虎門二橋坭洲水道橋鋼箱梁架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)分析

王曉佳，陳 凡，張瀚釗

(保利長大工程有限公司，廣州 廣東 511430)

1 工程概況

虎門二橋坭州水道為主跨1 688 m雙塔雙跨懸索橋方案，跨徑布置為(658+1 688+522)m。塔頂主纜理論交點(diǎn)標(biāo)高260.939 m，矢跨比為1∶9.5，主纜橫橋向中心間距為42.1 m，吊索順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距為12.8 m。

坭洲水道橋主橋鋼箱梁全寬49.7m，高4 m。具體尺寸為：頂板寬40.6 m，風(fēng)嘴寬2.1 m，平底板寬31.3 m，斜底板寬6.7m。風(fēng)嘴外側(cè)設(shè)置寬1.5 m檢修道和1 m寬導(dǎo)流板。平底板兩邊設(shè)置檢查車軌道及軌道導(dǎo)風(fēng)板。

全橋鋼箱梁共11種梁型，其中：B類梁段為標(biāo)準(zhǔn)梁段，共161片，C梁段4片，A、D、D’、E、G、H、I類梁段各1片，F(xiàn)、J梁段各2片。本橋吊索順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距為12.8 m，B、C、F、J、G梁段均為12.8 m標(biāo)準(zhǔn)梁長。全橋鋼箱梁分段統(tǒng)計(jì)表詳見表1所示。

表1 鋼箱梁分段統(tǒng)計(jì)表

虎門二橋坭洲水道橋跨越坭洲水道(獅子洋)所在橋位處河面寬度約2 300 m，河床呈中間深、兩邊淺的走勢，河床面過渡平滑，最深處約24 m。主跨范圍平潮位水深在4.0 m以上，邊跨大部分區(qū)域平潮水深在2.5～3.0 m，滿足鋼箱梁運(yùn)輸要求。西過渡墩緊鄰珠江防洪大堤，其中西過渡墩以東30 m范圍床底標(biāo)高穩(wěn)定在-0.5～0 m之間，平潮水位河床露出，無法滿足鋼箱梁運(yùn)輸條件，同時(shí)由于防洪大堤緣故，無法滿足疏浚架梁條件。

2 鋼箱梁吊裝總體方案

鋼箱梁采用跨纜吊機(jī)按照從跨中遠(yuǎn)塔端向塔柱近塔端方向的順序依次對(duì)稱安裝。中跨部分由位于橋跨中心線的Z66和Z67梁段開始，向兩邊行進(jìn)，對(duì)稱吊裝。

根據(jù)監(jiān)控計(jì)算結(jié)果，中跨吊裝至Z59和Z75梁段完成后(中跨吊裝17個(gè)梁段后)，西邊跨開始吊裝B2梁段。其余邊跨鋼箱梁吊裝待中跨吊裝48個(gè)梁段后，由過渡墩向西塔方向與中跨梁段同步吊裝。

具體吊裝順序?yàn)椤?/p>

(1)搭設(shè)淺水區(qū)運(yùn)梁棧橋，疏浚西邊跨淺水區(qū)河床以滿足運(yùn)梁船及浮吊船的通航要求。安裝跨纜吊機(jī)，并完成調(diào)試和試運(yùn)行。加工并安裝西邊跨過渡墩可伸縮活動(dòng)托架，以備過渡墩B1段端梁吊裝。

(2)跨纜吊機(jī)從跨中向東西兩塔方向行走，依次吊裝中跨鋼箱梁。依次吊裝跨中Z66和Z67梁段。采用可伸縮活動(dòng)托架吊裝B1梁段就位。

(3)梁段安裝過程中，根據(jù)監(jiān)控指令實(shí)施主索鞍頂推作業(yè)。跨中完成Z43和Z90梁段后，與中跨同步，從西過渡墩至西塔方向依次吊裝西邊跨梁段。

(4)中跨完成Z5和Z128梁段、西邊跨完成B39梁段后，吊裝近塔區(qū)梁段。按照西中跨→西邊跨→東中跨的順序吊裝合攏段。

3 鋼箱梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 跨纜吊機(jī)

本項(xiàng)目采用500 t級(jí)跨纜吊機(jī)，配備DL-P40中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，用以控制和監(jiān)視吊梁用千斤頂、荷載傳遞動(dòng)力缸和移機(jī)千斤頂。該跨纜吊機(jī)動(dòng)力模塊采用發(fā)電機(jī)自發(fā)電方式。跨纜吊機(jī)在主纜上的行走采用“滾輪式”。在索夾兩端設(shè)置墊塊，實(shí)現(xiàn)主纜在索夾處的平順過渡，實(shí)現(xiàn)纜載吊機(jī)“爬坡”通過索夾。

3.2 深水區(qū)鋼箱梁架設(shè)

橋位深水區(qū)一般鋼箱梁滿足運(yùn)梁船的通航要求，采用跨纜吊機(jī)纜上就位，駁船水上就位后垂直吊裝，屬于懸索橋鋼箱梁吊裝的常規(guī)工藝，不做詳細(xì)介紹。

