超重異形鋼索塔吊裝吊具安裝關(guān)鍵技術(shù)

彭小亮

摘 要：港珠澳大橋江海直達(dá)船航道橋140#墩鋼塔吊具自重達(dá)300T，受海洋因素、吊裝空間小以及吊具與鋼塔吊裝鉆孔匹配精度要求高的影響，使得吊具安裝難度大、危險(xiǎn)性高。本本文介紹了140#鋼塔吊具的安裝工藝，并對(duì)吊裝所需的吊耳和支架進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算校核。工程實(shí)踐表明：此工藝技術(shù)安全可靠，吊具安裝過程順利，不僅為140#墩鋼塔的成功吊裝奠定了基礎(chǔ)，更可以為以后類似工程提供相應(yīng)的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：港珠澳大橋；吊具；安裝；計(jì)算校核

1 工程概述

港珠澳大橋江海直達(dá)船航道橋采用中央單索面三塔鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為110+129+258+258+129+110=994m，兩個(gè)中跨和次邊跨布設(shè)斜拉索。鋼塔為“海豚”全鋼結(jié)構(gòu)，主塔柱受力部分由下至上共分為Z0～Z12十三個(gè)節(jié)段，其中140#墩總高度108.5m。Z0節(jié)段高度為3.5m，重489噸，單獨(dú)吊裝；Z1～Z12節(jié)段高105m，重約2800噸[1]，呈平臥姿態(tài)由駁船運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，再采用浮吊整體吊裝的方式進(jìn)行安裝（如圖1）。

吊具的結(jié)構(gòu)合理性，是吊裝安全性能的重要指標(biāo)。江海直達(dá)船航道橋整體吊裝段吊具綜合考慮主塔結(jié)構(gòu)及浮吊起重能力，采用抗彎扭性能強(qiáng)、吊裝工藝方便的箱式結(jié)構(gòu)（如圖2）。整個(gè)吊具自重300T（主體重250T，兩側(cè)端梁各重25T），吊具主體與鋼塔受力部分通過8根13cm銷軸連接，兩側(cè)端梁通過Φ168mm高性能無接頭繩圈連接與浮吊船進(jìn)行連接，另外通過兩個(gè)大噸位3600旋轉(zhuǎn)銷軸與吊具主體連接。根據(jù)鋼鋼索塔的高度以及浮吊吊高的限制，吊點(diǎn)設(shè)置在Z10節(jié)段底部下部0.86m（距離鋼塔頂部36.76m）。

2 吊具安裝技術(shù)難點(diǎn)

（1）吊具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與鋼索塔聯(lián)系桿的最近距離只有12cm，安裝過程重需保證系桿不受破壞；

（2）吊具重量大，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，只能采用大噸位浮吊船進(jìn)行配合安裝，海上環(huán)境因素對(duì)安裝過程影響大

（3）吊具通過8根銷軸與主塔進(jìn)行連接，銷軸孔鉆孔匹配精度高，如何實(shí)現(xiàn)吊具的精確定位是安裝成功的關(guān)鍵點(diǎn)。

3 吊具安裝吊耳和臨時(shí)支架設(shè)計(jì)

3.1 吊耳設(shè)計(jì)

吊耳的結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到吊裝安全，吊具主體部分重達(dá)250噸，采用四個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝，吊裝時(shí)單個(gè)吊耳所承受的豎向荷載均達(dá)62.5噸，為保證吊裝過程的順利進(jìn)行，吊耳材質(zhì)均選擇為Q345鋼材，主板厚度為50mm，兩側(cè)各貼厚度為25mm的鋼板，焊縫采用氣泡焊，所有焊縫需均勻飽滿（如圖3）。

對(duì)吊耳采用有限元ABAQUS進(jìn)行受力分析，考慮1.2倍的荷載系數(shù)，從計(jì)算結(jié)果可以看出吊耳所受最大應(yīng)力為202MPa（如圖4），小于材料容許應(yīng)力，滿足相關(guān)規(guī)范要求[2]。

3.2 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)

由于吊具銷軸與主塔壁開孔的匹配精度為3mm，吊具和鋼塔斜拉索的最小間距為12cm，無法一次性將吊具吊裝就位。根據(jù)實(shí)際情況，吊具在吊裝過程中需進(jìn)行一次吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換，為配合吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換和吊具吊裝的精確調(diào)位，需要設(shè)計(jì)臨時(shí)鋼管支架，所用材質(zhì)均為Q235，鋼管支架分為A類和B類，其中A類鋼管下節(jié)高7.2m，上節(jié)高2.8m，B類鋼管下節(jié)高7.4m，上節(jié)高2.3m，分別位于鋼塔左側(cè)和右側(cè)，底部通過型鋼與駁船甲板焊接，且兩類鋼管各分為上下兩節(jié)，通過法蘭板用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。在吊具吊裝前，根據(jù)測(cè)量放樣的精確值將鋼管支架吊裝在對(duì)應(yīng)的位置。

