馬來西亞登嘉樓開啟橋

孔 旭 周 罡 盛朝暉 王春芳

武漢武橋交通裝備技術有限公司 武漢 430056

1 工程概述

馬來西亞登記樓開啟橋是連接瓜拉丁加奴市中心河口南岸與河口北岸的一座開啟橋，該開啟橋設計為景觀橋，是東南亞地區第一座開啟橋，全橋通車后極大地縮短了從登嘉樓各地到機場的距離。開啟橋擁有2座16層樓橋塔，設有4座景觀臺及2座人行天橋，采用了雙葉豎轉開啟方式，全橋南北岸跨度為76 m，寬度23 m，單幅開啟最大開啟角度為75.5°，如圖1所示。

圖1 馬來西亞開啟橋實景圖

2 開啟橋主要技術參數

該開啟橋的主要技術參數有：開啟方式為雙葉豎轉；跨度為76 m；結構形式為鋼桁梁；活動橋跨質量為2×1 500 t；活動橋跨整體尺寸為2×45 m×23 m；開啟時間（不含鎖定時間）為快速120 s，慢速240 s；開啟最大角度為75.5°；設計風速為33.5m/s；總功率為2×200 kW＝400 kW；供電為AC415V，50Hz，三相五線制。

3 開啟橋主要構造、功能及特點

如圖2所示，該開啟橋主要由鋼結構部分、機械部分、主軸支撐系統、電氣系統及液壓系統等組成，鋼結構主體采用Q370qC材質工字鋼梁組成，主鉸點支座與主軸支撐系統連接，主軸支撐系統通過預埋螺栓與地基混凝土固定。鋼桁梁橋體通過3組縱梁連接座連接鉸點主軸，并整體置于主鉸點支座軸承座內。配重及前支撐座分別設于主鉸點支座兩側，起配平及支撐橋梁作用。南北橋接縫主梁位置設置中部鎖定機構，用于開啟橋關閉時的鎖緊固定。整座橋通過電氣及液壓控制，3組液壓缸同步頂推使鉸點主軸繞軸承座旋轉開啟，南北橋既可單獨開啟，也可同步開啟。南北岸通訊采用無線以太網技術，并具有多項防脫網保證措施。

圖2 馬來西亞登嘉樓開啟橋結構圖

3.1 鋼結構

鋼結構為開啟橋的主要承力結構，由縱梁與橫梁組成的鋼桁梁主體結構、配重結構以及橋面鋪裝、走廊、護欄等橋梁附屬結構組成。鋼桁梁主體結構主要由3片工字形主縱梁（2片邊縱梁OBG、1片中縱梁IBG）、12片對稱布置的工字形主橫梁組成主要框架，主縱梁與主橫梁之間采用小縱梁、小橫梁及連接斜撐連接。為了便于運輸，主縱梁采用分段制造，節段與節段之間按與主結構等強度的高強螺栓連接設計，橫梁及斜撐等其他結構均通過高強螺栓與主梁連接。鋼桁梁主體結構上鋪設混凝土路面，承載著車道及人群載荷，橋梁路面兩端設有護欄、人行走廊、邊部防撞、中部設鋼構隔離帶。

配重結構設計在橋梁后端，并置于橋塔內，包括配重框架、混凝土配重與活動配重。配重框架由12片橫梁（上橫梁6片，下橫梁6片），上中下3層平聯系通過螺栓連接而成主體框架，并與縱梁之間采用螺栓連接。配重框架內部填充混凝土，為實現開啟橋的最終配平，混凝土配重的配比根據開啟橋的安裝進程分多次澆筑，每次澆筑均需測算其重心位置變化，然后調整配比，以保證成橋后整橋重心始終靠近鉸點主軸的設計允許范圍內。活動配重為成橋后可調整配重，便于成橋后的配重配平的微調。

配重結構與液壓缸分別布置在主鉸點支座的兩側，配重結構配平后，整橋重心應靠近鉸點主軸位置，并能使開啟橋輕松開啟，同時保證在開啟橋開啟到最大角度75.5°，在最大風壓958 Pa作業下，液壓缸能頂住不動，確保橋梁安全。

