載而引導吊索的卸載或加載，從而實現(xiàn)梁段由起吊位置向安裝位置移動，到達安裝位置后，將梁段對應吊索與該梁段連接完成或將梁段放置在支撐支架上，完成該梁段的蕩移施工。牽引蕩移即跨纜吊機提升梁段至蕩移高度后，利用卷揚機水平牽引吊機吊具，使梁段由起吊位置向安裝位置主動偏移，在梁段對應吊索與該梁段連接完成后，跨纜吊機卸載，完成該梁段的牽引蕩移。一般情況下，蕩移距離較短(跨纜吊機的傾角在吊機的允許范圍之內)時，采用牽引蕩移；牽引距離較長時，采用吊索蕩移。吊索蕩移時，可采用牽引蕩移配合，以實現(xiàn)更遠距離的蕩移安裝。牽引蕩移應用較多，該文主要敘述吊索蕩移。

吊索蕩移的主要步驟為：

第1步：跨纜吊機在第a根吊索處垂直起吊鋼箱梁，第(a+i)根永久吊索與吊機吊具上的轉換工裝相連[注：(a+i)表示吊索的編號之差為i，以此類推]。

第2步：跨纜吊機逐級卸載至第(a+i)根吊索垂直受力，跨纜吊機松勾。

第3步：跨纜吊機行走至第(a+i+j)個索夾處，跨纜吊機吊具與轉換工裝相連。

第4步：跨纜吊機逐漸受力，吊索逐漸偏轉至跨纜吊機鋼絞線垂直，完成一個周期的蕩移施工，其他依次進行。

i和j的取值依賴于吊機的性能要求和主纜的傾斜度，任何情況下，跨纜吊機的偏轉角度不能大于吊機的允許角度。

西塔側蕩移梁段多于東塔，以西塔側為例，蕩移施工流程為：

第1步：① 無吊索梁段支撐托架施工完成并通過驗收;② 跨纜吊機在4#吊索處就位;③ 運梁船運輸T1梁段在跨纜吊機正下方就位;④ 跨纜吊機下放吊具與鋼箱梁臨時吊耳相連;⑤ 跨纜吊機垂直起吊T1梁段至蕩移高度(圖6)。

第2步：① 牽拉2#吊索至吊具處;② 將2#吊索與吊具相連(圖7)。

第3步：跨纜吊機逐級卸載。卸載過程中，2#吊索逐漸受力，直至鋼箱梁荷載全部轉移至吊索上(圖8)。

第4步：① 解除跨纜吊機錨頭與吊具之間的連接;② 跨纜吊機行走至1#吊索處固定;③ 牽拉跨纜吊機錨頭至與吊具相連(圖9)。

第5步：① 跨纜吊機逐級加載提升鋼箱梁，吊索受力逐漸減小;② 當鋼箱梁荷載全部轉移至跨纜吊機鋼絞線后，解除吊索與梁段的連接(圖10)。

第6步：① 在邊跨側布置水平牽引卷揚機，卷揚機鋼絲繩與吊具相連;② 卷揚機收繩牽引梁段蕩移至安裝位置，并下放至支座和支架上;③ 解除吊具與鋼箱梁臨時吊耳的連接;④ 跨纜吊機行走在4#吊索對應位置，繼續(xù)起吊1#吊索對應的Z1梁段(圖11)。

第7步：① 跨纜吊機行走至4#吊索處垂直起吊Z1梁段；② 2#吊索與吊具相連(圖12)。

第8步：跨纜吊機逐步卸載，鋼箱梁荷載轉移至2#吊索(圖13)。

第9步：① 跨纜吊機行走至1#吊索處；②跨纜吊機鋼絞線與吊具相連(圖14)。

第10步：① 跨纜吊機逐級加載，鋼箱梁荷載逐漸由吊索受力轉移至跨纜吊機受力；② 1#吊索與鋼箱梁吊耳相連，跨纜吊機卸載，連接Z1與T1之間的臨時連接件，完成Z1梁段的吊裝(圖15)。

第11步：① 跨纜吊機在4#索夾處垂直起吊Z2梁段；② 水平牽引卷揚機牽拉鋼箱梁至2#吊索位置處；③ 2#吊索與鋼箱梁吊耳相連，跨纜吊機卸載，連接Z1與Z2之間的臨時連接件，完成Z2梁段的吊裝(圖16)。

