大跨度懸索橋上部結構大臨設施施工風險控制研究

張永福 （江海職業技術學院，江蘇 揚州 225101）

1 引言

自1995年我國第一座現代大跨度懸索橋汕頭海灣大橋建成以來，懸索橋建設的步伐從未停歇。到2018年底，我國已建成主跨跨徑千米以上的懸索橋達16座，占全世界同等規模懸索橋近半壁江山[1]。相對其他橋型而言，懸索橋具有跨越能力強、造型美觀、抗震性能優良等優點，同時也具有施工技術復雜、精度要求高、施工風險大等特點。

現階段大型懸索橋上部結構施工中使用的大臨設施主要包括：門架系統、貓道系統、牽引系統、加勁梁吊裝系統等。這些大臨設施的施工是懸索橋上部結構施工中的重要一環，也是施工難度和風險極高的環節。施工過程的風險不僅會影響到大臨設施自身，有時還會影響到后續主體結構的施工質量和安全，甚至對已建結構帶來威脅，如貓道索的不平衡力導致主塔出現位移和扭轉等。因此，在大臨設施的施工過程中，對危及結構和人員安全的風險進行有效控制尤為重要。

2 普遍性施工風險控制

大臨設施因其結構特點、施工工藝不同，存在不盡相同的施工風險，也存在較為普遍性的風險，如人員素質、機械設備、現場管理等方面，主要風險控制要點如下：

①設立由項目經理直接領導的安全小組，建立健全安全生產管理保證體系，落實安全生產責任制，所有建設人員按照國家規定進行基于工程項目實際的安全教育培訓，塔吊司駕、卷揚機操作、登高架設、焊接、吊裝等特種作業人員必須經過專門的安全作業培訓，持證上崗；

②項目部編制懸索橋上部結構大臨設施專項施工方案，并組織專家進行論證、審查；

③根據現場環境及大臨設施專項施工方案編制危險源清單，制定施工期風險控制計劃和工作細則，對于重大危險源的控制，在滿足安全風險控制的常規要求以外，還要從設計、環境、施工方案和管理措施等多方面進行防范和控制[2]；

④所有機械設備明確管理責任人，加強維護與保養，確保機械設備良好運行，對大臨設施施工中吊裝、牽引用卷揚機等重要設備進行重點管理；

⑤加強對建筑材料的質量風險控制，嚴格執行質量復驗程序；

⑥施工過程中，對安全風險進行實時跟蹤監控，預測風險變化趨勢，對新出現的風險和潛在的風險因素提出預警，及時進行識別分析和評估，制定風險應對策略。

3 差異性風險控制

3.1 門架系統

門架系統是為安裝懸索橋格柵、主索鞍、散索鞍、主纜、索夾及吊索、加勁梁等永久性結構以及牽引系統、貓道系統等臨時結構而設置的大臨設施。門架系統包括塔頂門架和錨碇門架兩大部分，見圖1、圖2。在門架系統的使用過程中常需承受較大的外力，因此門架系統自身要求有足夠的強度、剛度、穩定性。我國的門架系統主體結構一般為鋼桁架，由H型鋼等通過高強螺栓及焊接連接而成，為減小組拼的誤差及高空作業量，往往單件吊裝重量較大，并且因門架安裝高度高，鋼桁架吊裝過程易受風力影響，具有較大的施工難度。為切實減小門架系統安裝過程的風險，應做好事前及事中控制措施。

圖1 塔頂門架

圖2 錨碇門架

①吊裝設備。塔頂門架因吊裝高度高，現場由塔吊完成。錨碇門架視具體情況由塔吊或大型吊車完成吊裝。所有參與作業的吊裝設備需經專人進行設備詳細檢查，禁止設備帶病作業。

②吊裝參與人員。由項目技術負責人組織主要參與吊裝作業的人員進行技術交底，明確每名參與人員的責任和分工，并結合現場的實際情況廣泛交流意見。

③環境因素。門架吊裝屬于高空作業，危險性較大，在墜落半徑范圍內禁止一切無關人員進入，現場實施封閉管理并布置明確的警示標識、標牌，同時安排專人值班。積極關注天氣預報，選擇合適的吊裝時間。確定合理的門架起吊地點，所用吊具應進行仔細檢查，吊裝鋼絲繩等應完好無損，同時做好吊裝過程的防扭轉措施。

