馬來西亞登嘉樓開啟橋懸拼安裝技術*

吳 昊，潘孝金，吳慶超，徐 昌，趙 杰

(中國華西企業有限公司，廣東 深圳 518034)

0 引言

馬來西亞登嘉樓開啟橋為雙葉立轉式開啟橋，南北橫跨登嘉樓河，開啟橋橋體全長89.838m、寬23m，轉動半徑33.5m，跨徑67m，開啟角度75°。采用無線通信技術實現兩岸開啟橋系統間的無線聯控，通過控制南北岸液壓系統驅動液壓油缸伸縮，實現雙葉懸臂橋體的開啟與關閉。

1 工程概況

橋體結構采用鋼桁結構，單橋由3片變截面工字形主縱梁(2片邊縱梁OBG及1片中縱梁IBG)、12道對稱布置的工字形主橫梁(FB0～FB5)、頂部縱橫次梁及底部水平斜撐等構件栓接成橋體結構框架，邊縱梁兩側連接人行道結構。功能上分為配重段、軸承段和懸臂段3個區段，如圖1所示。

圖1 馬來西亞登嘉樓開啟橋橋體示意

主縱梁采用鋼板焊接而成，中縱梁單片重84t，長44.825m，配重段高2.767m，軸座段最大高度3.831m，懸臂段最小高度1.961m，邊縱梁梁高小于中縱梁194mm。主橫梁長8.7m，最大重7.7t。

配重箱為2個T形鋼箱體，由縱橫梁、底部模塊和側壁模塊組成，與配重段主縱梁栓接，鋼箱體內部填充混凝土作為主要配重，調節橋體重心縱向位置，側壁模塊上設計小方格裝配墨鑄鐵活動配重塊，調節橋體重心豎向位置。軸承段主縱梁為橋體核心部件，轉軸和前支撐上支座間設計有液壓油缸上支座，作為液壓油缸頂升主縱梁開啟的上部支點，如圖2所示。懸臂段端頭采用中部鎖定裝置，進行南北橋對中鎖定。

圖2 軸承座與液壓油缸示意

橋體配重段正上方為混凝土組合固定橋板，用于引橋和開啟橋橋面銜接，固定橋面板兩端連接在開啟橋主墩箱室剪力墻上；軸承段和懸臂段橋面鋪裝采用200mm厚輕質混凝土組合橋面板，開啟橋單橋橋體全重約1 500t。

2 開啟橋安裝重難點與施工技術分析

2.1 航道要求

本項目位于登嘉樓河入海口，橋梁跨越的航道是登嘉樓大中型船只的唯一出入口，占用航道進行安裝，會對本地企業的生產經營造成影響。因此，橋體結構設計采用南北橋獨立施工的方法，在單邊橋體安裝完成并調試結束后，將該橋體打開，進行另一半橋體安裝，降低對航道通行的影響。根據大型船只早出晚歸的時間特點，掌握和控制航行時間段，進行全橋聯合調試。

2.2 精密機械設備吊裝

軸承座為設備開啟與關閉動作的關鍵部件，單跨橋的3個軸承座同軸度要求為0.75mm，單重24.7t，其制造及安裝精度要求較高。另有液壓油缸(長5.3m，重8t)及液壓動力站(3.6m(長)×2.2m(寬)×3.1m(高)，重6.7t)等重要機械設備構件。安裝過程中，精密設備輕微撞擊可能造成難以補救的損傷。因此，船用起重機等水上吊裝設備無法滿足吊裝要求，須穩定可靠的地面重型吊裝設備。經綜合考慮，采用150t履帶式起重機作為精密機械及橋體結構的吊裝設備。

