武漢鸚鵡洲長江大橋鋼梁架設施工纜載式起重機的結構及施工
2017-09-18
1 工程概況
鸚鵡洲長江大橋全長3420m，其中主橋長2100米，采用的三塔四跨懸索橋，這是世界上首次采用主纜連續(xù)的三塔四跨懸吊懸索橋方案，同時也是世界在建的最大跨度三塔四跨懸索橋。主橋跨度布置225+2×850+225=2150m，見圖1-2；主橋主纜橫向布置兩根，中心距36m，主纜直徑索夾內697.6mm、索夾外706.3mm；吊索標準間距為15m，吊索錨點設在主梁外側的風嘴上。
圖1.1 鸚鵡洲長江大橋立面布置圖（單位：m）
主橋鋼梁采用鋼-混凝土結合梁，梁高3.0m，由鋼主梁、鋼橫梁和混凝土橋面板組成。其中鋼主梁高2.423m（中心線處），橫梁高2.735m（跨中），混凝土橋面板厚為20cm，橋面鋪裝0.065m。鋼梁標準節(jié)段長15m，橫向設兩片主梁中心距31.2m，鋼梁頂面寬度為38m（含風嘴），其中心線處梁高2.735m。鋼梁節(jié)段間的連接采用全斷面焊接方式。
圖1.2 鸚鵡洲長江大橋鋼箱梁斷面圖
主橋鋼箱梁安裝采用單節(jié)段吊裝，鋼箱梁分11類共143節(jié)段，其中單個邊跨有14個節(jié)段，單個中跨有57個節(jié)段，中塔另有一過渡梁段。
主橋梁段的安裝設備名稱：500噸纜載吊機、型號：LZDJ500（YWZ）型、數(shù)量：4臺（以下簡稱纜載吊機）進行吊裝，以2號塔中為分界點，南北側各兩臺纜載吊機。梁段安裝順序如下：從兩中跨靠近中塔開始架設，而后再從邊塔向錨碇、跨中方向架設。
2 纜載吊機結構組成
纜載吊機作為懸索橋大型專用設備，它依托懸索橋的主纜支撐，進行移位行走和固定吊裝，屬于高空作業(yè)的特種設備。其智能化中央自動控制系統(tǒng)可同步/非同步控制整個設備裝卸、吊裝、行走等全部作業(yè)。模塊化設計使得吊機僅需更換少量部件就可適應不同跨間徑、不同纜徑懸索橋鋼梁的吊裝作業(yè)。纜載吊機主要由一個鋼主桁梁、兩個在主纜上的行走機構、兩套液壓提升設備（含提升和牽引千斤頂、液壓泵站、控制系統(tǒng)及鋼絞線收線裝置）、吊具扁擔梁、柴油機等部分組成。其結構如圖2.1。
圖2.1 纜載吊機結構圖
2.1 鋼主桁梁
鋼主桁梁由兩段箱型負重梁及中間桁架梁構成，總重：67t，如圖2-2 鋼主桁梁結構圖。中間桁架梁主要是對整體結構起剛性支撐作用，桁架的空間用于安放收線裝置、柴油機泵站和控制室，并為施工操作提供工作平臺。梁高4.25m，梁寬3.45m，長28.7m（5節(jié)，2×8.535+2×4.5+2.63m）。箱型負重梁主要來安放液壓提升千斤頂，同時也是主要的受力構件。梁高4.9m，梁寬3.45m，長9m（2節(jié)，2×4.5）。
圖2.2 鋼主桁架梁結構圖
2.2 行走機構
行走機構主要是行走機構鋼結構主體、牽引千斤頂、抱箍、行走滾輪和荷載轉換千斤頂組成。各部件之間采用銷軸連接。每臺纜載吊機含2個行走機構，每邊行走機構各布置4個走形滾輪，走形輪通過液壓缸交替起落，跨越索夾，實現(xiàn)纜上行走。走形輪軸向留有適當間隙，可補償主纜間距誤差。
行走機構一端布置一臺75T液壓牽引千斤頂，通過一端錨固在上坡的臨時錨固點上，鋼絞線牽引纜載吊機行走。
外形尺寸（長×寬×高）15.53×1.41×3.46m，總重22t（含螺栓、負載頂整體吊裝）。
圖2.3 行走機構結構圖
2.3 吊具