第12步：① 重復第11步，將3#吊索與Z3鋼箱梁吊耳相連，跨纜吊機卸載；② 連接Z3與Z2之間的臨時連接件，完成Z3梁段的吊裝(圖17)。

3.3 吊具轉換工裝

一般情況下，鋼箱梁永久吊耳與鋼箱梁節(jié)段的重心不在同一個斷面上。采用吊索蕩移時，為確保鋼箱梁在整個施工過程中的平穩(wěn)，蕩移用的吊索不能與鋼箱梁永久吊耳相連，必須通過一個轉換工裝以實現(xiàn)在蕩移整個過程中跨纜吊機的吊點與鋼箱梁的重心在同一個斷面上。

吊具轉換工裝包括連接板1、連接板2、扇形板和三角板，其中吊索通過三角板和連接板1與扇形板相連，跨纜吊機錨固座直接與扇形板相連，吊具通過連接板2與扇形板相連，各連接處均采用銷接，確保在蕩移過程中能轉動。蕩移時，通過扇形板的轉動，實現(xiàn)將梁段的荷載在跨纜吊機和吊索之間的轉換。當要進行多個周期的轉換時，可通過增加扇形板的吊耳孔來實現(xiàn)。

轉換工裝所用的結構尺寸和材質要求根據(jù)吊裝荷載設計確認。

3.4 鋼箱梁蕩移施工

2017年12月31日，虎門二橋大沙水道懸索橋T1梁段在Z4梁段位置垂直起吊至蕩移位置后，牽拉2#吊索與扇形板相連，跨纜吊機按單側每級25 t、兩側每級共50 t卸載，卸載過程平穩(wěn)。30 min后，跨纜吊機卸載完成，鋼箱梁荷載全部轉移至2#吊索，蕩移角度為12°。解除跨纜吊機鋼絞線錨固座與扇形板之間的連接，跨纜吊機行走至1#吊索處固定，牽引鋼絞線錨固座至2#吊索處與扇形板相連，跨纜吊機按單側每級25 t、兩側每級共50 t加載，加載過程平穩(wěn)。30 min后，鋼箱梁荷載全部轉移至跨纜吊機上，2#吊索處于松弛狀態(tài)，蕩移角度為6°。解除2#吊索與扇形板的連接，卷揚機水平牽引鋼箱梁至支座和支架上方，跨纜吊機卸載落梁，完成T1梁段的吊裝，歷時1 d。隨后依次進行了其他梁段的蕩移吊裝施工，并克服了低溫、大雨、寒潮等惡劣天氣的影響，于2018年1月9日完成了大沙水道橋懸索橋鋼箱梁合龍施工。

4 結論

大沙水道橋懸索橋淺灘區(qū)鋼箱梁采用蕩移法施工替代傳統(tǒng)的高低支架牽引移位和存梁，節(jié)約支架近800 t，節(jié)約工期近1個月，減少了對航道的影響，取得了良好的經(jīng)濟、社會效益。該方案結構簡單，受力清晰，操作方便，適應性強，實施效果好?；㈤T二橋的實踐對后續(xù)懸索橋加勁梁安裝施工具有很好的借鑒作用。施工過程中需要注意以下幾個問題：

(1) 鋼箱梁的重心位置一定要找準。采用跨纜吊機吊裝鋼箱梁，只在一個橫斷面上分布有兩處吊點，如果未將吊點位置調整至與重心在同一個橫斷面上，在吊裝過程中，梁會在自重作用下產(chǎn)生一定的傾角；在蕩移過程中，隨著跨纜吊機千斤頂?shù)募虞d或卸載，梁會在縱橋向晃動，從而有可能導致梁段的傾覆。只有在梁水平的情況下，才能確保梁段在蕩移過程中的平穩(wěn)。

(2) 空中穿、取銷軸安全措施要到位。梁段在開始蕩移前，操作人員才能移至梁段上安裝和拆除銷軸。在梁段起吊前，應在上下游兩吊具之間拉鋼絲繩，當操作人員上至待蕩移梁段后，將安全繩掛在鋼絲繩上，以確保人員的安全。上待蕩梁段的人員和機具不能太多，滿足施工操作要求即可，人員分布要盡可能對稱于吊點斷面，防止不平衡荷載引起梁段的傾斜甚至傾覆。起吊提升過程、蕩移過程，操作人員必須離開梁段，只有在梁段靜止時，操作人員才能移至梁段上操作。

(3) 無論何種蕩移狀況，跨纜吊機傾角必須在吊機的允許范圍之內，才能確保吊機的使用安全。

(4) 為確保銷軸的受力安全，銷軸和銷孔之間的空隙非常小，導致穿銷軸和拆銷軸的難度很大，效率很低，銷軸的安拆在整個蕩移過程的時間軸上占比至少達80%。今后可繼續(xù)優(yōu)化鋼絞線錨固座和吊索與扇形板的連接方式，提高安拆轉換過程的功效，提高施工效率。