鋼箱梁斜拉橋施工橋面起重機的應用分析

摘 要：針對通航受限河道中大型浮吊存在無法作業的風險，以某鋼箱梁斜拉橋施工實踐為例，深入探討了采用高縱向調幅橋面起重機的創新解決方案，從而規避傳統浮吊與自制門式提梁起重機的局限性，實現從項目初期即采用橋面起重機直接進行鋼箱梁吊裝的高效施工模式。通過對改進后菱形橋面起重機進行結構穩定性分析，確認其在極端工況下的結構應力仍滿足材料強度標準，且最大吊裝負載時起重機后錨點展現出優異的抗傾覆性能。

關鍵詞：鋼箱梁斜拉橋；橋面起重機；拼裝

中圖分類號：U445" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）01-0008-03

0 引言

鋼箱梁斜拉橋作為橋梁建設中的常見類型，以其高承載力、施工安全及結構強度高等優勢而備受青睞。面對兩岸地形受限的跨河橋梁項目，傳統大型浮吊因航道、水位等條件限制難以施展的難題，需要不斷探索并創新鋼箱梁斜拉橋的吊裝施工方法，以確保施工順利進行，克服現場環境的諸多挑戰。

1 工程概況

李家沱長江復線橋（68.4+150.8+454+161.3+102.2 +50）m，采用主跨454 m雙塔雙索面斜拉橋，主梁采用鋼箱梁，梁寬33.95 m，橋塔形式為花瓶形結構，采用混凝土結構，北岸塔高179.5 m，南岸塔高174.5 m。

在施工過程中，面對復雜的水文地質條件和嚴格的施工要求，項目團隊在鋼箱梁吊裝環節，借鑒了橋面起重機的成功應用經驗，有效克服了傳統吊裝方法的局限性，提升了施工效率與安全性。

1.1 常規吊裝工藝

在李家沱長江復線橋這一雙塔單側混合梁斜拉橋的鋼箱梁施工過程中，橋面起重機的選擇與應用策略至關重要。傳統浮吊吊裝與自制門式提梁起重機吊裝各有其應用場景，但針對本項目獨特的跨徑設計、復雜的水文地質條件及嚴格的施工要求，必須進行深入的適應性分析與優化。

1.1.1 浮吊吊裝

采用浮吊吊裝，尤其在邊跨梁段混凝土澆筑及預應力張拉階段，能高效吊裝無索鋼箱梁段。然而，在應用于本斜拉橋項目時，其具有以下幾點局限性：①設備租賃成本高，其中包括高起吊高度（≥50 m）和強起重能力（≥300 t）的浮吊，增加了項目預算壓力。②施工流程復雜，如橋面起重機需在1#斜拉索掛索后才能安裝，導致存梁支架需求擴大，影響施工效率與成本。③淺水區作業受水位變化影響大，低水位時浮吊難以接近索塔，嚴重制約施工進度。綜合上述因素，浮吊吊裝方案在本項目中被視為非優選[1]。

1.1.2 自制門式提梁起重機吊裝

針對本橋梁工程，無索鋼箱梁及1#鋼箱梁的吊裝任務，原計劃采用鋼管樁貝雷梁構建的自制門式提梁起重機。此方案雖規避浮吊的高昂成本，但其搭建過程的復雜性不容忽視，需要投入大量鋼管樁支架與貝雷梁材料的。3#索塔塔肢的獨特傾斜角度，給提梁支架最上層水平聯的索塔固定帶來前所未有的技術排線。因此，盡管自制門式提梁起重機方案在成本控制上有所優勢，但搭建復雜、成本高，使得該方案并非最優選擇。

1.2 橋面起重機吊裝

為優化施工流程，提升安全性和經濟效益，對橋面起重機的安裝與使用策略進行了調整。在1#鋼箱梁成功掛索后，立即安裝橋面起重機，并直接從2#鋼箱梁開始吊裝后續所有梁段，省去浮吊吊裝環節。為確保施工安全與鋼箱梁位置穩定，采取了以下關鍵控制措施：

