武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋鋼梁架設(shè)施工纜載式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)及施工
2017-09-18
1 工程概況
鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋全長(zhǎng)3420m，其中主橋長(zhǎng)2100米，采用的三塔四跨懸索橋，這是世界上首次采用主纜連續(xù)的三塔四跨懸吊懸索橋方案，同時(shí)也是世界在建的最大跨度三塔四跨懸索橋。主橋跨度布置225+2×850+225=2150m，見(jiàn)圖1-2；主橋主纜橫向布置兩根，中心距36m，主纜直徑索夾內(nèi)697.6mm、索夾外706.3mm；吊索標(biāo)準(zhǔn)間距為15m，吊索錨點(diǎn)設(shè)在主梁外側(cè)的風(fēng)嘴上。
圖1.1 鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋立面布置圖（單位：m）
主橋鋼梁采用鋼-混凝土結(jié)合梁，梁高3.0m，由鋼主梁、鋼橫梁和混凝土橋面板組成。其中鋼主梁高2.423m（中心線處），橫梁高2.735m（跨中），混凝土橋面板厚為20cm，橋面鋪裝0.065m。鋼梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)15m，橫向設(shè)兩片主梁中心距31.2m，鋼梁頂面寬度為38m（含風(fēng)嘴），其中心線處梁高2.735m。鋼梁節(jié)段間的連接采用全斷面焊接方式。
圖1.2 鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋鋼箱梁斷面圖
主橋鋼箱梁安裝采用單節(jié)段吊裝，鋼箱梁分11類共143節(jié)段，其中單個(gè)邊跨有14個(gè)節(jié)段，單個(gè)中跨有57個(gè)節(jié)段，中塔另有一過(guò)渡梁段。
主橋梁段的安裝設(shè)備名稱：500噸纜載吊機(jī)、型號(hào)：LZDJ500（YWZ）型、數(shù)量：4臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱纜載吊機(jī)）進(jìn)行吊裝，以2號(hào)塔中為分界點(diǎn)，南北側(cè)各兩臺(tái)纜載吊機(jī)。梁段安裝順序如下：從兩中跨靠近中塔開(kāi)始架設(shè)，而后再?gòu)倪吽蝈^碇、跨中方向架設(shè)。
2 纜載吊機(jī)結(jié)構(gòu)組成
纜載吊機(jī)作為懸索橋大型專用設(shè)備，它依托懸索橋的主纜支撐，進(jìn)行移位行走和固定吊裝，屬于高空作業(yè)的特種設(shè)備。其智能化中央自動(dòng)控制系統(tǒng)可同步/非同步控制整個(gè)設(shè)備裝卸、吊裝、行走等全部作業(yè)。模塊化設(shè)計(jì)使得吊機(jī)僅需更換少量部件就可適應(yīng)不同跨間徑、不同纜徑懸索橋鋼梁的吊裝作業(yè)。纜載吊機(jī)主要由一個(gè)鋼主桁梁、兩個(gè)在主纜上的行走機(jī)構(gòu)、兩套液壓提升設(shè)備（含提升和牽引千斤頂、液壓泵站、控制系統(tǒng)及鋼絞線收線裝置）、吊具扁擔(dān)梁、柴油機(jī)等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖2.1。
圖2.1 纜載吊機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.1 鋼主桁梁
鋼主桁梁由兩段箱型負(fù)重梁及中間桁架梁構(gòu)成，總重：67t，如圖2-2 鋼主桁梁結(jié)構(gòu)圖。中間桁架梁主要是對(duì)整體結(jié)構(gòu)起剛性支撐作用，桁架的空間用于安放收線裝置、柴油機(jī)泵站和控制室，并為施工操作提供工作平臺(tái)。梁高4.25m，梁寬3.45m，長(zhǎng)28.7m（5節(jié)，2×8.535+2×4.5+2.63m）。箱型負(fù)重梁主要來(lái)安放液壓提升千斤頂，同時(shí)也是主要的受力構(gòu)件。梁高4.9m，梁寬3.45m，長(zhǎng)9m（2節(jié)，2×4.5）。
圖2.2 鋼主桁架梁結(jié)構(gòu)圖
2.2 行走機(jī)構(gòu)
行走機(jī)構(gòu)主要是行走機(jī)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)主體、牽引千斤頂、抱箍、行走滾輪和荷載轉(zhuǎn)換千斤頂組成。各部件之間采用銷軸連接。每臺(tái)纜載吊機(jī)含2個(gè)行走機(jī)構(gòu)，每邊行走機(jī)構(gòu)各布置4個(gè)走形滾輪，走形輪通過(guò)液壓缸交替起落，跨越索夾，實(shí)現(xiàn)纜上行走。走形輪軸向留有適當(dāng)間隙，可補(bǔ)償主纜間距誤差。