為保證船體的受力安全，在鋼管底部采取相應(yīng)的應(yīng)力擴(kuò)散措施。為配合吊具最后的精確調(diào)位，順利實(shí)現(xiàn)吊具的穿銷工作，每根鋼管支撐內(nèi)放置1臺(tái)個(gè)300噸的三維千斤頂，采用H582型鋼對(duì)千斤頂進(jìn)行支撐，位置為下節(jié)鋼管頂部以下751mm，使三維千斤頂?shù)捻斆鎰偤门c下節(jié)鋼管頂面平齊。

鋼管支架采用有限元MIDAS/CIVIL進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的驗(yàn)算分析，根據(jù)實(shí)際情況，選擇較高的A類鋼管進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)鋼管的布置位置以及吊具主梁的重量（250t），計(jì)算出單個(gè)墊平支撐位置的最大荷載為86t，驗(yàn)算分析時(shí)候考慮1.5倍的荷載系數(shù)。

從計(jì)算結(jié)果可以看出臨時(shí)支架最大應(yīng)力是75MPa，最大位移是2.7mm，一階失穩(wěn)系數(shù)為16.7（如圖5、6、7），表明鋼管支架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求[2]。

4 吊具安裝

吊具的吊裝采用“中南898“號(hào)600噸變幅式起重船進(jìn)行起重吊裝（如圖8）?！爸心?98”起重船臂架700時(shí)副鉤起重能力為300噸，600時(shí)副鉤起重能力為260噸，單個(gè)主鉤起重能力為225噸，吊裝作業(yè)時(shí)，為避免起重船臂架受水平荷載的不利作用，起重船采用700和600配合作業(yè)。為盡可能的減少風(fēng)、浪、涌等海上不利因子對(duì)吊具安裝的影響，吊具的安裝在中山鋼塔預(yù)制場(chǎng)待鋼塔裝船后進(jìn)行安裝，且選擇風(fēng)力小于6級(jí)的氣象作業(yè)窗口。為配合吊具的吊裝，吊具在鋼塔支撐的對(duì)應(yīng)位置處焊接了四組相應(yīng)的找平塊；為避免吊具與鋼塔壁接觸面的直接剛性碰撞而造成損害，在鋼塔上提前放置12根枕木來減小剛性碰撞對(duì)鋼塔造成的損傷。

第一步：在“幸運(yùn)海”平駁船上吊裝臨時(shí)支撐鋼管，將三維調(diào)節(jié)千斤頂放置在鋼管里面的支撐型鋼上， “中南898”起重船按設(shè)計(jì)拋錨就位，調(diào)整臂架呈700，副鉤起吊吊具上的吊點(diǎn)2、2和3、3（如圖9、10）。

第二步：起重船緩慢起鉤至吊具到合適高度厚，開始絞錨前移，使吊具重心靠近鋼塔，同時(shí)保證鋼絲繩距離副塔邊緣有1m的安全距離，將吊具落于臨時(shí)鋼管支撐上。解除吊點(diǎn)連接， “中南898”起重船臂架仰角調(diào)整為600，轉(zhuǎn)換吊點(diǎn)，副鉤起吊吊點(diǎn)1、1，主鉤起吊吊點(diǎn)4、4（如圖11）。

第三步：拆除上下節(jié)鋼管的連接法蘭板螺栓，緩慢起吊吊具，同時(shí)起吊吊具及鋼管法蘭板以上的節(jié)段，橫移吊具并下放吊具到主塔上提前安放的的12根枕木上，解除起吊鋼絲繩（如圖8、12）。

第四步：4臺(tái)300T三維千斤頂同時(shí)頂升吊具，使枕木與吊具分開，拆除12根枕木。通過三維千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)，使吊具精確定位，安裝吊具與鋼塔塔壁連接的8根銷軸，完成吊具主梁安裝（如圖13）。

4 結(jié)語

港珠澳大橋江海直達(dá)船航道橋140鋼塔主吊具吊裝施工，通過制定完整的施工技術(shù)方案方案，配備現(xiàn)代化、專業(yè)化的作業(yè)設(shè)備，在保證了施工安全的前提下加快了施工進(jìn)度，為140#鋼索塔的順利吊裝打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)、創(chuàng)造了良好的先行條件。此方案的有效實(shí)施，可為類似施工作業(yè)提供一定的參考。