第一，精準定位鋼箱梁就位后的質心，確保其穩穩坐落于支架結構上，有效減輕橋面起重機所承受的負荷壓力。將支架前端與索塔中心的間距嚴格控制在15.5 m以上。

第二，吊裝時，精確控制支架前端與鋼格室端間距≤30 cm，據此設定橋面起重機前吊點位置，距索塔中心≤18.8 m。

第三，鋼箱梁落位后，調整起重機與索塔中心距至14.75 m，微調起始段鋼箱梁后移4.05 m，確保施工精準高效。

此外，鑒于傳統橋面起重機縱向吊幅設計的局限性（通常可調幅度為50 cm），本研究創新性地采用葫蘆與滑車組組合的方式，實現橋面起重機的縱向大幅調整，以滿足4.05 m的調整需求[2]。此操作涉及較高的安全風險，因此，針對橋面起重機的縱向調幅機構進行專項設計升級，可調幅度充足且操作安全，有效規避了潛在的安全隱患。

2 鋼箱梁斜拉橋施工中橋面起重機施工工藝的全面優化

2.1 橋面起重機一般結構

不同于傳統通用型橋面起重機的模塊化設計，本項目中的橋面起重機采用了更為先進的整體式專項結構設計理念。這一設計不僅保留了模塊化設計的靈活性優勢，更在結構上進行了深度優化與創新，以精準應對本項目的緊湊性設計與高施工要求。

橋面起重機的整體式結構通過精細的計算與分析，實現了材料的高效利用與自重的顯著降低。這一設計不僅減少了材料消耗，還提升了起重機的整體穩定性與承載能力，確保了在鋼箱梁懸拼施工過程中的安全與高效。整體式結構的設計還充分考慮了施工的便捷性，使得橋面起重機在安裝、調試及后續拆卸過程中都能迅速響應，大大縮短了施工周期。

針對鋼箱梁懸拼施工中的特定挑戰，如精確對接、快速吊裝等，在橋面起重機專項結構設計中還融入了多項創新元素。例如，通過優化吊點的布局與起吊能力，確保鋼箱梁在吊裝過程中的平穩過渡與精確就位。采用先進的控制系統與監測技術，實現起重機的遠程操控與實時狀態監測，進一步提升了施工的安全性與精度。

2.2 橋面起重機結構創新改進

鑒于大橋鋼箱梁設計的緊湊性，本研究決定對橋面起重機進行結構上的創新。采用整體式設計理念，以在減輕起重機自重，減少材料消耗，提升其在鋼箱梁懸拼施工中的便捷性。通過借鑒橋梁工程中廣泛應用的菱形掛籃技術，特別定制整體式菱形起重機保證結構的穩定性與強度。起重機組成部分具體參數如表1所示。

2.2.1 縱向調幅

項目初期優化起重機結構，本項目采用懸吊式滑輪組與滑動支座、鋼板吊帶，增強前大梁掛載靈活性。核心調幅系統含液壓缸、連接孔與座，單次微調精度±50 cm，確保起重機縱向調整能力達4.05 m。前大梁預設多種連接孔位，以滿足不同施工條件下的大幅調整需求。增強滑動支座的穩定性，通過增設精軋螺紋鋼及鋼板吊帶上的防擺拉桿，有效防止鋼箱梁在移動過程中的擺動。鑒于鋼箱梁的大幅縱向調整需求，適當加大撐桿和前大梁的截面尺寸[3]。

2.2.2 起升機構

整體式菱形起重機配備先進的起升系統，融合高性能鋼絲繩、精密設計的滑輪組、精準的導向滑輪以及承重能力達10 t的重載卷揚機（具備至少50 m的起升高度），確保施工靈活性。本項目特別選用安全系數為2.6倍的鋼絲繩，以增強系統承載能力。其精妙布局在于滑輪組之間，一端緊密卷繞于重載卷揚機，另一端則巧妙地通過導向滑輪引導至定滑輪組，最終在前大梁處借助卡繩套實現穩固連接[4]。

2.3 橋面起重機結構穩定性深度分析

根據斜拉橋鋼箱梁的質量級特性，吊點與支點間的水平跨度達到11.8 m，對橋面起重機的承載能力提出嚴苛要求，在1.25倍最大梁段質量（1 719 kN）及風荷載（13.6 kN）共同作用下，通過引入動態荷載系數（1.2）、偏載系數（1.1）、超載系數（1.1）及抗傾覆安全系數（1.5），本研究深入分析了橋面起重機的結構性能。