行走機(jī)構(gòu)一端布置一臺(tái)75T液壓牽引千斤頂，通過(guò)一端錨固在上坡的臨時(shí)錨固點(diǎn)上，鋼絞線牽引纜載吊機(jī)行走。
外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）15.53×1.41×3.46m，總重22t（含螺栓、負(fù)載頂整體吊裝）。
圖2.3 行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
2.3 吊具
吊具結(jié)構(gòu)主要包括圓柱筒、扁擔(dān)梁、扁擔(dān)梁滑箱、提升錨固支座和吊裝鋼絞線等部分。每臺(tái)纜載吊機(jī)配備2個(gè)吊具。吊具可通過(guò)液壓油缸進(jìn)行節(jié)段梁重心位置調(diào)整，可進(jìn)行豎向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)位調(diào)整，且可進(jìn)行順橋向吊點(diǎn)位置移動(dòng)。外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：7.384m×0.53m×2.27m，總重：10t。
圖2.4 吊具結(jié)構(gòu)圖
2.4 起升機(jī)構(gòu)及其他液壓控制系統(tǒng)
纜載吊機(jī)設(shè)中央控制室，在其左右兩側(cè)各布置一臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵站，分別為左右兩側(cè)提升機(jī)構(gòu)、行走和牽引機(jī)構(gòu)、鋼絞線收放裝置提供液壓動(dòng)力。起升機(jī)構(gòu)采用兩套350噸液壓提升千斤頂，可提升下落重物，千斤頂內(nèi)部，采用導(dǎo)管，避免鋼絞線發(fā)生“鳥(niǎo)籠”現(xiàn)象。
3 纜載吊機(jī)施工工藝
3.1 纜載吊機(jī)施工步驟
3.2 地面散拼工作
纜載吊機(jī)主要結(jié)構(gòu)部分為散件拼裝而成，主要采用M20、M30高強(qiáng)螺栓連接，因結(jié)構(gòu)單元件體積較大，在拼裝前選用40m*22m場(chǎng)地以保證散拼工作完成，配置一臺(tái)MQE80/23.5龍門吊配合完成散拼起吊作業(yè)。鋼絞線下料及卷盤場(chǎng)地要求干凈平整，尺寸約160m*5m。
結(jié)構(gòu)單元件散拼過(guò)程中應(yīng)檢查各銷軸、螺栓的連接情況，對(duì)于各高強(qiáng)螺栓應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行高強(qiáng)螺栓使用規(guī)范，保證單元件連接安全可靠。
同時(shí)，對(duì)行走機(jī)構(gòu)及收放線裝置進(jìn)行液壓調(diào)試工作，保證高空拼裝前正常工作。
散拼完成后通過(guò)平板車運(yùn)輸至碼頭，由碼頭吊機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至船舶，起吊過(guò)程注意各結(jié)構(gòu)件的位置擺放，便于高空起吊拼裝。
3.3 纜載吊機(jī)高空拼裝
高空拼裝前應(yīng)完成塔頂門架改造，纜載吊機(jī)初始安裝位置為，纜載吊機(jī)中心距離邊塔塔頂輪廓線12米，上下游箱型負(fù)重梁間距28.7米，等高。
行走機(jī)構(gòu)安裝：利用門架提升梁與8t卷?yè)P(yáng)機(jī)，將動(dòng)滑輪從塔頂放至主塔承臺(tái)靠江側(cè)。連接好動(dòng)滑輪與行走機(jī)構(gòu)，使用8t卷?yè)P(yáng)機(jī)將行走機(jī)構(gòu)緩慢提升，超過(guò)主纜后，利用8t卷?yè)P(yáng)機(jī)在空中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)配合將行走機(jī)構(gòu)橫移到主纜上方。使用手拉葫蘆、鋼絲繩將行走機(jī)構(gòu)與門架固定，并將抱腳與主纜固定（門架上約有4T力，保住行走機(jī)構(gòu)主體）。 箱型負(fù)重梁安裝：采取同樣的方法，將箱型負(fù)重梁提升至塔頂與行走機(jī)構(gòu)通過(guò)銷軸進(jìn)行連接。采用手拉葫蘆調(diào)節(jié)兩個(gè)箱型負(fù)重梁的位置、高度和間距，并通過(guò)鋼絲繩固定在門架上（門架上約有12T力，吊住箱型負(fù)重梁），因主纜受力增加，產(chǎn)生下繞，需調(diào)整先前安裝行走機(jī)構(gòu)相應(yīng)手拉葫蘆、鋼絲繩受力，便于鋼桁架梁中間5個(gè)節(jié)段的安裝。
