烏江特大橋鋼管拱立式運輸及錨泊定位技術?

鄭 永，陳 柯

（中交世通（重慶）重工有限公司，重慶 402160）

0 引言

大跨度鋼管混凝土桁架橋拱肋的高寬比一般較大，此類橋梁拱肋運輸時宜采用臥式運輸，吊裝時翻身為立式吊裝作業。 當采用立式運輸時，由于拱肋重心較高，需對拱肋采取可靠的裝載系固措施，確保運輸安全。 烏江特大橋位于遵義市鳳岡縣、銅仁市思南縣、石阡縣交界處，纜索起重機范圍內兩側無空余場地進行翻身作業，空中翻身操作難度極高、安全風險極高，因此烏江特大橋拱肋采用立式運輸方式。

通常船舶定位可采用錨泊定位與動力定位2 種方式保證水上施工的穩定性。 工程根據快速、穩定、精確定位的施工需求，結合錨泊定位的基本原理和現場情況，采用岸邊錨泊定位及定位船輔助錨泊定位2 種定位方法。

1 工程概況

烏江特大橋主橋橋長504m（計算跨徑475m），為上承式鋼管混凝土拱橋，為拱、梁、柱剛接協同受力體系（見圖1）。 拱肋采用計算跨徑475m 的上承式鋼管混凝土變截面桁架拱，拱軸線采用懸鏈線，拱軸線系數為2.2，矢高為90m，矢跨比1／5.278。拱頂截面主弦管中心徑向高度為7m，拱腳截面主弦管中心徑向高度10m，拱截面徑向高度按二次拋物線變化。 單片拱肋由上、下各2 根?1 400 鋼管混凝土弦管組成（見圖2），弦管橫向中心間距2.5m，橫橋向2 片拱肋間中心距均為16m。

圖1 烏江特大橋三維模型Fig.1 Three-dimensional model of Wujiang River Bridge

圖2 拱肋節段三維模型Fig.2 Three-dimensional model of arch rib segment

主拱肋節段劃分按構件運輸長度和吊重控制，從拱腳至拱頂共劃分為GL1～GL15 15 個節段，全橋共60 個節段，最大節段外形尺寸：長×寬×高＝21.1m×2.5m×11.2m，最大節段吊重157.8t。

2 船舶選擇

烏江段航道目前為四級航道，只允許通過10.8m 寬度以下的500t 級船舶，無大型船舶可以利用，根據實際情況選擇現有烏江流域的500t 級船舶航電2 號進行運輸及定位。 航電2 號船體情況如表1 所示，外形如圖3 所示。

表1 航電2 號船體情況Table 1 Hull condition of Avionics No.2

圖3 航電2 號外形Fig.3 Appearance of Avionics No.2

3 拱肋裝載系固技術

3.1 運輸計算分析

由于主拱由圓形管狀結構組合而成，高寬比較大，重心較高，采用立式運輸需制訂可靠的裝載系固方案，以確保船舶穩定、運輸安全。 根據船舶、拱肋情況及烏江地質水文情況，拱肋裝載系固采取船艙壓載、專用運輸裝置布設、鋼絲繩綁扎系固等多種措施，確保了運輸安全、穩定。

1）船舶穩定性分析 根據《內河船舶法定檢驗技術規則》進行了完整穩定性計算，基于所選用的船舶模型及輸入的計算參數，完整穩定性衡準結果均合格。

2）系固強度計算分析 按照《內河重大件運輸船舶安全評估指南》要求進行了系固設施強度計算，得出所選用的系固鋼絲繩公稱直徑為30mm、抗拉強度為1 570N／mm2。

3）支架工裝計算分析 支架工裝為拱肋主要的承力構件，是運輸安全的重點位置，工裝材料采用Q355D 鋼材。 此工裝的計算分析采用Midas Civil建模計算，計算時考慮了工裝自重和節段荷載及動荷載系數， 經過計算， 工裝最大組合應力為42.7MPa，最大變形＜1mm。