3.2 機械部分

機械部分作為開啟橋主要傳力結構以及開啟關鍵部件，主要由主鉸點支座、前支撐座、液壓缸支座以及中部鎖定機構等組成。

圖3 馬來西亞登嘉樓開啟橋機械部分結構示意圖

主鉸點支座設置于橋體主縱梁下部，單跨橋體共設置3組，主鉸點支座為開啟橋開啟與關閉動作的關鍵部件，其制造及安裝精度要求很高（3組主軸表面加工精度Ra0.2 μm，單跨橋3組焦點主軸安裝同軸度達到0.75 mm）。主鉸點支座由軸承座、鉸點主軸及縱梁連接座組成，材料主要為鍛鑄件整體成型。軸承座與主軸支撐系統栓接固定，為全橋關鍵支撐點。縱梁連接座與鋼梁主體部分固定連接，鉸點主軸與縱梁連接座緊密配合并采用銷軸固定，從而使鉸點主軸與橋體成為一個整體。單跨橋3組鉸點主軸置于3組軸承座銅套內，在鉸點主軸的旋轉下實現橋體的開啟與關閉。

液壓缸支座采用ZG40Mn2材質鑄造成型，共有2種：一種為直接與混凝土基礎預埋件連接的下液壓缸支座；另一種為與3片主縱梁連接的上液壓缸支座，單跨橋上下液壓缸座共3組。3組液壓缸上下兩端分別與液壓缸上下支座鉸接，通過液壓系統控制3組液壓缸伸縮運動，使整橋鉸點主軸繞軸承座旋轉，從而實現開啟橋的開啟與關閉。

前支撐座為鋼板焊接而成的組焊件，為開啟橋的前部支撐受力點，下部直接與混凝土基礎預埋件連接，上表面為開啟橋閉合后的著力點。單跨橋該前支撐座共3組，與3組主鉸點支座共同組成橋體的承載平衡系統。

中部鎖定機構用于開啟橋關閉時南北橋的鎖定固定，全橋共4組，分別置于南北橋接縫處的3片主縱梁上（兩邊縱梁各1組，中縱梁布置2組），通過德國RACO品牌電動推桿推動鎖定軸插入鎖定孔套內進行鎖定，鎖定軸與鎖孔之間采用高精度的過渡配合，以避免因較大間隙造成橋梁較大晃動，從而保證南北橋鎖定后的安全平穩通車。同時，在鎖定機構上設有多個高精度限位檢測裝置，以確保南北橋鎖定及解鎖安全。

3.3 主軸支撐系統

主軸支撐系統為工字鋼梁組成的框架結構，下部與橋塔地基混凝土固定連接，上部通過螺栓連接主鉸點支座，為整個開啟橋承力結構及旋轉開啟著力位置。

3.4 電氣系統

開啟橋電氣系統共2套，分別安裝于開啟橋南北兩岸，每套包含操作臺、MCC柜、控制及PLC柜、繼電器柜、液壓站現場控制柜、塔頂控制柜、接線箱、無線設備、限位開關、控制電纜等。2套電氣系統單獨供電，可對兩岸開啟橋系統進行獨立操作。

南北橋兩岸通訊采用工業無線以太網技術實現開啟同步。由于南北橋兩岸電氣系統之間無法敷設任何動力、控制及通訊電纜，為了實現兩岸聯控及同步開啟，首次在開啟橋梁領域采用無線控制技術，且考慮到無線通訊的可靠性，兩岸電氣控制系統間通過2套無線通訊設備各自使用獨立的電源、無線設備、以太網光纜、饋線及天線，建立2個完全獨立的無線連接互為冗余備份。

南北岸的2套電氣系統間采用無線連接，在無線通訊正常的條件下，可進行兩岸開啟橋系統間的無線聯控及同步控制。

開啟橋橋體采用液壓動力驅動，控制系統主要通過油泵電動機、電液比例泵及電磁換向閥來控制每側各3只液壓缸的伸縮方向、速度及同步動作，從而實現開啟橋橋體的開閉操作。

此外，開啟橋電氣系統還包括鎖定機構、交通門、道路交通信號、航行交通信號等輔助及交通管理系統，電氣系統根據操作指令及橋體狀態，對上述各系統進行聯鎖協同控制。

3.5 液壓系統

該開啟橋的液壓系統是一種超大流量的電比例控制容積調速泵控系統，通過3只工作油口相互連通的液壓缸同步舉升或下放動作實現開啟橋的起升和下降。通過在系統中設置蓄能器和利用電比例油泵輸出流量的二次斜坡控制，很好地解決了壓力沖擊問題，使開啟橋啟停以及整個運行過程均十分平穩。

