復(fù)雜海域懸索橋分離式鋼箱梁吊裝施工技術(shù)

赫勇

摘要 土耳其1915恰納卡萊大橋現(xiàn)場(chǎng)條件極為復(fù)雜，在吊裝施工過程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)與技術(shù)難題。鑒于此，文章以此懸索橋建設(shè)項(xiàng)目為背景，對(duì)吊裝施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)（定位起吊、鋼銷過盈、反向牽引、牽引合龍、臨時(shí)連接安裝）進(jìn)行了探究。通過對(duì)鋼箱梁節(jié)段劃分、吊裝機(jī)械的選擇、鋼箱梁吊裝排序等施工環(huán)節(jié)的研究，形成了一套適用于復(fù)雜海域特大跨徑懸索橋鋼箱梁的吊裝作業(yè)方案，可為類似項(xiàng)目施工提供參考。

關(guān)鍵詞 懸索橋；分離式鋼箱梁；吊裝；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U448.25；U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）10-0072-03

0 引言

隨著大跨徑橋梁技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼箱梁以其優(yōu)越的性能廣泛應(yīng)用于大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)。鋼箱梁施工需要經(jīng)過鋼箱梁制作、鋼箱梁梁段運(yùn)輸、鋼箱梁梁段吊裝以及鋼箱梁梁段拼裝焊接等施工工序，該文以土耳其1915恰納卡萊大橋主橋鋼箱梁吊裝施工為實(shí)例，對(duì)鋼箱梁吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1 纜載吊機(jī)總體設(shè)計(jì)

土耳其1915恰納卡萊大橋位于土耳其馬爾馬拉海西端達(dá)達(dá)尼爾海峽，距離伊斯坦布爾西南200 km，是恰納卡萊—泰基爾達(dá)—克納勒—巴勒克西爾高速公路的重要組成部分。大橋全長(zhǎng)4 608 m，跨徑布置為亞洲側(cè)引橋（680 m）+主橋（3 563 m）+歐洲側(cè)引橋（365 m），其中主橋是目前世界上跨徑最長(zhǎng)的懸索橋。主橋主跨通航凈空為1 600 m×70 m，設(shè)計(jì)雙向六車道，橋面總寬45.06 m，設(shè)計(jì)車速為120 km/h，大橋設(shè)計(jì)壽命為100年。

大橋主橋采用跨徑布置為（770+2 023+770）m的雙塔三跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋。主纜長(zhǎng)4 384 m，采用PPWS工藝施工，中跨主纜由144根索股組成，直徑為86.9 cm；邊跨主纜由148根索股組成，直徑為88.1 cm；其中，索股由127根直徑為5.75 mm的鋼絲組成。主塔采用H形鋼塔，高318 m，分為32個(gè)預(yù)制節(jié)段，節(jié)段之間通過栓焊結(jié)合的方式進(jìn)行連接，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為矩形截面鋼筋混凝土的沉井基礎(chǔ)，底部尺寸為83.3 m×74.0 m。錨碇采用重力式錨碇，亞洲側(cè)與歐洲側(cè)的錨碇尺寸分別為92.0 m×80.0 m、85.2 m×74.4 m[1]。主梁采用分離式箱梁，以提高主梁的氣動(dòng)穩(wěn)定性，兩幅箱梁間距為9 m。主橋加勁梁劃分為9.8×2 m+16.2×2 m+19.2×2 m+14.2×4 m+15.2×2 m+21.0 m+24.0×8 m+48.0×66 m，共計(jì)87個(gè)節(jié)段。鋼箱梁節(jié)段重量在323.8～838.8 t范圍內(nèi)，鋼箱梁總重高達(dá)58 091.6 t。鋼箱梁與吊桿采用銷接的方式連接。鋼箱梁節(jié)段安裝采用先臨時(shí)連接，待主塔合龍段以外的箱梁吊裝基本完成后，再進(jìn)行栓焊環(huán)形連接。標(biāo)準(zhǔn)箱梁橫斷面如圖1所示。

2 鋼箱梁吊裝難點(diǎn)

（1）該橋橋址靠近公海，復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)對(duì)鋼箱梁的運(yùn)輸和吊裝的影響很大。

（2）該橋位于達(dá)達(dá)尼爾海峽，是黑海通往地中海、大西洋以及印度洋的重要通道，通航的大型船舶多，鋼箱梁吊裝的安全風(fēng)險(xiǎn)大。

（3）該橋?yàn)殡p塔三跨連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，橋跨之間的線形和內(nèi)力相互影響，線形控制是鋼箱梁施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2-3]。

（4）鋼箱梁安裝涉及航道管制、駁船運(yùn)輸、駁船定位、吊裝和測(cè)量等多個(gè)工序，多個(gè)工序之間需要緊密配合，施工組織協(xié)調(diào)要求高[4]。

