烏江懸索跨越工程鋼主塔吊裝技術(shù)分析

摘要：烏江懸索跨越工程為天然氣管道過(guò)江通道，由于現(xiàn)場(chǎng)地形環(huán)境惡劣，空間狹小，吊裝施工難度較大、危險(xiǎn)系數(shù)高，故對(duì)吊裝施工安全性、可靠性要求較高?；诖颂岢鲆环N鋼主塔吊裝技術(shù)，并對(duì)吊車(chē)荷載、索具卡環(huán)受力、抗傾覆、地基承載力等進(jìn)行計(jì)算校核。工程實(shí)踐表明，此項(xiàng)施工技術(shù)安全可靠，整個(gè)吊裝過(guò)程順利完成，該技術(shù)對(duì)懸索跨越工程鋼主塔吊裝奠定了基礎(chǔ)，為今后同類(lèi)工程施工提供了一定借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：烏江;懸索跨越工程;鋼主塔吊裝技術(shù);索具卡環(huán)受力

中圖分類(lèi)號(hào)：TU990.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-5383（2019）04-0046-04

Technical Analysis of Steel Main Tower Lifting in Wujiang Suspension Crossing Project

XIA Zhenwei

（China Railway 18 Bureau Group Construction and Installation Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300308，China）

Abstract： The suspension crossing project of Wujiang River is a natural gas pipeline crossing channel， which is affected by the natural factors of Wujiang River..Due to the harsh terrain environment on the site， the space is narrow， the lifting construction is difficult， and the risk factor is high， so the safety and reliability requirements of the lifting construction are high. Based on this， a hoisting technology of steel main tower was put forward， and the load of crane， the force of cable clamp， anti-overturning and the bearing capacity of foundation were calculated and checked. Engineering practice shows that this construction technology is safe and reliable， and the whole lifting process is successfully completed. It not only lays a foundation for the lifting of suspension across the steel main tower of the project， but also accumulates experience for similar projects in the future.

Keywords： Wujiang; suspension crossing project; steel main tower hoisting technology; cable clamp force

烏江懸索跨越工程，跨越結(jié)構(gòu)采用雙塔一跨懸索跨越，材質(zhì)為鋼管桁架橋塔，采用四柱式空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)，東西兩岸橋塔位于橋墩蓋梁上，橋塔腳采用10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓與鉸支座連接。受地形條件的影響和工期要求，鋼主塔吊裝施工難度較大，傳統(tǒng)技術(shù)難以滿(mǎn)足該工程施工對(duì)安全性、穩(wěn)定性的要求[1]，需要?jiǎng)?chuàng)新出一種全新的鋼主塔吊裝技術(shù)，既為本工程提供技術(shù)支持，也為今后同類(lèi)工程施工提供經(jīng)驗(yàn)?；诖耍_(kāi)展烏江懸索跨越工程鋼主塔吊裝技術(shù)分析和研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概述

烏江懸索跨越工程位于重慶市涪陵區(qū)白濤鎮(zhèn)三門(mén)子村，工程采用懸索跨越方式通過(guò)烏江，主跨長(zhǎng)度355 m，跨越總長(zhǎng)度467.8 m，屬于大型跨越，跨越工程設(shè)計(jì)功能為天然氣管道過(guò)江通道，天然氣管道設(shè)計(jì)壓力為10 MPa，管道設(shè)計(jì)采用D1016×27 mm的X70M直縫埋弧焊鋼管。東西兩岸橋墩蓋梁高度28 m，鋼橋塔高37.5 m，正面底部8 m、頂部3 m，側(cè)面底部3 m、頂部2 m，單個(gè)橋塔總質(zhì)量為79 t，東西岸鋼主塔均采用2臺(tái)400 t吊車(chē)一次整體吊裝。具體實(shí)景圖如圖1所示。

2 鋼主塔吊裝前的準(zhǔn)備

由于烏江懸索跨越工程工期緊、施工難度大，危險(xiǎn)系數(shù)高，施工前對(duì)鋼主塔吊裝準(zhǔn)備工作有很高的要求。為確保后期吊裝工作能高效開(kāi)展，需要切實(shí)做好以下準(zhǔn)備工作：

2.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作需滿(mǎn)足以下要求：1）主塔整體組裝完畢，滿(mǎn)足吊裝要求;吊裝前墩頂及作業(yè)區(qū)域障礙清除完畢;作業(yè)區(qū)域基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)驗(yàn)收，符合吊裝要求;2）吊裝工具準(zhǔn)備齊全，滿(mǎn)足吊裝使用要求;吊車(chē)工作狀態(tài)確認(rèn)滿(mǎn)足工作要求。進(jìn)場(chǎng)道路整修，滿(mǎn)足吊車(chē)進(jìn)場(chǎng)要求;作業(yè)區(qū)域拉好警示帶，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員逗留;3）作業(yè)區(qū)道路暢通，場(chǎng)地尺寸滿(mǎn)足吊車(chē)站位作業(yè)布置;吊車(chē)工作區(qū)域路面耐壓力不小于35 t/m2; 4）吊車(chē)狀態(tài)確認(rèn)，檢查吊車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、油量、底盤(pán)、起吊平臺(tái)、吊臂和電氣部分，確保滿(mǎn)足吊裝使用要求;5）吊裝工具狀態(tài)確認(rèn)，包括鋼絲繩、卸扣、繩卡等吊裝工具，檢查合格后方可使用[2]。