吊具結構主要包括圓柱筒、扁擔梁、扁擔梁滑箱、提升錨固支座和吊裝鋼絞線等部分。每臺纜載吊機配備2個吊具。吊具可通過液壓油缸進行節(jié)段梁重心位置調整，可進行豎向轉動對位調整，且可進行順橋向吊點位置移動。外形尺寸（長×寬×高）：7.384m×0.53m×2.27m，總重：10t。
圖2.4 吊具結構圖
2.4 起升機構及其他液壓控制系統(tǒng)
纜載吊機設中央控制室，在其左右兩側各布置一臺柴油機驅動液壓泵站，分別為左右兩側提升機構、行走和牽引機構、鋼絞線收放裝置提供液壓動力。起升機構采用兩套350噸液壓提升千斤頂，可提升下落重物，千斤頂內部，采用導管，避免鋼絞線發(fā)生“鳥籠”現(xiàn)象。
3 纜載吊機施工工藝
3.1 纜載吊機施工步驟
3.2 地面散拼工作
纜載吊機主要結構部分為散件拼裝而成，主要采用M20、M30高強螺栓連接，因結構單元件體積較大，在拼裝前選用40m*22m場地以保證散拼工作完成，配置一臺MQE80/23.5龍門吊配合完成散拼起吊作業(yè)。鋼絞線下料及卷盤場地要求干凈平整，尺寸約160m*5m。
結構單元件散拼過程中應檢查各銷軸、螺栓的連接情況，對于各高強螺栓應嚴格執(zhí)行高強螺栓使用規(guī)范，保證單元件連接安全可靠。
同時，對行走機構及收放線裝置進行液壓調試工作，保證高空拼裝前正常工作。
散拼完成后通過平板車運輸至碼頭，由碼頭吊機轉運至船舶，起吊過程注意各結構件的位置擺放，便于高空起吊拼裝。
3.3 纜載吊機高空拼裝
高空拼裝前應完成塔頂門架改造，纜載吊機初始安裝位置為，纜載吊機中心距離邊塔塔頂輪廓線12米，上下游箱型負重梁間距28.7米，等高。
行走機構安裝：利用門架提升梁與8t卷揚機，將動滑輪從塔頂放至主塔承臺靠江側。連接好動滑輪與行走機構，使用8t卷揚機將行走機構緩慢提升，超過主纜后，利用8t卷揚機在空中進行轉換，2臺卷揚機配合將行走機構橫移到主纜上方。使用手拉葫蘆、鋼絲繩將行走機構與門架固定，并將抱腳與主纜固定（門架上約有4T力，保住行走機構主體）。 箱型負重梁安裝：采取同樣的方法，將箱型負重梁提升至塔頂與行走機構通過銷軸進行連接。采用手拉葫蘆調節(jié)兩個箱型負重梁的位置、高度和間距，并通過鋼絲繩固定在門架上（門架上約有12T力，吊住箱型負重梁），因主纜受力增加，產生下繞，需調整先前安裝行走機構相應手拉葫蘆、鋼絲繩受力，便于鋼桁架梁中間5個節(jié)段的安裝。
中間桁架梁安裝：此時每個門架上已帶有16噸力（行走機構主體與箱型負重梁保險），使用上下游門架動滑輪組，按照提升行走機構的方法將中間桁架梁提升與箱型負重梁下。利用手拉葫蘆調節(jié)兩個箱型負重梁間距，使得中間桁架梁順利提升至箱型負重梁等高，連接中間桁架梁與箱型負重梁。因主纜受力再次增加，產生下繞，需調整先前安裝行走機構、箱型負重梁相應手拉葫蘆、鋼絲繩受力，全面檢查各構件連接情況，確認無誤后解除纜載吊機與塔頂門架的連接。
鋼絞線收放裝置及其他：在散件拼裝時已將鋼絞線卷入收放裝置（8.5T），運輸?shù)竭吽跄艿跹b位置，塔吊直接吊裝一套鋼絞線收放裝置到已拼好的中間桁架梁上一側固定，另一套鋼絞線收放裝置由塔吊吊到塔頂平臺，再由另一塔吊轉吊到已拼好的中間桁架梁上另一側固定。
液壓泵站、控制系統(tǒng)、提升千斤頂?shù)扔伤跻来蔚跹b并調試，為下行做準備，完成后利用提升頂將鋼絞線下放至吊具處，進行最后的吊具安裝工作。
3.4 初次行走及試吊
