水上特大型鋼沉井整節段拼裝和接高施工技術

王立忠

(中鐵大橋局集團第二工程有限公司，江蘇南京 210015)

1 工程概況

銅陵公鐵兩用長江大橋橋跨布置為(90+240+630+240+90)m的五跨連續鋼桁梁斜拉橋。斜拉橋主塔墩基礎為3#和4#主墩，其中3#主墩采用圓端形沉井基礎［1］，下端平面尺寸62.4 m×38.4 m，頂端平面尺寸64 m×40m，沉井總高度68 m，上部為18 m高鋼筋混凝土沉井，下部為50m高鋼沉井。鋼沉井沿高度方向分6節，從下往上每節高(9.5+4×7.5+10.5)m。平面上分為16個塊單元，鋼沉井總重5 381.76 t，最大單節吊裝重量為1 050 t。鋼沉井結構詳見圖1。

2 水文地質情況

橋位所在河道屬于感潮河段，水位受長江徑流與潮汐雙重影響，主要受長江徑流控制。10年一遇洪水水位為11.55m，流速2.5m/s;20年一遇洪水水位12.01 m，流速2.66 m/s。施工期間最高水位為11.3 m，最大水深超過40m，最大流速2.8 m/s。

3#主墩墩位覆蓋層厚約42 m，自上而下依次為厚約8.2 m的粉砂層、厚約13.7 m的細圓礫土層(局部為礫砂)、5.6 m的粉質黏土層(局部夾雜)、14.1 m的細圓礫土層。基巖為強風化砂質泥巖和微風化砂質泥巖。

3 3#主墩鋼沉井制造與拼裝施工技術難點

全橋施工工期緊，3#主墩鋼沉井制造、接高耗費時間對全橋施工進度具有重要影響;3#墩鋼沉井平面尺寸大，制造精度控制要求高;分節重量大，吊裝難度大。墩位處水深、流急，鋼沉井施工條件復雜，施工難度大。

4 鋼沉井整節段工廠制造和運輸

4.1 鋼沉井制造總體規劃

每節鋼沉井平面分為16個塊單元，詳見圖2。鋼沉井節段制造場地位于南通某造船廠鋼結構生產廠區內，片單元制造及塊單元組拼均在廠區內鋼結構加工車間及鋼結構加工平臺進行。塊單元分塊重量在50～70 t之間，制造完成后由150 t平板運輸車運輸至碼頭區。碼頭區組拼平臺可一次組拼兩個鋼沉井節段，完成后由1 200 t浮吊整體起吊裝船運輸至橋址。

4.2 鋼沉井節段制造

鋼沉井工廠制造主要分為3個階段:桁片單元件制作、驗收;塊單元制作、驗收、水密性試驗;鋼沉井節段整體組拼、焊接、驗收、水密性試驗。

桁片單元根據設計圖進行放樣，零件加工考慮采用精密切割、仿形切割、數控自動切割、等離子切割等方法，焊接在專用鋼結構加工平臺上進行。

塊單元采用以鋼沉井井壁外殼板為基面，在正切胎架上臥造的方法組焊加工。

鋼沉井塊段組拼場地在碼頭區組拼平臺，組拼原則為先中間后四周，先隔墻塊段后井壁塊段的方式進行［2］。首先安裝定位及支撐胎架，然后吊裝鋼沉井中心塊段，進行縱橫向及高度方向定位調整，以后以此塊段作為定位基準段，再向四周拼裝其它塊段［3］。

鋼沉井塊段組拼所采取主要技術措施如下:

1)鋼沉井塊段組拼采用支柱式全模板胎架，支柱采用型鋼桁架，模板采用鋼板，根據沉井外形尺寸設置，并精確放出胎架地輔線，以保證塊段定位及拼裝準確。

圖1 鋼沉井結構(單位:cm，標高:m)

圖2 沉井平面單元劃分(單位:cm)

2)定位塊段吊上胎架基本就位后，用不少于4根扁鋼花籃螺絲將塊段與地面鎖定，微調后使塊段上的井壁外殼、橋中心線與胎架地輔線吻合。

3)拼接塊段吊裝就位后，胎架上微調使其井壁外殼板盡量與胎架地輔線吻合，隔墻中心線與相關地輔線平行。將塊段初步定位固定，測出其平行間距，并據此決定兩分段接縫處的余量，劃出余量切割線，切割余量，開好焊接坡口并打磨后，解除對塊段的約束，對此分段進行二次定位，將塊段接縫交付焊接［4］。