2.2 吊裝工具準(zhǔn)備

烏江懸索跨越工程鋼主塔吊裝過(guò)程中，涉及到的吊裝工具包括：QAY400 t汽車(chē)式起重機(jī)2臺(tái);6 mm×37絲Φ65 mm×4 m鋼絲繩8根;2.0 m×2.0 m×0.1 m路基板4塊;安全警示帶2卷;通話對(duì)講機(jī)6部;大錘、撬杠、螺絲刀、活動(dòng)扳手2套。

3 鋼主塔吊裝施工工藝

3.1 鋼主塔吊裝流程

烏江懸索跨越工程鋼主塔吊裝流程如圖2所示。

3.2 吊裝進(jìn)場(chǎng)站位

因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)東西兩岸原進(jìn)場(chǎng)道路多處有急彎，修筑吊車(chē)進(jìn)出場(chǎng)道路時(shí)需要對(duì)急彎進(jìn)行加寬處理，部分路段換填堅(jiān)石后澆筑混凝土路面，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)滿(mǎn)足吊車(chē)進(jìn)出場(chǎng)要求。將吊車(chē)作業(yè)區(qū)域范圍障礙物拆除，保證吊車(chē)作業(yè)范圍無(wú)障礙。提前換填吊裝作業(yè)區(qū)域基礎(chǔ)，保證地基承載力滿(mǎn)足吊裝要求后，將400 t吊車(chē)按指定位置進(jìn)行站位[3]。西岸拼裝、吊裝平臺(tái)修筑剖面圖和東岸吊裝平臺(tái)修筑剖面圖如圖3和圖4所示。

3.3 掛鉤

400 t吊車(chē)各使用4條6 mm×37絲Φ65 mm×4 m鋼絲繩分別通過(guò)21型卡環(huán)鎖掛至主塔吊點(diǎn)處，共計(jì)4股繩受力。確認(rèn)掛鉤牢固后，指揮吊車(chē)微微提升至鋼絲繩受力后停止，檢查塔架是否已與其他構(gòu)件解除連接[4]。

3.4 吊裝步驟

第一步：將主塔絞支座吊裝就位，安裝后調(diào)平做臨時(shí)固結(jié)。

第二步：鋼主塔拼裝完成后，放置于指定位置，400 t吊車(chē)按照?qǐng)D示位置站位，主吊吊車(chē)大臂伸長(zhǎng)至41.7 m，輔助吊車(chē)大臂伸長(zhǎng)至36.4 m，系好鋼絲繩，準(zhǔn)備試吊。

第三步：指揮2輛吊車(chē)緩緩提升，將塔架提升離地約20 cm，靜止10 min進(jìn)行試吊;試吊期間檢查吊機(jī)、設(shè)備、吊具、地基等受力情況，確認(rèn)安全后方可正式吊裝[5]。

第四步：正式吊裝，主吊吊車(chē)將塔架頂緩緩提升，輔助吊車(chē)抬起塔底并保持塔底離地面0.5 m高度，主吊吊車(chē)緩慢提升塔架頂，輔助吊車(chē)慢慢遞送主塔，直至主塔垂直，并保持主塔底部高于地面0.5 m。

第五步：解除輔助吊車(chē)掛鉤，調(diào)整主塔方向，確保主塔寬面平行于橋墩。主塔方向調(diào)整完成后，將主塔立放于橋墩外側(cè)混凝土墩臺(tái)上，確保主塔放置穩(wěn)定牢固。

第六步：解除主吊吊車(chē)與塔架頂部的鏈接，重新調(diào)整2輛吊車(chē)站位。站位調(diào)整完成后，2輛吊車(chē)吊鉤重新鉤掛于主塔22 m高位置，指揮吊車(chē)緩緩抬升主塔，試吊10 min[6]。

第七步：試吊完成后，確認(rèn)滿(mǎn)足正式吊裝條件，開(kāi)始正式吊裝。指揮2輛吊車(chē)緩緩?fù)教嵘魉?，直至主塔平穩(wěn)坐落于鉸支座安裝位置上，保持吊車(chē)保持吊裝受力狀態(tài)[7]。

第八步：及時(shí)將主塔安裝完畢并焊接牛腿等穩(wěn)固措施，確保主塔安全穩(wěn)固。

第九步：主塔安裝完畢后，解除吊車(chē)吊鉤，收回大臂，吊車(chē)退場(chǎng)。

第十步：清理作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)雜物，保持作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔[8]。

4 吊裝施工各項(xiàng)參數(shù)校核

4.1 吊車(chē)荷載驗(yàn)算

1）主吊400 t吊車(chē)