2.3 起重機軌道鋼平臺設計

考慮履帶式起重機作業時對地面要求，為150t履帶式起重機走行和吊裝設計了專用軌道鋼平臺，該平臺下部采用φ457×10鋼管柱、UC305×305×118kg/m工字鋼上橫梁和UB254×146×43kg/m工字鋼橫聯斜撐組成的支架，上部采用貝雷片桁架梁、縱橫工字鋼分配梁和鋼板組合的平臺。下部結構支架桿件避開開啟橋主體結構梁，上部結構平臺高于開啟橋橋面標高，避免起重機作業平臺及支架結構對開啟橋橋體安裝產生影響。貝雷片桁架梁采用321標準貝雷片和1m非標準貝雷片縱向組合，使貝雷片豎桿與支架上橫梁支座對應，支座不能對應貝雷片豎桿處，增加豎向支撐柱加強。單軌道采用6組貝雷片，設計間距600mm，履帶下部300mm，兩軌道間設置貝雷片橫聯增加側向穩定性。為抵抗履帶式起重機帶載行走過程中產生的水平力，支架結構與主墩箱室側壁混凝土結構進行拉結，如圖3所示。

圖3 起重機軌道平臺

2.4 鋼梁分段與起重機占位設計

考慮到運輸及現場安裝，采用主縱梁分段制造及安裝方案。根據履帶式起重機的起重性能參數、主縱梁結構特點和下部支座位置等因素，將主縱梁分為4個節段：配重段和軸承段依次為第1和第2節段，懸臂段分成2個節段，分別為第3和第4節段，相鄰節段間采用螺栓連接。第2節段鋼梁與轉軸組件通過高強螺栓連接組合，最大吊裝構件總重57t，如圖4所示。

圖4 主縱梁分段示意

在主縱梁分段制造前，進行橋體結構的預拱度設計，加工后進行構件實體預拼裝，節段連接位置的螺栓孔群及拼接板孔群的加工采用專門制孔工藝，確保加工孔群同位差滿足要求，保證主縱梁拼裝后，桿件平面度、垂直度、直線度等滿足要求。

根據構件尺寸、自重及分布位置，設計4個起重機占位點，如圖5所示：①初始站位起吊液壓油缸、軸承座等設備；②占位1 起吊第2節段中縱梁IBG(重57t)，起吊轉運幅度9m；③占位2起吊第2節段邊縱梁OBG(重53t)，起吊轉運幅度10m；④占位3起吊第1，3，4節段構件。

圖5 起重機占位示意

2.5 吊裝工況分析

采用空間有限元程序MIDAS/Gen對吊裝過程中的6種不利工況進行仿真分析，如圖6所示。

圖6 工況模擬模型

其中，下部支撐結構最大應力比0.38<1，上部貝雷梁鋼平臺最大應力比0.84<1，貝雷梁最大豎向變形1/1 376<1/400，滿足規范要求，如表1所示。

表1 吊裝工況分析

2.6 重心控制

橋體重心位置隨著橋體安裝進程會不斷變化。軸承座支座和前支撐支座間距小，作為開啟橋橋體安裝過程中的主要支座，在安裝過程中，橋體重心超出支座范圍將造成橋體傾覆。為此，在配重段主縱梁下部增加鋼管柱作為臨時支撐，橋體安裝時，通過分階段增加配重段配重使橋體重心后移。

為確認橋體施工過程中橋體的重心位置，在施工各階段進行橋體的重心位置計算，同時前支撐座位置安裝200t稱重傳感器，監測橋體對前支座產生的作用力，用以計算復核橋體重心位置，采取理論計算和現場測量雙控措施保證橋體安全。橋體開啟調試前，橋體重心也需通過理論計算和稱重傳感器復核，計算液壓油缸調試前的頂升力，保證調試順利進行。