3.3 淺水區(qū)鋼箱梁架設(shè)

西邊跨淺水區(qū)范圍較大，運(yùn)梁船無法直接就位吊裝，且由于吊索較短蕩移施工困難。針對(duì)上述情況，需另行搭設(shè)運(yùn)梁棧橋滿足箱梁就位垂直起吊條件。同時(shí)，在過渡墩上布置一個(gè)可伸縮的活動(dòng)托架，便于淺水區(qū)西過渡墩上B1梁段的吊裝。

B1梁段吊裝施工采用墩頂可伸縮活動(dòng)托架法，總體吊裝流程為：浮吊泊位→運(yùn)梁進(jìn)場→將B1段鋼箱梁轉(zhuǎn)運(yùn)至運(yùn)梁棧橋上→移梁到過渡墩旁的起吊位置→調(diào)整鋼箱梁位置→使用跨纜吊機(jī)提升鋼箱梁→落梁至過渡墩墩頂?shù)幕顒?dòng)托架上→移梁到位。

(1)在支起伸縮托架前，先在斜撐根部U型限位螺栓處綁扎鋼絲繩。提升鋼箱梁到預(yù)定高度后。使用卷揚(yáng)機(jī)牽拉事先焊好的主梁延伸臂，提升主梁。

(2)伸縮托架主梁就位至提升設(shè)計(jì)位置，使用錨碇門架上的卷揚(yáng)機(jī)提升托架斜撐。

(3)提升斜撐至牛腿銷軸槽喇叭口上方附近。下放主梁，同時(shí)觀察并調(diào)整銷軸的位置。下放主梁直至銷軸落在牛腿上。收、放主梁，帶動(dòng)銷軸滑落進(jìn)銷軸槽，完成托架架設(shè)。設(shè)置橫向斜撐連接過渡墩墩頂預(yù)留鋼筋頭和托架主梁，以確保托架主梁的橫向穩(wěn)定性。

(4)解除卷揚(yáng)機(jī)和托架間的連接。在托架主梁上鋪設(shè)移梁軌道，并布置好滑塊。落梁。

(5)將B1梁段移運(yùn)至施工安裝里程位置。落梁，將B1梁段臨時(shí)放在過渡墩臨時(shí)墊塊上，解除B1梁段與托架接觸。將活動(dòng)托架放下，準(zhǔn)備B2梁段的吊裝。吊裝B2梁段，然后支起活動(dòng)托架支撐B2梁段，幫助梁段保持平衡。

(6)吊裝B2梁段。待B2梁段提升到位后，安裝B2梁段臨時(shí)吊索，保持B2梁段平衡。繼續(xù)吊裝B3梁段，并安裝B2、B3梁段間的臨時(shí)連接，形成穩(wěn)固的整體結(jié)構(gòu)。繼續(xù)吊裝邊跨梁段至監(jiān)控指定梁段。

(7)將B1梁段的臨時(shí)墊塊拆除并下放到移運(yùn)小車上。將B1梁段移運(yùn)至設(shè)計(jì)位置。張拉過渡墩限位吊索，調(diào)整B2梁段標(biāo)高后與B1梁段相接。安裝B1和B2梁段之間的臨時(shí)連接，最終完成過渡墩墩頂梁段的吊裝。環(huán)焊完成后拆除托架。

3.4 近塔區(qū)鋼箱梁架設(shè)

主塔區(qū)無索區(qū)梁段包括西主塔處的T1梁段及其兩端的B43和Z1梁段，東主塔處的T2梁段。T1段為E型鋼箱梁，設(shè)計(jì)吊重235 t；B43段為D型鋼箱梁，設(shè)計(jì)吊重232 t；Z1段為D’型鋼箱梁，設(shè)計(jì)吊重244 t；T2段為H型鋼箱梁，設(shè)計(jì)吊重305 t。

西塔無索區(qū)梁段為B43、T1及Z1段，利用跨纜吊機(jī)蕩移就位。

蕩移系統(tǒng)由拽拉卷揚(yáng)機(jī)、拽拉鋼絲繩、動(dòng)滑車、定滑車及其錨固架和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等組成。箱梁蕩移采用布置在塔頂門架上的12 t卷揚(yáng)機(jī)拽拉。拽拉動(dòng)滑車掛在各個(gè)待蕩移的箱梁靠塔側(cè)的臨時(shí)吊點(diǎn)上，定滑車及其錨固架掛在塔柱人洞上。

近塔無索區(qū)梁段采用臨時(shí)吊索+下橫梁挑梁的前吊后支方式調(diào)整線型及體系轉(zhuǎn)換。

3.5 合攏段鋼箱梁架設(shè)