3 鋼箱梁吊裝方案

3.1 鋼箱梁節(jié)段劃分

根據(jù)主梁吊裝的特點(diǎn)，鋼箱梁的類型可劃分為：無索區(qū)梁段、標(biāo)準(zhǔn)梁段、跨中梁段、2#梁段和塔區(qū)合龍段。節(jié)段具體劃分見表1所示。

3.2 纜載吊裝機(jī)械的選擇

大橋位于馬爾馬拉海的南入口，是北部臨黑海的唯一路線，每年有超過4萬只大型集裝箱船在大橋下通行，航運(yùn)交通繁忙[5]。為最大限度地減少對(duì)海上航道的干擾，保證項(xiàng)目施工進(jìn)度，鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)梁段、跨中梁段、2#梁段以及塔區(qū)合龍段均采用450 t液壓提升式纜載吊機(jī)進(jìn)行吊裝。而受地理?xiàng)l件限制的無索區(qū)梁段則采用5 000 t的浮吊進(jìn)行吊裝。其中，塔區(qū)合龍段是先用5 000 t浮吊將3片鋼箱梁吊運(yùn)至承臺(tái)，后將3片鋼箱梁焊接成整體后再利用450 t液壓提升式纜載吊機(jī)進(jìn)行整體吊裝。450 t液壓纜載吊機(jī)的主要性能參數(shù)見表2所示。

3.3 鋼箱梁吊裝順序

考慮索塔偏位、主纜的線形變化、施工工序以及施工工期安排的影響，鋼箱梁節(jié)段吊裝采取的總體順序?yàn)椋褐锌缌憾斡煽缰型鶜W、亞兩岸索塔對(duì)稱進(jìn)行，邊跨梁段則由歐、亞兩岸錨碇處向索塔對(duì)稱進(jìn)行。各梁段的具體吊裝順序見表3所示。

4 鋼箱梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)

4.1 定位起吊

為滿足鋼箱梁梁段吊裝的順利進(jìn)行，同時(shí)盡可能地減少對(duì)航道的影響，鋼箱梁梁段的吊裝采用定位起吊技術(shù)。除采用浮吊吊裝的無索區(qū)梁段E/AS33-29以及塔區(qū)合龍段E/AS01、E/AT00、E/AM01外，其他鋼箱梁梁段均采用動(dòng)態(tài)定位駁船運(yùn)至安裝位置的正下方，作為纜索吊機(jī)垂直起吊的位置。鋼箱梁梁段均從動(dòng)態(tài)定位駁船起吊，提升至橋面高度后，再調(diào)整鋼箱梁梁段位置，匹配吊桿與鋼箱梁梁段吊耳；待鋼箱梁梁段之間的間隙滿足施工要求后，安裝鋼制銷軸。動(dòng)態(tài)定位駁船具有自主定位功能，減少了定位船的輔助，同時(shí)整個(gè)吊裝期間占用航道較窄且時(shí)間較短，在保障航道通航的同時(shí)，也大大節(jié)省了航道維護(hù)費(fèi)用。通過定位起吊技術(shù)，可以有效解決鋼箱梁梁段吊裝的諸多難題，保障了鋼箱梁梁段吊裝作業(yè)的順利完成。動(dòng)態(tài)定位駁船運(yùn)輸鋼箱梁梁段見圖2所示。

4.2 鋼銷過盈

緩慢下放纜載吊機(jī)，提升扁擔(dān)梁至一定高度；待裝有鋼箱梁的動(dòng)力定位駁船就位后，繼續(xù)下放纜載吊機(jī)提升扁擔(dān)梁至合適高度，與鋼箱梁吊耳連接；垂直提升待安裝梁段至設(shè)計(jì)高度，匹配好吊桿與吊耳后，先利用自行設(shè)計(jì)的鋼銷過盈配合安裝裝置進(jìn)行引導(dǎo)銷的安裝，以固定定位環(huán)，再安裝插銷[6]。鋼銷過盈配合的安裝裝置見圖3所示。

4.3 反向牽引

對(duì)于E/AS02、E/AM02的吊裝，由于索塔位置的限制，動(dòng)力定位駁船不能將其運(yùn)至安裝位置的正下方，因此鋼箱梁梁段在未提升到承臺(tái)上一定高度時(shí)，需通過反向牽引系統(tǒng)對(duì)鋼箱梁梁段反向牽引。當(dāng)鋼箱梁梁段提升到承臺(tái)存梁區(qū)的一定高度后，再垂直提升，直至提升到設(shè)計(jì)位置后安裝插銷，最后安成鋼箱梁梁段的吊裝。具體施工步驟如下：

（1）在已安裝的E/AM03、EA/S03梁段邊緣的指定位置焊接鋼絞線導(dǎo)軌；同時(shí)在E/AM07、EA/S07梁段的指定位置焊接30 t的卷揚(yáng)機(jī)、水平導(dǎo)向裝置以及抑制環(huán)板。