④結構整體性。門架應預先在構件加工廠進行試拼裝，防止因構件尺寸、螺栓孔位偏差等原因增加安裝風險。門架構件間連接所用的螺栓、焊接材料等必須與設計圖相符，由現場技術人員進行全程把關，焊接作業環境應符合相關技術要求。門架構件就位連接后，門架立柱底板與原結構面之間往往接觸不夠緊密，導致受力不佳，現場須使用經試驗確定配合比的水泥漿進行壓漿，確保傳力可靠。

⑤行走及提升系統。為降低索鞍、格柵吊裝風險，要求門架行走和提升系統結構可靠、安裝精度高。所有行走及提升用卷揚機要安裝牢固，門架頂的卷揚機與門架梁采用連續焊縫焊接固定，確保焊縫長度、焊腳尺寸，不得有焊縫缺陷。固定于地面的卷揚機可采用混凝土基礎的形式，通過預埋螺栓或鋼板進行連接，并在卷揚機前端設置保險措施。行走系統軌道安裝位置準確，軌道與門架梁牢固連接，軌道頂面平順，確保平車平穩運行。塔下轉向輪受力大，若未在塔身設置預埋件，采用錨栓等進行連接前應進行細致的計算，并進行現場拉拔試驗，在使用過程中加強監控。

3.2 貓道系統

貓道系統作為主纜索股安裝、主纜緊纜、索夾和吊索安裝、加勁梁吊裝、主纜纏絲、防腐涂裝等的施工平臺，貫穿懸索橋上部結構安裝工程的始終。我國的貓道系統多為三跨連續體系，由貓道承重索、扶手繩、貓道門架承重索、貓道面層、貓道門架、橫向通道及貓道錨固調整體系等組成，見圖3。貓道承重索承擔著貓道的全部荷載，單側數量通常為8根或10根，單繩直徑常達到50mm以上，單位重量大，并且是貓道系統形成過程的先行工序，是貓道系統施工風險控制的重中之重。

圖3 貓道系統

①架設原則。對于常規的兩塔懸索橋，為使主塔承受較小的不平衡外力，貓道承重索應按照上、下游對稱，中、邊跨對稱，先邊跨后中跨的順序進行架設。在實施貓道架設之前，應在兩岸塔頂建立索塔水平位移及扭轉監測基準點，以便隨時測量塔柱在貓道架設過程中的變形。監測點設置在左、右塔柱頂適當位置各兩個點[3]。施工中由測量人員結合現場情況及時監測主塔位移和扭轉。

②中跨貓道承重索多利用由本階段牽引系統拽拉形成的托架進行架設，邊跨貓道承重索常采用直接提升法進行架設。由于中跨貓道承重索在牽引索拽拉過程中支撐于托架托滾之上，會在相鄰托滾之間形成下垂線形，不僅會增加牽引系統的拉力，過大的垂度也可能對通航船舶形成威脅，因此，應在放索端適當施加制動力，控制索盤的轉速。同時，在指揮系統中安排專人關注貓道承重索線形，及時發現安全隱患。

③貓道承重索索長相差較小，錯誤使用后現場較難發現，因此，現場需由技術人員認真核對，橋塔、錨碇全線人員確定編號，避免出現安裝位置錯誤。

④貓道承重索固定于錨碇大小拉桿處，為了方便后期施工過程中貓道改吊等工作，需要合理預留大小拉桿長度。

此外，貓道系統其它組成構件施工時也存在一定的施工風險，施工中也要引起足夠重視。

①貓道面層鋪設時，側面網片尚未安裝，操作人員在面層上作業時必須將安全帶系于牢固處，見圖4。此階段若需操作人員在貓道面層行走作業，應單獨設置安全繩。在鋪設新一段面層時，應將固定用U形螺栓打緊，方可作業。

圖4 貓道面層鋪設

②貓道門架由橋塔向兩側下放時由塔頂卷揚機進行反拉，由于近塔段貓道門架承重索傾角大，禁止為了加快運輸門架速度而讓卷揚機過快放繩的操作，避免發生門架慣性失控傷人事故。

③在有通航要求的水域安裝貓道組件時，由于所用緊固螺栓、小工具等較多，應采取必要的防護措施，防止高處墜物對行船造成威脅。

3.3 牽引系統

牽引系統是懸索橋上部結構安裝中的重要組成部分，主要用于貓道和主纜的架設，是其架設過程的動力來源。我國懸索橋的主纜架設基本都采用預制平行索股法（簡稱PPWS法），牽引系統主要由牽引卷揚機、牽引繩、拽拉器及相應轉向、過渡和輔助裝置等組成。牽引系統一般分為兩個階段：貓道架設階段的牽引系統和主纜索股架設階段的牽引系統。主要施工風險控制要點如下：