2.7 高空連廊交叉作業

南北主墩分別有1座35m跨度鋼結構高空連廊，離橋面凈空高度42m，連廊外裝飾和內裝修施工工序多，施工周期長。連廊正下方為開啟橋配重段和軸承段的核心施工區域，垂直交叉作業對開啟橋施工影響大。因此，須將連廊和開啟橋施工在南北橋安裝工序中穿插錯開；同時，連廊鋼結構安裝采用液壓同步整體提升技術，以更高效的地面拼裝方式減少連廊結構施工時間；提升至高空并完成對接后，完善高空立面和水平防護，避免連廊在高空的裝飾裝修施工對開啟橋施工造成影響；選取36.58m履帶式起重機主臂，既要滿足開啟橋吊裝要求，又要避免履帶式起重機在連廊下方回轉時發生碰撞，如圖7所示。

圖7 高空連廊垂直交叉作業示意

2.8 施工工序設計

橋體復雜施工工序多，施工前需對工序進行設計，如圖8所示。

圖8 開啟橋施工流程

3 施工方案

3.1 起重機軌道平臺安裝

1)在主墩箱室內搭設操作架，安裝起重機軌道平臺下部結構支架，鋼管柱基礎定位和安裝垂直度須準確，避免支架桿件與橋體結構相碰。因配重箱體模塊、軸承段橫梁和內部檢修鋼平臺等構件尺寸較大，須在貝雷梁鋼平臺安裝前吊裝堆放在支架上，支架相應位置設計安裝配重箱臨時支撐和橫梁。

2)在預應力混凝土引橋橋面依次架設首段貝雷梁鋼平臺和三角斜坡架，斜坡架采用UC305×305×118kg/m型鋼焊接，斜坡角度10°，表面做防滑處理。因斜坡架平面與鋼平臺平面轉角角度較大，履帶式起重機上下坡在轉角處進行平臺轉換瞬間，大臂會有較大落差。為保證履帶式起重機上下平臺行走平穩，上平臺時采取無配重空載行走，下平臺時采取帶配重空載行走，鋼平臺和斜坡架下部通過小型鋼固定件與引橋混凝土橋面預埋件錨固點焊接固定。由于履帶式起重機行走及吊裝工況下對橋面產生的荷載較大，根據結構計算復核結果，在引橋結構施工期間對局部混凝土結構加強加固。

3)液壓油缸、軸承座及其鋼支撐等構件通過引橋分別運抵鋼平臺進行安裝，如圖9所示。其中，軸承座及其鋼支撐安裝后須進行精密校準，并緊固螺栓；液壓油缸臨時固定后進行表面覆蓋保護。配重箱模塊和軸承段主橫梁等構件下放至支架橫梁后，貫通貝雷梁鋼平臺。

圖9 履帶式起重機吊裝設備示意

3.2 第2節段安裝

1)在起重機占位1吊裝第2節段中縱梁IBG，安裝調整前支撐座臨時支架和千斤頂，將縱梁從2個軌道中間緩慢下放，前端放置于前支撐座臨時支架上表面；后端緩慢調整其位置，保持縱梁中心線與耳軸支座中心重合，將其安全無損壞地放置于已精密校準的軸承座內。調整千斤頂，將稱重傳感器安裝在前支撐下支座與主縱梁上支座之間，復核主縱梁的軸線標高無誤后，拆除臨時支撐。

2)在占位2吊裝主橫梁從起重機軌道側面下放，一端平移至中縱梁IBG，再下放該側邊縱梁OBG吊裝，調整好標高軸線后與主橫梁連接固定。

3)用相同方法在占位2安裝另一側主橫梁和邊縱梁OBG，校準后連接固定，形成第2節段主框架。

3.3 第1節段和配重箱安裝

第1節段主縱梁后端架設在鋼管臨時支撐上，前端與第2節段主縱梁螺栓連接。T形配重箱立面分為上、下2部分，上部為主縱梁和橫梁組成的箱格，下部為配重箱側板和底板模塊組成的箱格，箱體結構上、中、下共采用3道米字形內支撐。上部橫梁及內支撐分塊吊裝就位，下部模塊采取起重機預組拼后提升連接在上部結構上，如圖10所示。