4)塊段拼裝完成后，根據胎架地輔線，用激光經緯儀在頂面桁架上和井壁外殼板上劃出橋梁中心線和半圓直徑線，為后續施工現場整節段接高拼裝提供精確定位依據。

4.3 鋼沉井節段整體起裝裝船

1)吊裝設備

鋼沉井節段組拼完成后，進行整節段起吊裝船作業，組拼場地位于工廠碼頭區，采用吊重參數均滿足起重和1 200 t浮吊作為鋼沉井吊裝設備的場地要求。

2)吊耳設計

鋼沉井節段最大重量1 050 t，起吊吊點設置在井壁中間兩道隔墻上，每道隔墻上布置4個，共8個，沿沉井中心線對稱布置。單個吊耳按受力175 t設計。吊耳布置在隔墻井壁隔艙板一側，并充分利用隔艙板剛度。吊耳板焊接在隔墻井壁壁板上，沿斜吊角度設置，為防止壁板發生變形，在壁板外側貼板加強，并采用設置對撐φ600鋼管支撐的方式抵消因斜吊產生的水平力。

3)起吊作業

鋼沉井節段運輸駁船進入預定位置后，浮吊在碼頭前水域拋錨定位，定位完成后，調整船位至吊裝半徑以內，松鉤將鋼索具連接鋼沉井的各吊耳，調整垂直度起鉤，調整全船的錨位慢慢松鉤至吊裝要求。鋼沉井節段起吊離位100mm時，在主鉤上進行二次剎車。無異常情況后，浮吊進行起升作業將鋼沉井吊起至預定高度，剎車使其靜止懸掛。鋼沉井吊離原地的時候，剎車應保證鋼沉井的水平以及平衡。調整后的浮吊船位應與駁船呈“T”字形形態。定位完成后浮吊進行前后移動操作，使浮吊平穩地移至鋼沉井需擺放位置，前后調整錨纜使處于懸掛狀態的鋼沉井對準運輸駁船擺放，然后進行綁扎固定。

4.4 鋼沉井整節段運輸

1)運輸設備

根據鋼沉井節段尺寸及噸位，采用一艘海駁配兩艘2 000 hp拖輪及一艘960 hp拖輪進行運輸。海駁船體長98 m、寬32 m、深7.5m，滿載吃水5.2 m，載重噸位為12 800 t。

2)航運線路

鋼沉井整節段運輸需從南通沿長江航線上行至銅陵橋址，總航程約450 km，沿途需經過江陰、鎮江、南京、馬鞍山和荻港等地區。

3)鋼沉井整節段運輸主要技術措施

鋼沉井與駁船甲板以及兩節鋼沉井之間設置墊墩，并通過設置鋼絲纜風繩和松緊螺栓與甲板緊固以保證運輸過程安全。開航前，應對船舶狀態和設備進行全面檢查，對船舶裝載后的航行穩定性進行計算。航行中要保持聯系暢通，航行頻道要不間斷守聽。充分利用船只裝有的設備，在夜間或霧中航行，必須開啟雷達電子海圖、AIS等設備。

5 鋼沉井整節段起吊拼裝和接高

5.1 第一節鋼沉井起吊

第一、第二節鋼沉井運輸至工地后，準備第一節鋼沉井整體起吊作業。吊裝前穿掛遠近共8個吊點的吊裝鋼絲繩，檢查吊船各相關設備完好情況。在鋼沉井吊裝時，1 200 t浮吊在橫水流方向，運輸船南側進行起吊作業。準備工作就位后吊船對位，鋼絲繩掛鉤，緩慢起吊，整體將鋼沉井吊離運輸船。浮吊提吊鋼沉井至設計位置下放，使鋼沉井入水自浮，拖輪幫靠穩定后解除吊裝鋼絲繩，準備定位。

5.2 第一節鋼沉井錨碇定位

第一節鋼沉井下水前先進行鋼沉井錨碇系統施工，入水后由拖輪幫靠穩定住鋼沉井，然后將拉纜及邊錨錨繩由臨時工作船移至鋼沉井相應固定座上，絞錨定位鋼沉井，鋼沉井定位于墩位處［5］。

5.3 第二至第六節鋼沉井整體接高

第一節鋼沉井臨時錨碇定位完成后，后續節段鋼沉井由1 200 t浮吊整體吊離運輸船進行定位接高。

1)接高測量

接高全程進行測量控制，重點是沉井各節段共線度的控制，保證沉井接頭不出現折角和錯臺。通過在每節沉井壁上標示的共線鐵板來控制，用紅外線激光標點儀檢查鐵板是否共線，用檢定鋼尺測量尺寸復核。每節拼裝好后做好竣工檢查，做好記錄并繪制每節軸線偏差圖，在頂節標定軸線點時參考下面各節的軸線偏差圖。每節拼裝完成后，需在沉井壁上引測結構水平線。