4 關鍵技術及創新點

1）高精度加工及高精度安裝工法

該開啟橋實現了工程上高精度大軸加工，軸的直徑達900 mm，長度為2 630 mm，表面加工精度高達Ra 0.2 μm，同時要求現場同側3軸安裝同軸度高達0.75 mm（橋寬度23 m）。在大型工程領域，如此高的加工精度及23 m寬3軸安裝的高精度在國內尚屬首例，其成功制造及安裝為整個大型橋梁領域的加工及安裝提供了重要參考價值，提升了國內大型零部件的加工精度及安裝精度。

為保證3軸0.75 mm同軸度的安裝精度，首先，采用預埋件廠內精加工，現場整體胎架吊裝方案來控制預埋精度；然后，主軸支撐系統廠內組裝并整體加工，現場采用特定整體安裝工法控制安裝精度；最后，在生產時嚴格控制主鉸點支座的制造誤差，并專門設計同精度工藝軸替代主軸，廠內將其整體組裝發運，現場整體吊裝以控制整體誤差，并使所有誤差集中在主鉸點支座位置，通過薄墊片隨調隨測的方式進行主鉸點支座整體同軸度調整，使之滿足設計要求。

2）高精度同軸度先進測量方案

該開啟橋設計及安裝的關鍵點在于主鉸點支座，為保證23 m寬度內3組主鉸點支座的同軸度≤0.75 mm，綜合考慮設計、制造、現場實施等方面因素，最終解決了高精度問題，但仍存在大寬度范圍內同軸度測量的問題。傳統的測量方式顯然難以滿足該工程的精度要求，經分析研究，采用了特制專用激光準直儀測量方案，該測量儀器測量精度高達0.001 mm，現場安裝實測同軸度達到0.56 mm。

3）全橋安裝工法創新

采用130 t履帶起重機進行全橋整體起吊安裝，在南北岸高于橋面上分別設置履帶起重機專用行走支架及軌道，供履帶起重機行走及吊裝。吊裝難度在于第二節段主軸的準確落位，采用該創新安裝工法替代了原起吊船安裝，極大地節省了工程成本及人力投入。

4）采用工業無線以太網技術實現兩岸通訊

該開啟橋為雙葉豎轉結構，兩岸電氣系統間無法敷設任何動力、控制及通訊電纜。為此，電氣控制系統在開啟橋領域首次采用了工業無線以太網技術，實現了兩岸聯控及同步開啟。

為確保無線通訊的可靠性，兩岸電氣控制系統間通過2套無線通訊設備，各自使用獨立的電源、無線設備、以太網光纜、饋線及天線，建立了2個完全獨立的無線連接，互為冗余備份。2個連接分別采用不同的無線通訊頻率和信道，并使用定向天線，可避免外部無線信號干擾和2個無線連接之間的相互干擾。

在軟件層面，兩岸電氣控制系統中的PLC之間同時通過2個無線連接建立通訊，并同時通過底層網絡協議和應用層的數據校驗算法實時檢測2個無線連接的連通性和可靠性。當檢測到某個無線連接失效時，系統能通過另一個無線連接保持持續的數據交換，同時向操作人員發出故障警示信息。當2個無線連接同時失效時，兩岸電氣控制系統可在極短時間內同時觸發緊急停止，停止兩岸所有機構的運轉，確保人身、設備及財產安全。

5）采用3軸同步頂推及控制開啟橋平穩置于到橋梁支座的液壓系統

該開啟橋采用的是3只工作油口相互連通的液壓缸同步頂推開啟，液壓系統是一種超大流量的電比例控制容積調速的泵控系統。該開啟橋的液壓系統通過在系統中設置蓄能器和利用電比例油泵輸出流量的二次斜坡控制，很好地解決了壓力沖擊問題，開啟橋的啟停以及整個運行過程均十分平穩。

5 結束語

馬來西亞開啟橋以主鉸點支座位置為主軸旋轉開啟及關閉的活動點，主鉸點支座前方的前支撐座位置為開啟橋關閉落橋的著力點，在主鉸點支座與前支撐座之間的液壓缸支座位置為液壓缸頂推動力點，主鉸點支座后方為配重部分，用于配平。通過電氣系統及液壓系統的控制，液壓缸頂推，推動開啟橋主軸旋轉開啟，開啟橋關閉落橋后，通過鎖定機構實現南北橋的鎖定。

該開啟橋于2019年9月正式通車并交付使用，該橋的無線控制技術、3軸同步頂推技術以及開啟橋的高精度配合加工、高精度的安裝要求都為國內大型工程產品之最，為開啟橋梁領域樹立了一個新的標桿。