最大作業(yè)半徑8 m，主臂長(zhǎng)度41.7 m工況，額定起重能力84 t，吊裝質(zhì)量按主塔質(zhì)量1/2計(jì)算，即39.5 t，吊鉤及索具質(zhì)量1 t;負(fù)荷率：η=（39.5+1）/84×100%=47.03%。

2）輔助400 t吊車(chē)

最大作業(yè)半徑20 m，主臂長(zhǎng)度36.4 m工況，額定起重能力53 t，吊裝質(zhì)量按主塔質(zhì)量1/2計(jì)算，即39.5 t，吊鉤及索具質(zhì)量1 t;負(fù)荷率：η=（39.5+1）/53×100%=76.42%。

4.2 索具卡環(huán)受力驗(yàn)算

4.2.1 鋼絲繩拉力計(jì)算

其中：N為每根鋼絲繩索具的受拉力;K1為吊裝時(shí)動(dòng)載系數(shù)，取1.2;G為鋼主塔質(zhì)量，790 kN;n為吊索根數(shù)，4;α為吊索鋼絲繩水平夾角，一般為45°? 。由此可得：

選用6 mm×37絲，鋼絲繩Φ為65 mm，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度為1 700 N/mm2，破斷拉力總和為2 665 kN。

其中：Sp為鋼絲繩實(shí)際破斷拉力，kN;∑Si為鋼絲繩理論破斷力的總和，kN;Ψ為鋼絲捻制不均折減系數(shù)，對(duì)6 mm×37繩，Ψ=0.82。由此可得：

Sp=0.82×2 665=2 185.3 kN

因?yàn)?，安全系?shù)=SP/N=2 185.3/335.169=6.52>6，滿(mǎn)足大于6倍安全系數(shù)的要求。

所以，選用6 mm×37絲，鋼絲繩Φ為65 mm，破斷拉力總和2 665 kN鋼絲繩滿(mǎn)足安全要求。

4.2.2 卡環(huán)的選擇計(jì)算

卡環(huán)最大支撐拉力N=197.5 kN（橋塔質(zhì)量的1/4），擬選用21型卡環(huán)，查《路橋計(jì)算手冊(cè)》15-15表可知，安全荷重[Fk]=205.8 kN>197.5 kN，滿(mǎn)足要求。

因此，采用汽車(chē)吊時(shí)選用21型卡環(huán)滿(mǎn)足要求。

4.3 抗傾覆驗(yàn)算

為保證吊車(chē)在吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定性，需進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，即需使穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩[9]。以38 m鋼橋塔為驗(yàn)算對(duì)象，查GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知：

其中：Kg為自重加權(quán)系數(shù)，取1;Kq為起升荷載加權(quán)系數(shù)，取1.15;Kw為風(fēng)動(dòng)載加權(quán)系數(shù)，取1。Mg、Mq、Mw分別為汽車(chē)自重、起升荷載、風(fēng)動(dòng)荷載對(duì)傾覆邊的力矩，N·m;由此可得：

4.4 地基承載力驗(yàn)算

汽車(chē)吊工作時(shí)最不利的情況是2點(diǎn)著地，即2個(gè)支腿支持著整臺(tái)吊車(chē)的質(zhì)量（包括自重和荷重）：

單個(gè)支腿最大支承力=1/2（G+Q）=1/2（204+79）=141.5 t（5）

其中：G取400 t汽車(chē)吊自重及配重總和204 t（吊車(chē)自重84 t，配重120 t）;

Q為汽車(chē)吊最大荷重（額定荷重），為79 t。

汽車(chē)吊對(duì)路基的壓強(qiáng)應(yīng)為：

P=141.5/2×2=35.375 t/m2=0.353 8 MPa（6）

其中：P為汽車(chē)吊對(duì)路基的壓強(qiáng)。

因此，400 t吊車(chē)工作時(shí)地基承載力的要求為35.38 t/m2（即0.353 8 MPa），現(xiàn)場(chǎng)換填處理后的地基承載力大于35.375 t/m2，滿(mǎn)足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于懸索跨越工程鋼主塔吊裝施工難度較大，所以對(duì)施工的安全性和可靠性等方面有較高的要求。本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了烏江懸索跨越工程鋼主塔吊裝施工前的準(zhǔn)備工作、吊裝施工工藝、各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算，通過(guò)對(duì)吊裝施工過(guò)程的嚴(yán)格控制，確保了吊裝過(guò)程的安全受控，并對(duì)吊車(chē)荷載、索具卡環(huán)受力、抗傾覆、地基承載力等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算校核，結(jié)果表明此種施工方法安全可行，為鋼主塔安全吊裝提供了有力的保障，達(dá)到了指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的目的，同時(shí)為以后同類(lèi)工程施工提供了一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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收稿日期：2019-04-21

作者簡(jiǎn)介：夏振崴（1989—），男，助理工程師，學(xué)士，研究方向：橋梁施工，電子郵箱：273469910@qq.com。