2)沉井調平

接高施工前需對已定位鋼沉井進行調平。采用部分隔艙壓水的方法進行調平，在達到調平目的的同時還可以降低沉井重心，減少晃動，方便后續對位接高。

3)接高對位

接高時先將節段上帶有的定位銷與限位板初步對位，然后根據定位基準線，對上下節段的橋中心線以及水平200mm對合線進行微調，完全吻合后，固定吊裝節段。同時對鋼沉井的中心線及標高進行測量，經檢驗合格后進行接縫定位焊接。上下沉井單元接高錯邊量要求＜2 mm。為調整鋼沉井節段與節段之間隔艙板對接時的偏差，在每一節段的隔艙板上口加裝焊120mm寬的面板。

4)環縫焊接

鋼沉井精確對位后進行環縫施焊，焊接采用CO2氣體保護焊接。CO2氣體保護焊滿足防風、防雨條件，焊絲和焊條采用CX-71，焊條直徑φ1.2，CO2氣體純度＞99.5%。電壓控制在27～28 V，電流210～270 A，焊接速度30～33 m/h，氣體流量10～15 L/min。焊接需連續完成，過程中不中斷。焊接時嚴格按設計圖施焊并配備足夠的施焊人員及設備。焊縫完成外觀檢驗合格后，用真空法檢驗現場焊縫的水密性。焊縫檢驗合格后方可吊裝接高下一節段。

鋼沉井接高時在下節鋼沉井頂口以下1.00m處設置1.25m高簡易挑架，方便焊接設備擺放及人員通行。直線段挑架沿沉井外輪廓每1.90m布置一道，圓弧段每0.80～0.90m布置一道。

5)止擺措施

為減小接高過程中的沉井擺幅，第二節沉井接高完成后增設4根拉纜、4根邊錨，第四節沉井接高完成后增設4根拉纜，并將邊錨錨繩上倒至第四節，第六節沉井接高完成后將部分拉纜及邊錨錨繩上倒［6］。

第三至六節段鋼沉井分兩個批次運抵工地后均由1 200 t浮吊按照上述方法整體接高(見圖3)。鋼沉井接高完成后進行精確定位，井壁內對稱、均勻、快速注水使鋼沉井迅速著床。

圖3 鋼沉井整節段接高吊裝示意(單位:cm)

6 結語

銅陵公鐵兩用長江大橋3#墩鋼沉井制造與拼裝施工采用工廠整節段制造整拼接高技術方案，從第一節鋼沉井起吊下水到第六節鋼沉井接高完成僅用了2個月時間。該方案的優點是:鋼沉井所有鋼構件從制造到整節段的組拼全部在工廠內完成，充分利用工廠固有資源，解決了沒有現場制造、組拼場地，機具設備配備以及電力供應不足，制造精度低的難題，簡化了工序，有效地減少了現場安裝的工作量，節約了工期和成本，確保了安全和質量。工廠整節段制造整拼接高方案在銅陵長江大橋3#墩鋼沉井施工中的成功應用，豐富了鋼沉井整節段制造接高的理論，提高了實踐水平。該施工技術可為我國特大型橋梁深水基礎施工提供一些借鑒。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10203—2002 鐵路橋涵施工規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［2］邱瓊海，林國雄.泰州長江公路大橋特大型鋼沉井制造、拼裝和混凝土沉井接高施工技術［J］.鐵道標準設計，2009(9):50-53.

［3］彭武，林帆，趙強，等.超大型薄壁沉井鋼殼加工和精度控制［J］.中國工程科學，2010，12(4):21-24.

［4］蔣能世，許國亮，馮斌，等.南京長江第四大橋北錨碇沉井鋼殼制作及拼裝技術［J］.公路，2010(6):16-19.

［5］葉建良.泰州長江大橋中塔鋼沉井的浮運、定位與著床［J］.公路，2008(12):99-104.

［6］楊新魁，王林.泰州長江公路大橋中塔大型沉井定位施工技術［J］.施工技術，2009，38(1):34-36.

［7］劉錫斌.湘桂線湘江1號特大橋水中基礎沉井圍堰施工技術［J］.鐵道建筑，2011(9):5-7.