中間桁架梁安裝：此時(shí)每個(gè)門架上已帶有16噸力（行走機(jī)構(gòu)主體與箱型負(fù)重梁保險(xiǎn)），使用上下游門架動(dòng)滑輪組，按照提升行走機(jī)構(gòu)的方法將中間桁架梁提升與箱型負(fù)重梁下。利用手拉葫蘆調(diào)節(jié)兩個(gè)箱型負(fù)重梁間距，使得中間桁架梁順利提升至箱型負(fù)重梁等高，連接中間桁架梁與箱型負(fù)重梁。因主纜受力再次增加，產(chǎn)生下繞，需調(diào)整先前安裝行走機(jī)構(gòu)、箱型負(fù)重梁相應(yīng)手拉葫蘆、鋼絲繩受力，全面檢查各構(gòu)件連接情況，確認(rèn)無(wú)誤后解除纜載吊機(jī)與塔頂門架的連接。
鋼絞線收放裝置及其他：在散件拼裝時(shí)已將鋼絞線卷入收放裝置（8.5T），運(yùn)輸?shù)竭吽跄艿跹b位置，塔吊直接吊裝一套鋼絞線收放裝置到已拼好的中間桁架梁上一側(cè)固定，另一套鋼絞線收放裝置由塔吊吊到塔頂平臺(tái)，再由另一塔吊轉(zhuǎn)吊到已拼好的中間桁架梁上另一側(cè)固定。
液壓泵站、控制系統(tǒng)、提升千斤頂?shù)扔伤跻来蔚跹b并調(diào)試，為下行做準(zhǔn)備，完成后利用提升頂將鋼絞線下放至吊具處，進(jìn)行最后的吊具安裝工作。
3.4 初次行走及試吊
拼裝完成后，全面檢查各構(gòu)件連接情況，確認(rèn)無(wú)誤后向上行走30厘米，讓相關(guān)連接卸力，解除纜載吊機(jī)手拉葫蘆、鋼絲繩連接。纜載吊機(jī)試吊位置在28#吊索，需行走主纜弧長(zhǎng)約440米，每天（2個(gè)班）按80米計(jì)算，約需行走6天。
額定載荷試驗(yàn)：
a 先對(duì)纜載吊機(jī)各監(jiān)測(cè)量進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集。
b 將試吊鋼箱梁船運(yùn)至待吊點(diǎn)，就位精度控制在1m以內(nèi)。
c 在船上安裝試吊用配載水袋，與鋼箱梁可靠臨時(shí)連接。擬采4個(gè)用長(zhǎng)8m，寬2.5m，高2.5m的橋梁支架專用預(yù)壓水袋進(jìn)行配載試驗(yàn)，每個(gè)鋼梁梁段沿縱橋向?qū)ΨQ布置4個(gè)水袋。
d 開(kāi)啟纜載吊機(jī)，同步下降兩側(cè)吊具至鋼箱梁上，并將吊具與鋼箱梁吊點(diǎn)連接牢固，檢查各部件連接情況，合格后上報(bào)指揮。
e 同時(shí)提升纜載吊機(jī)吊具，根據(jù)壓力顯示，載荷20%，40%，60%，80%，90%逐漸地加上去，直至箱梁提離船面。
f 然后將鋼箱梁提高約20cm，運(yùn)輸船駛離試吊區(qū)域下方。纜載吊機(jī)穩(wěn)載10分鐘后，測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)觀察纜載吊機(jī)相關(guān)部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況并記錄。
g 向水袋內(nèi)注水至額定吊重（每個(gè)水袋注水約13.41m3，偏差控制在5%）穩(wěn)載10min后，再次測(cè)量纜載吊機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀察纜載吊機(jī)相關(guān)部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況并記錄。
h 比較相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，得出試驗(yàn)結(jié)果。
動(dòng)載試驗(yàn)：
動(dòng)載試驗(yàn)的主要目的是驗(yàn)證纜載吊機(jī)各機(jī)構(gòu)和制動(dòng)的功能。
a. 額定吊重試驗(yàn)后，確定纜載吊機(jī)變形及各相關(guān)部件運(yùn)行正常后，繼續(xù)像水袋內(nèi)注水至1.1倍額定吊重（每個(gè)水袋再次注水約12.5m3，偏差控制在5%）
b. 穩(wěn)載10min后，測(cè)量纜載吊機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀察纜載吊機(jī)相關(guān)部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況并記錄。
c. 同時(shí)緩慢提升纜載吊機(jī)吊具，將鋼箱梁緩慢提升2米，然后下放，重復(fù)3次，同時(shí)觀察纜載吊機(jī)相關(guān)部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況并記錄。
d. 各部件完成其功能試驗(yàn)，隨后進(jìn)行目測(cè)檢驗(yàn)個(gè)機(jī)構(gòu)部件是否有損壞或松動(dòng)。