3.2 船艙壓載

由于主拱肋節段重心較高，裝載后船舶整體穩定性降低，因此需在船艙內用混凝土配重塊進行壓載，確保航行運輸安全。 壓載時在船艙四周均勻壓載2m×2m×0.8m 混凝土38 塊，總質量約304t，如圖4 所示。

圖4 壓載Fig.4 Ballast

3.3 專用運輸裝置

由于拱肋由圓形管狀結構組合而成，為固定其在船艙內的位置，設置了一套專用運輸裝置（見圖5），保證運輸安全。 運輸裝置分為基礎鋼板、限位裝置、支架工裝等（見圖6）。 基礎鋼板鋪設并焊接于船艙底部，方便支架工裝焊接固定。 限位裝置由底部鋼板、工字鋼、方木組成，設置于拱肋節段端頭，起到限制拱肋節段縱向移動的作用。 支架工裝共設置6 套，4 套為使用狀態，剩余2 套為適應不同拱肋節段長度調整使用。 支架工裝為承載拱肋質量的主要受力構件，也是主要限位結構，由上、下2個半圓形的抱箍組成，下半部分固定在基礎鋼板上，裝船時將拱肋弦管放入工裝下半部U 形口，將上半部分蓋住拱肋弦管，并通過12 套M30 螺栓擰緊固定，另外工裝與鋼管間鋪設20mm 厚橡膠墊，用于保護拱肋油漆同時增加其摩擦力，防止運輸過程中的拱肋節段發生滑動，保證運輸安全。 支架工裝布設時需保證拱肋重心線與船舶中心線重合，受力應基本均衡。

圖5 專用運輸裝置Fig.5 Special transport device

圖6 支架工裝Fig.6 Support tooling

3.4 綁扎系固

拱肋裝載完成并采用支架工裝固定后，仍需采用8 根?30 鋼絲繩交叉高低錯落地進行綁扎系固（見圖7），鋼絲繩由上弦管吊裝吊耳處及腹桿處拉至船側柱樁處或單獨焊接的系固吊耳處，采用手拉葫蘆收緊，鋼絲繩夾頭固定，鋼絲繩收緊后不能產生較大拉力，鋼絲繩收緊即可，且所有鋼絲繩拉力大小應相等；綁扎過程中應避免對鋼絲繩造成損傷；運輸過程中，船舶應避免大角度回轉。 應定期檢查所有綁扎點和焊接點。

圖7 綁扎系固Fig.7 Lashing and fastening

4 拱肋錨泊定位技術

4.1 錨泊定位方式選擇

船舶主要采取錨泊定位與動力定位2 種方式保證水上施工的穩定性，偶爾采取錨泊定位與動力定位并用的方式進行定位施工。 而錨泊定位按錨泊線與船體接觸點的數目來分類，可分為單點錨泊系統、兩點錨泊系統和多點錨泊系統。

采用動力定位時，需投入2 艘輔助動力船，依靠輔助船動力使運輸船到達指定位置，由于水流影響，定位精度及穩定性較差，且施工成本較高。

采用多點錨泊定位相較于動力定位投資較少、使用維護方便、定位精度高、穩定性好，在施工中應用廣泛。 多錨點定位時需進行多次拋錨施工，逐個調節錨纜鋼絲繩長度來實現精確定位，雖可實現安全穩定、高精度定位施工，但每次定位時間較長，而烏江特大橋拱肋吊裝頻繁，如采用此方式則會導致工期延長。

考慮上述情況，本工程施工時結合多點錨泊定位基本原理，采用岸邊錨泊定位和定位船輔助錨泊定位2 種定位方式，既實現了安全穩定、高精度定位，又提高了船舶的定位效率，確保了大橋如期完工。

4.2 岸邊錨泊定位

由于南、北岸GL1-5 在烏江兩側岸坡上，結合碼頭臨時系泊原理，該部分拱肋節段采用岸邊錨泊定位方式進行施工。 運輸前根據纜索起重機吊鉤位置，提前對岸邊進行處理，將岸邊處理為V 形口，使船首能頂靠在此位置。 在船舶停靠位置兩側設置2個預埋地錨， 用于固定運輸船， 預埋地錨為1 000mm×1 000mm×2 000mm C30 混凝土塊，內設?25 螺紋鋼筋骨架，并設連接孔。