圖10 配重箱立面示意

3.4 第3，4節段安裝

第3節段主縱梁前端設計超出航道，因此第3節段和第4節段大構件吊裝期間限航，并做好警示浮標。構件安裝固定后，構件端部和底部安裝警示燈，做好夜間照明。

第3節段安裝完成，進行第1次配重混凝土澆筑，配重混凝土澆筑量經過重心計算后確定，澆筑前后復核稱重傳感器數據與理論偏差值，分析和調整下一步構件安裝數量。中間隔離帶、人行道欄桿及內部檢修平臺等次結構與主結構同步安裝，第4節段安裝完成，拆除上部貝雷梁鋼平臺。

3.5 北橋橋面鋪裝

北橋結構安裝完成后，將貝雷梁鋼平臺轉移到南岸，并拆除起重機支架，為北側連廊提供施工場地，利用北橋橋體結構架設胎架，進行北側連廊地面拼裝，完成整體提升。然后，進行北橋橋面混凝土鋪裝施工，混凝土澆筑時，橋面雙向車道從跨中向軸承座方向對稱澆筑，其中橋端部預留1m不澆筑，用于南、北橋合龍時的標高調節，完成澆筑后進行養護。最后通過重心計算結果，進行第3次混凝土配重澆筑，并完善液壓油缸及液壓控制系統安裝，拆除配重箱底部臨時支撐。待橋面混凝土達到設計強度要求，開始進行北橋單橋調試。

3.6 南橋安裝調試

南側連廊利用南橋起重機支架下部結構架設胎架進行拼裝，并在北橋貝雷梁鋼平臺轉移到南岸之前完成整體提升。南橋首段起重機作業鋼平臺安裝后，開始南橋橋體安裝。考慮航道通航，南橋安裝至第3節段前暫停吊裝。在完成北橋的單橋調試后，即可啟動南橋第3和第4節段安裝。北橋保持日常可開啟狀態，根據航道船只通行需要進行單橋開啟和關閉，直至南橋調試完成，如圖11所示。

圖11 南、北橋吊裝工況示意

3.7 中部鎖定裝置

在聯合調試過程中，進行中部鎖定裝置安裝，全橋共設4組中部鎖定裝置，中部鎖定裝置設計分為插銷鎖桿和插銷接收座2部分，開啟橋關閉時，南、北兩岸開啟橋跨中的鎖桿通過液壓推桿插入接收座。在南、北橋結構安裝的各階段，可對橋體軸線偏差進行測量和調整，結構安裝完成后經復測，軸線偏差為2mm，達到了較高精度。但受橋跨應力變形、溫差、加工誤差等因素影響，兩岸開啟橋安裝后的標高對中存在不確定性。通過標高差粗調和精調2個步驟保證橋體精確合龍。

1)通過調節墊板對前支撐下支座高程進行精確調節，并使前支撐座與橋體上支座緊密貼合，將跨中高差調整至10mm，然后進行跨中指狀伸縮縫安裝和預留橋面調節段混凝土澆筑，完成配重箱墨鑄鐵活動配重塊分配。

2)鎖桿部分預先與橋梁主體安裝固定，兩岸橋跨處于正常關閉狀態時，打開鎖桿進行插銷座安裝，現場精確定位、制孔及安裝接收座，實現精確對中。

4 結語

本項目開啟橋建在航道中間，建造過程對航道過往船只影響較大，橋體為鋼結構與精密機械系統的結合，懸臂拼裝時橋體的應力變形和重心位置處于不斷變化狀態，控制難度大，且本項目橋體核心部分上空穿插連廊施工，項目的策劃需綜合考慮以上不利因素。本文提出的在開啟橋主墩箱室架設起重機軌道鋼平臺，采用履帶式起重機懸臂拼裝施工方法，確保了項目順利實施，并最大限度地減少了對航道通行的影響，鋼結構高空連廊的穿插施工縮短了工期，提高了設備利用率，取得了良好的經濟和社會效益。