e. 比較相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，得出試驗(yàn)結(jié)果。
3.5 纜載吊機(jī)行走介紹
行走過(guò)程在兩臺(tái)75T牽引千斤頂?shù)臓恳峦ㄟ^(guò)自身滾輪在主纜上滾動(dòng)來(lái)進(jìn)行的，其在跨越索夾時(shí)需前后輪組交替起落來(lái)實(shí)現(xiàn)，它是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)作過(guò)程，反復(fù)此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)纜載吊機(jī)在主纜上行走至下一鋼梁吊裝段。
纜載吊機(jī)行走過(guò)程中，應(yīng)分別在兩邊行走機(jī)構(gòu)旁配備兩名配合人員，保證其與操作司機(jī)通訊暢通，觀察滾輪提升高度能否越過(guò)索夾及其他障礙物，同時(shí)理順?shù)摻g線，保證其正常通過(guò)牽引頂，再者觀察電纜線及其他雜物是否影響行走，及時(shí)將信息反饋操作司機(jī)，保證行走安全。
3.6 纜載吊機(jī)吊裝介紹
預(yù)加載：30T→→70T→→100T→→130T每30T一級(jí)逐步加載提離駁船，過(guò)程中將鋼梁重量逐漸轉(zhuǎn)移到千斤頂。在初加載時(shí)，調(diào)整每個(gè)主千斤頂受力，使其保持基本相同。當(dāng)40%荷載轉(zhuǎn)移到千斤頂時(shí)，再次檢查千斤頂、錨固塊、扁擔(dān)梁和鋼梁的連接。當(dāng)加載到90%荷載時(shí)，換一個(gè)空行程一次將鋼梁提離駁船，以減少鋼梁離開(kāi)駁船時(shí)的晃動(dòng)。操作人員觀察各點(diǎn)的受力情況，根據(jù)梁段理論吊點(diǎn)的受力情況來(lái)調(diào)定各點(diǎn)受力，保證其水平提升，同時(shí)也可利用重心調(diào)節(jié)千斤頂來(lái)調(diào)節(jié)梁段重心。鋼梁離開(kāi)駁船后，對(duì)總提升量清零后用自動(dòng)模式提升，再次檢查抱箍和墊塊螺栓（加載過(guò)程中各抱箍要不斷緊螺栓，卸載前各抱箍應(yīng)提前將螺栓松弛一定程度）。吊梁時(shí)，每個(gè)千斤頂邊必須站一人觀察千斤頂、鋼絞線、各油管及泵站，如遇緊急情況發(fā)生來(lái)不及通知控制室，可按下急停按鈕以停止千斤頂工作，避免問(wèn)題惡化。
當(dāng)提升接近吊索位置，改為手動(dòng)操作，根據(jù)鋼箱梁上安裝指揮人員提升或下放，在此過(guò)程中特別注意的是各千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)可能不一樣，各點(diǎn)在上下夾片的位置也可能不一樣，所以在調(diào)前確認(rèn)該千斤頂荷載所在夾片位置。當(dāng)?shù)跛骱弯摿哼B接固定后進(jìn)行卸載（卸載時(shí)注意觀察各點(diǎn)受力逐漸卸載情況），將鋼梁重量轉(zhuǎn)移至吊索，拆除吊具與鋼梁連接，即完成鋼梁的吊裝。
纜載吊機(jī)在提升及下方過(guò)程中，兩邊提升千斤頂應(yīng)各配備一名觀察人員，保證鋼絞線順利通過(guò)千斤頂，同時(shí)觀察各油管、電線路、傳感器等正常工作，保證吊裝安全。
3.7 纜載吊機(jī)拆除
纜載吊機(jī)拆除與安裝流程相反，拆除過(guò)程中注意遵循安全管理規(guī)程，保證拆除安全。
4 結(jié)束語(yǔ)
鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋采用四臺(tái)纜載吊機(jī)由南北中跨向兩邊同時(shí)對(duì)稱架設(shè)，保證塔柱垂直度在可控范圍，因纜載吊機(jī)自身重量造成主纜受壓后變形，致使原設(shè)計(jì)抱箍和主纜不匹配，施工過(guò)程中對(duì)抱箍現(xiàn)場(chǎng)修改，保證其與主纜貼合鎖死緊密。同時(shí)，在纜載吊機(jī)行走過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)貓道改吊已完成，致使纜載吊機(jī)行走時(shí)除需跨越索夾外還需跨越改吊繩，致使行走效率大大降低，上下游改吊繩對(duì)稱布置，保證纜載吊機(jī)行走時(shí)上下游行走機(jī)構(gòu)同時(shí)跨越改吊繩可提高行走效率，這為以后同類型施工積累一定施工經(jīng)驗(yàn)。懸索橋鋼梁吊裝施工所用纜載吊機(jī)施工難度高，施工風(fēng)險(xiǎn)高，加強(qiáng)設(shè)備日常各類安全檢查，嚴(yán)格實(shí)行“一吊一檢”制度，保證施工安全可控。
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