（2）利用動(dòng)力定位駁船將E/AS02、E/AM02梁段分別運(yùn)輸?shù)紼/AM07、EA/S07梁段的正下方時(shí)，暫停前進(jìn)，將反拉鋼繩連接在E/AS02、E/AM02梁段上；然后動(dòng)力定位駁船繼續(xù)前進(jìn)，其間反拉鋼繩保持松弛狀態(tài)，當(dāng)駁船接近承臺(tái)時(shí)，動(dòng)力定位駁船停止前進(jìn)。

（3）將下放到位的提升扁擔(dān)梁、提升吊具分別與鋼箱梁梁段的吊耳相連，向主塔承臺(tái)的存梁區(qū)反方向牽引提升E/AS02、E/AM02梁段。在這期間，使用反向牽引系統(tǒng)將E/AS02、E/AM02梁段下坡纜載吊機(jī)提升鋼絞線的最大夾角分別控制在4 °和12.5 °以內(nèi)；當(dāng)鋼箱梁梁段提升到承臺(tái)上一定高度后，慢慢釋放反向牽引系統(tǒng)，隨后垂直提升鋼箱梁梁段。

4.4 牽引合龍

塔區(qū)合龍段（ES01-ET00-EM01、AS01-AT00-MM00）是先將3片鋼箱梁（E/AS01、E/AT00、E/AM01）利用浮吊吊運(yùn)至索塔承臺(tái)上的焊接平臺(tái)；隨后通過三向調(diào)梁支座與千斤頂調(diào)整鋼箱梁的線性，調(diào)整完成后將3片鋼箱梁梁段進(jìn)行整體焊接，待全橋已安裝的鋼箱梁梁段全部焊接完成。

考慮該橋吊索與索夾、鋼箱梁與索夾均通過鋼銷軸連接，具備順橋向變位的儲(chǔ)備空間，故可以采用牽引法進(jìn)行合龍[7]。利用4臺(tái)450 t纜載吊機(jī)聯(lián)合整體提升合龍，合龍前利用邊跨臨時(shí)索夾提供反拉力使邊跨鋼箱梁向錨碇側(cè)偏移，保證兩端合龍之間有700 mm的間隙；最后緩慢釋放反拉力，進(jìn)行索塔鋼箱梁的焊接。當(dāng)焊接完成80%后，慢速卸載纜載吊機(jī)以提升扁擔(dān)梁的吊點(diǎn)，隨后繼續(xù)焊接直至完成。

4.5 臨時(shí)連接安裝

在鋼箱梁梁段吊裝時(shí)，已安裝鋼箱梁梁段應(yīng)與吊裝鋼箱梁梁段之間預(yù)留一定的間隙，大約50～85 cm，大部分維持在50 cm。待安裝鋼箱梁梁段與吊桿之間的銷軸安裝完畢，慢速卸載纜載吊機(jī)提升梁的吊點(diǎn)。同時(shí)，利用固定在已安裝梁段上的鏈子滑車，牽引吊裝鋼箱梁梁段，調(diào)整鋼箱梁梁段匹配。待兩片鋼箱梁梁段高度一致后，安裝鋼箱梁梁段之間的臨時(shí)連接。

臨時(shí)連接共有5種類型，類型A共計(jì)40處，類型B共計(jì)4處，類型C共計(jì)9處，類型D共計(jì)26處，X撐共計(jì)6處，其中，設(shè)置X撐的目的是釋放鋼箱梁梁段安裝過程中風(fēng)荷載作用下的橫向彎矩以及豎向剪力，適應(yīng)鋼箱梁梁段水平偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的鋼箱梁梁段之間的相對(duì)位移和轉(zhuǎn)角。

5 結(jié)語

根據(jù)達(dá)達(dá)尼爾海峽的地理環(huán)境、氣候條件與通航要求，土耳其1915恰納卡萊大橋主橋鋼箱梁采用浮吊與纜索吊機(jī)進(jìn)行吊裝。其中，纜載吊機(jī)吊裝鋼箱梁的數(shù)量占比較高，高達(dá)88.5%。通過定位起吊、鋼銷過盈、反向牽引、牽引合龍等技術(shù)，以及鋼箱梁臨時(shí)連接安裝的應(yīng)用，順利完成鋼箱梁吊裝工作，在2個(gè)月內(nèi)完成了約3.3 km長(zhǎng)的鋼箱梁安裝工程。實(shí)踐證明，“浮吊+纜載吊機(jī)”吊裝組合技術(shù)應(yīng)用于達(dá)達(dá)尼爾海峽區(qū)特大跨徑懸索橋施工，可達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效、安全可控、綠色環(huán)保的目的，應(yīng)用推廣性強(qiáng)。土耳其1915恰納卡萊大橋于2022年3月18日順利通車，橋梁結(jié)構(gòu)整體安全可靠，其采用的吊裝組合技術(shù)可為類似工程提供借鑒。

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