①絕大多數懸索橋為跨江、跨河懸索橋，對于邊跨無水、淺水以及無通航要求或為輔助邊跨施工已搭設施工便橋時，邊跨先導索可直接牽引至塔側。中跨先導索架設分為自由懸掛牽引法、自由懸掛牽引法、水下牽引法、浮子法和空中過渡法，應結合水域深度、流速、水面寬度、河床等情況，進行綜合比對分析，確定最優的架設方案[4]。

多數先導索架設方法為水上作業，應嚴格遵守水上作業的施工作業安全規范。水上作業前應對天氣、氣象狀況有事先了解。大雨、暴雨、臺風、颶風、龍卷風、陰霾、大霧、風速達到6級等惡劣情況不能施工。水上作業人員應穿戴安全防護用品，如救生衣、安全帽、防滑鞋等，作業過程中應注意站立位置是否穩固、是否妨礙施工或阻擋其他人、機具行走或移動[5]。

②對于有通航要求的水域應在先導索架設前與航道管理部門聯系，結合實際情況，確定封航時間。封航時,在施工區域外設置警戒船、安全巡邏艇，防止外來船舶誤入施工區域。

③牽引系統的運行動力來源于錨碇后方的卷揚機，卷揚機的運行出現問題將帶來難以估計的后果。因此，除每臺卷揚機都要確保設備完好外，對操作人員素質也提出了更高的要求。卷揚機操作人員需經培訓考核合格方能上崗，每臺卷揚機固定人員，不可隨意調換，在運行過程中不得擅自離崗，不得做與卷揚機操作無關的任何事情。

④牽引系統運行中的事故往往發生在極短的時間內，因此，指揮系統的有效運行至關重要。指揮人員需經系統的培訓，具有應對突發情況的能力。指揮系統獨立設置，其他任何人不得使用該對講頻道，同時設置備用頻道，應對突發情況。

⑤牽引系統的轉向輪等構件長期承受較大荷載，應安排技術人員進行日常巡查，及時發現隱患。塔頂及錨碇門架導向輪軸向安裝位置必須準確，偏離軸線易造成主纜索股架設時牽引索從導向輪內脫落的情況，導致工程事故的發生。

3.4 加勁梁吊裝系統

懸索橋加勁梁通常采用整體節段提升法架設，由于結構設計和建設條件的不同，加勁梁有不同的安裝方法。根據吊裝設備的不同，主要采用跨纜吊機、纜索吊機、起重機法等3種方法進行安裝施工[6]。跨纜吊機可適用于各類型加勁梁的大節段吊裝，跨徑適應能力強，已在潤揚大橋、黃埔大橋、泰州大橋、西堠門大橋等建設中得到廣泛使用，是大跨徑懸索橋加勁梁吊裝的首選方法。跨纜吊機主要由卷揚機或液壓起吊提升系統、纜上支撐及行走系統、承重結構(端梁、橫梁、鉸座)、抱緊裝置、承壓裝置以及安全防護系統等組成，見圖5。跨纜吊機支撐于主纜之上，安裝位置高，吊裝重量大，安裝過程有較高的風險，應采取必要的保證措施。

圖5 跨纜吊機拼裝

①編制跨纜吊機安裝專項方案，并對主要參與人員進行技術交底。

②指揮人員應熟悉安裝作業方案、工藝要求和操作規程，明確指揮信號。所有參與安裝作業的人員聽從指揮,當指揮信號不清或有錯誤時,應停止作業，及時反饋溝通。

③有些跨纜吊機能在主纜下任何區域進行上纜安裝，上纜前應將所有工具、配件等妥善固定，實施封閉施工，跨纜吊機下方危險區域安排專人進行警戒，防止發生墜落傷害。

④跨纜吊機可使用自提升系統或借助主塔塔吊提升安裝。若借助塔吊提升安裝，需根據起吊能力對跨纜吊機進行分解，并關注氣象情況，選擇風力小、能見度高的良好天氣進行提升作業。臨時固定用手拉葫蘆、鋼絲繩等確保完好。

⑤無特殊情況，禁止跨纜吊機主體桁架結構在未拼裝完好狀態下過夜。

4 結語

現代懸索橋在我國的建設歷史較短，針對其施工過程的風險研究尚未形成體系。本文從建設人員和主體結構安全角度出發，以懸索橋上部結構施工中常用的大臨設施為研究對象，對大臨設施施工風險控制提出了一些看法，以期為我國懸索橋施工風險控制研究提供借鑒和參考作用。