為確保安全，橋面起重機在風力超過6級時自動停工，并全面校驗各桿件的剛度、強度及穩定性，嚴格驗證起重機的橫向穩定性與整體抗傾覆能力。模擬結果顯示，鋼箱梁吊裝到位后，起重機在橫橋向的移動范圍被嚴格限制在-100～+100 m，縱橋向則控制在-600～+600 m，確保作業精度與安全邊界。

在空載行走階段，軌道結構的剛度和強度同樣輔以抗傾覆驗算，以消除潛在風險。起重機主體桁架主要桿件計算結果如表2所示。利用MIDAS/Civil有限元軟件，構建精準的菱形橋面起重機力學模型，模擬最不利工況下的結構應力分布，結果顯示所有參數均滿足材料強度標準，特別是在最大吊裝荷載條件下，起重機后錨點的抗傾覆性能卓越。

在評估橋面起重機壓桿的穩定性時，三角形撐桿在承載過程中有效地分擔了由鋼箱梁吊裝和起重機走行產生的彎矩與軸力。吊裝過程中，壓桿承受的彎矩約為9.8 kN·m，軸力則達到-105.4 kN，而在起重機走行階段，彎矩保持不變，但軸力顯著增加至-376.7 kN。通過將這些數據與GB 50017—2017《鋼結構設計標準》中的相關要求進行比對，確認了橋面起重機的壓桿設計完全滿足規范中的穩定性要求。

2.4 吊裝施工流程精細化實施

相比普通橋面起重機，在鋼箱梁斜拉橋施工中采用精細化實施的吊裝施工流程，取得了顯著的優勢，具體體現在安全、效益成本和工期3個方面。

2.4.1 安全優勢

在安全方面，精細化施工流程的運用極大地提升了施工的安全性。通過雙點提升技術和經緯儀的精確定位，結合吊具定位試驗，能確保鋼箱梁段在起吊過程中的精準對位，定位誤差控制在毫米級。針對橋面縱坡的精細調整機制，能發現低差達30 cm時及時暫停起吊，并用千斤頂進行微調，這種實時調整有效避免了因高度差導致的碰撞或傾覆風險。

2.4.2 效益優勢

在效益成本方面，精細化施工流程也帶來了顯著的優勢。通過整體式設計理念減輕起重機自重，減少材料消耗，直接降低了材料成本。據統計，材料消耗相比傳統施工方式減少了約15%。

2.4.3 工期優勢

在工期方面，精細化施工流程同樣表現出色。橋面起重機整體吊裝至目標塔區鋼箱梁面后，可無縫銜接至標準鋼箱梁節段的吊裝施工，縮短了設備轉換和調試時間。據估算，這一優化措施使得整體施工周期縮短了約20%。接口焊接完成后立即執行首次張拉作業，并迅速拆除橋面起重機及其附件，為后續施工段的快速推進提供了便利條件，進一步助力了工期的縮短[5]。

3 結束語

該跨河橋梁項目在施工中創新性地采用了橋面起重機直接起吊首節鋼箱梁的方法，并通過一系列優化設計，實現了起重機縱向調整幅度精準控制在4.05 m以內的技術突破，有效解決了大跨徑鋼箱梁起吊、精準落位等施工難題。項目采用改進型整體式菱形起重機進行施工，不僅顯著簡化了物料存儲流程，還通過提前在已完成的混凝土梁段上組裝起重機，展示了橋面起重機在大跨徑、跨海、跨江的斜拉橋建設中的獨特優勢，不僅提高了施工效率和質量，還降低了施工風險和成本，為未來同類橋梁工程的建設提供了寶貴的經驗和借鑒。

參考文獻

[1] 黃小斌，劉平，冉學峰.鋼箱梁斜拉橋合龍施工技術研究與應用[J].建筑機械，2024（08）：87-90.

[2] 王化禹.黃河特大橋斜拉橋鋼箱梁的安裝施工分析[J].運輸經理世界，2024（19）：126-128.

[3] 汪楊惠.鋼箱梁斜拉橋施工中橋面吊機的應用[J].交通世界， 2024（18）：130-132.

[4] 楊超.高低塔鋼箱梁斜拉橋施工控制關鍵技術研究[D].濟南：山東交通學院，2024.

[5] 馬志剛.斜拉橋鋼箱梁架設施工問題分析[J].交通科技與管理，2024，5（7）：103-105.

收稿日期：2024-09-03

作者簡介：蔡長玉（1975—），男，黑龍江雙鴨山人，碩士，工程師，研究方向：工程設備管理。