運輸定位時，運輸船由碼頭行駛至吊裝橋位的岸邊，船首部分靠岸，船舶兩側通過鋼絲繩與預埋地錨連接，并根據纜索起重機吊鉤位置，通過自身動力系統及錨泊鋼絲繩調整船舶姿態，確保船舶定位位置準確且穩定時方可開始吊裝作業。 為防止突發大風浪，吊裝時需保持船舶動力系統有效運行，如發現較大位移可進行糾正并調整錨泊鋼絲繩。 采用此方法定位時，由于船首部分已靠岸，且與岸邊嵌合，通過兩側地錨的錨泊定位（見圖8），船舶定位穩定性好、定位精度高、施工效率高、成本低。 由于隨著兩岸拱腳向跨中逐節段對稱安裝，已安裝部分拱肋遮擋了運輸船定位位置，導致無法進行垂直起吊，只可吊裝橋梁兩側岸上部分拱肋節段，所以不能滿足全橋拱肋吊裝要求。

圖8 岸邊錨泊定位Fig.8 Shore anchoring location

4.3 定位船輔助錨泊定位

吊裝中間拱肋節段時，岸邊錨泊定位已不滿足吊裝需求，此時采用定位船輔助錨泊定位的方式進行施工。 總體思路為采用1 艘專用船舶提前定位在吊裝位置一側，運輸船行駛至吊裝位置靠泊在定位船上并進行連接，通過定位船微調實現運輸船精確定位。

拱肋發運前，在南北兩岸和橋梁中心線等距離的位置對稱設置4 個預埋地錨點，用于固定定位船（見圖9）， 預埋地錨為1 000mm × 1 000mm ×2 000mm C30 混凝土塊，內設?25 螺紋鋼筋骨架，并設連接孔。

圖9 預埋地錨點固定定位船Fig.9 Fixed positioning ship at embedded anchor points

定位船選用與航電2 號外形尺寸相近的航電608 號（見圖10）。 施工前航電608 號航行至橋中心線偏下游位置，船身平行于橋梁縱向，完成初步定位。 初步定位后將地錨與船舶采用鋼絲繩進行連接。 連接時根據安裝位置先掛設上游小樁號側地錨，后掛上游大樁號側地錨，再掛設下游小樁號和大樁號側地錨。 連接完成后通過卷揚機順序調整4 根鋼絲繩長度，將船微調至纜索起重機下游位置，空出1 個船位供航電2 號靠泊使用，使航電2 號靠泊后正好位于纜索起重機下方。 定位時航電2 號航行到航電608 號附近，平其船身，使航電2 號緩慢移動直至與航電608 號船身貼緊，通過鋼絲繩綁扎牢固，保證航電2 號穩定。 如此時位置仍有偏差，可通過調整定位船鋼絲繩長度微調其位置，以滿足吊裝需求。 吊裝完成后航電2 號駛離，定位船即可調整至下一節段吊裝位置。

圖10 定位船輔助錨泊定位Fig.10 Positioning ship auxiliary anchoring positioning

相較于運輸船直接多點錨泊定位方式，采用此種定位方式可有效縮短運輸船定位時間，提高施工效率，同時也發揮了多點錨泊定位精度高、穩定性好的優勢；缺點為多投入1 艘定位船舶，錨泊定位施工成本略高。

5 結語

拱肋立式運輸解決了拱肋吊裝前需翻身的問題，同時船艙壓載、專用運輸裝置布置、鋼絲繩綁扎系固等多種裝載系固措施也確保了運輸的安全、穩定。 船舶拋錨定位采用岸邊錨泊定位和定位船輔助錨泊定位方式，既實現了安全穩定、高精度定位，又提高了船舶定位效率，確保了大橋如期完工，可為后續類似工程施工提供寶貴經驗。