為增加合攏段施工的靈活性和適應(yīng)性，根據(jù)監(jiān)控指令，將B40、Z4和Z131梁段作為合攏段。西塔處的合攏段先吊裝Z3段，后吊裝B40段，最后合攏東塔處Z131梁段。即先合攏西中跨，再合攏西邊跨，最后合攏東中跨。Z4合攏段吊裝前，在B43、T1、Z1吊裝時(shí)預(yù)先往西邊跨方向落位偏30 cm，利于直接垂直起吊。

B40合攏段吊裝前，利用西錨錠前支墩上的2臺(tái)12 t卷揚(yáng)機(jī)及過渡墩墩頂?shù)闹骼|限位吊索索夾轉(zhuǎn)向滑輪，并配備2個(gè)60 t滑車組，用于整體拉拽西邊跨鋼箱梁。B40梁段吊裝過程中，西邊跨B1～B41共41段鋼箱梁整體向錨碇方向拉動(dòng)30 cm(所需水平拉力約60 t)。待合攏段吊裝就位后放松卷揚(yáng)機(jī)張力，并將已拉開的鋼箱梁節(jié)段逐漸推回原位。再將合攏梁段與相鄰梁段臨時(shí)連接固定。

4 鋼箱梁架設(shè)過程分析

4.1 頂推分析

對(duì)于混凝土橋塔，主索鞍鞍座的頂推是一項(xiàng)重要內(nèi)容，鞍座的頂推量和頂推時(shí)間是關(guān)系橋塔安危的重要因素，根據(jù)設(shè)計(jì)文件，本項(xiàng)目以橋塔塔頂偏位和應(yīng)力水平為控制標(biāo)準(zhǔn)制定頂推方案。其中廣東側(cè)橋塔主索鞍預(yù)偏量較小，共頂推4次；東莞側(cè)橋塔主索鞍預(yù)偏量大，共頂推9次。頂推過程中，塔頂最大壓應(yīng)力為2.751 MPa，最小壓應(yīng)力為1.479 MPa，無拉應(yīng)力出現(xiàn)，塔頂偏位最大為0.409 2 m，各計(jì)算工況下，主索鞍鞍槽內(nèi)索股抗滑移安全系數(shù)均大于2，滿足抗滑要求。

4.2 控制點(diǎn)位移分析

在吊梁過程中，隨著荷載的不斷增加，主纜和加勁梁的標(biāo)高不斷變化，為了保證成橋結(jié)構(gòu)的順暢和良好受力對(duì)每個(gè)工況進(jìn)行線形分析是必不可少的。選取中跨跨中、廣東側(cè)邊跨跨中作為控制點(diǎn)，得到不同施工階段中控制點(diǎn)的變化規(guī)律，可知：主跨跨中控制點(diǎn)在吊裝初期變化較為明顯，在開始吊裝邊跨B3梁段時(shí)，位移達(dá)到最大值0.857 970 m，隨著邊跨吊梁繼續(xù)吊梁，位移逐漸減小；邊跨吊梁過程中，在吊裝Z79梁段時(shí)，邊跨跨中控制點(diǎn)的位移達(dá)到最大值2.308 44 m，后隨著邊跨荷載的增加，位移值逐漸減小。整個(gè)吊裝過程中，跨中、邊跨控制點(diǎn)的位移曲線較為平順，未出現(xiàn)較大的位移突變。

5 結(jié) 語

(1)根據(jù)大跨度跨江懸索橋的施工水域環(huán)境及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)“深水區(qū)、淺水區(qū)、近塔無索區(qū)、合攏段”分別采用“攬載吊機(jī)、可伸縮活動(dòng)支架、蕩移法、卷揚(yáng)機(jī)反拉+垂直起吊”等4類關(guān)鍵技術(shù)開展鋼箱梁吊裝作業(yè)。在保證施工期線型精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過科學(xué)合理組織、吊裝過程精準(zhǔn)管控等措施，坭洲水道橋鋼箱梁吊裝歷時(shí)70 d完成全橋176片梁段吊裝，給臺(tái)風(fēng)高發(fā)期來臨之前完成全部梁段的焊接提供了充裕的自由時(shí)間，保障了坭洲水道橋的安全渡臺(tái)及整體結(jié)構(gòu)安全。

(2)坭洲水道橋過渡墩淺水區(qū)鋼箱梁擯棄了傳統(tǒng)的落地支架法及浮吊架設(shè)法，避免了落地支架搭設(shè)的“人、機(jī)、材”及工期成本的投入和大型浮吊需要清淤航道的難題，設(shè)計(jì)了一種可伸縮活動(dòng)的托架，在梁段提升過程中通過托架的伸縮與支撐實(shí)現(xiàn)托架體系轉(zhuǎn)換，達(dá)到對(duì)懸索橋過渡墩處邊跨端梁的吊裝施工及臨時(shí)支撐。該方案節(jié)約支架鋼材約600 t，節(jié)約支架搭拆工期約1.5個(gè)月，提高了攬載吊機(jī)的有效利用，節(jié)省了大型浮吊進(jìn)行鋼箱梁吊裝的設(shè)備投入及航道清淤工作量，取的了較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。