拼裝完成后，全面檢查各構件連接情況，確認無誤后向上行走30厘米，讓相關連接卸力，解除纜載吊機手拉葫蘆、鋼絲繩連接。纜載吊機試吊位置在28#吊索，需行走主纜弧長約440米，每天（2個班）按80米計算，約需行走6天。
額定載荷試驗：
a 先對纜載吊機各監(jiān)測量進行原始數(shù)據(jù)采集。
b 將試吊鋼箱梁船運至待吊點，就位精度控制在1m以內。
c 在船上安裝試吊用配載水袋，與鋼箱梁可靠臨時連接。擬采4個用長8m，寬2.5m，高2.5m的橋梁支架專用預壓水袋進行配載試驗，每個鋼梁梁段沿縱橋向對稱布置4個水袋。
d 開啟纜載吊機，同步下降兩側吊具至鋼箱梁上，并將吊具與鋼箱梁吊點連接牢固，檢查各部件連接情況，合格后上報指揮。
e 同時提升纜載吊機吊具，根據(jù)壓力顯示，載荷20%，40%，60%，80%，90%逐漸地加上去，直至箱梁提離船面。
f 然后將鋼箱梁提高約20cm，運輸船駛離試吊區(qū)域下方。纜載吊機穩(wěn)載10分鐘后，測量各監(jiān)測點，同時觀察纜載吊機相關部件運轉情況并記錄。
g 向水袋內注水至額定吊重（每個水袋注水約13.41m3，偏差控制在5%）穩(wěn)載10min后，再次測量纜載吊機監(jiān)測點，觀察纜載吊機相關部件運轉情況并記錄。
h 比較相關測量數(shù)據(jù)，得出試驗結果。
動載試驗：
動載試驗的主要目的是驗證纜載吊機各機構和制動的功能。
a. 額定吊重試驗后，確定纜載吊機變形及各相關部件運行正常后，繼續(xù)像水袋內注水至1.1倍額定吊重（每個水袋再次注水約12.5m3，偏差控制在5%）
b. 穩(wěn)載10min后，測量纜載吊機監(jiān)測點，觀察纜載吊機相關部件運轉情況并記錄。
c. 同時緩慢提升纜載吊機吊具，將鋼箱梁緩慢提升2米，然后下放，重復3次，同時觀察纜載吊機相關部件運轉情況并記錄。
d. 各部件完成其功能試驗，隨后進行目測檢驗個機構部件是否有損壞或松動。
e. 比較相關測量數(shù)據(jù)，得出試驗結果。
3.5 纜載吊機行走介紹
行走過程在兩臺75T牽引千斤頂?shù)臓恳峦ㄟ^自身滾輪在主纜上滾動來進行的，其在跨越索夾時需前后輪組交替起落來實現(xiàn)，它是一個連續(xù)的動作過程，反復此循環(huán)，實現(xiàn)纜載吊機在主纜上行走至下一鋼梁吊裝段。
纜載吊機行走過程中，應分別在兩邊行走機構旁配備兩名配合人員，保證其與操作司機通訊暢通，觀察滾輪提升高度能否越過索夾及其他障礙物，同時理順鋼絞線，保證其正常通過牽引頂，再者觀察電纜線及其他雜物是否影響行走，及時將信息反饋操作司機，保證行走安全。
3.6 纜載吊機吊裝介紹
預加載：30T→→70T→→100T→→130T每30T一級逐步加載提離駁船，過程中將鋼梁重量逐漸轉移到千斤頂。在初加載時，調整每個主千斤頂受力，使其保持基本相同。當40%荷載轉移到千斤頂時，再次檢查千斤頂、錨固塊、扁擔梁和鋼梁的連接。當加載到90%荷載時，換一個空行程一次將鋼梁提離駁船，以減少鋼梁離開駁船時的晃動。操作人員觀察各點的受力情況，根據(jù)梁段理論吊點的受力情況來調定各點受力，保證其水平提升，同時也可利用重心調節(jié)千斤頂來調節(jié)梁段重心。鋼梁離開駁船后，對總提升量清零后用自動模式提升，再次檢查抱箍和墊塊螺栓（加載過程中各抱箍要不斷緊螺栓，卸載前各抱箍應提前將螺栓松弛一定程度）。吊梁時，每個千斤頂邊必須站一人觀察千斤頂、鋼絞線、各油管及泵站，如遇緊急情況發(fā)生來不及通知控制室，可按下急停按鈕以停止千斤頂工作，避免問題惡化。
當提升接近吊索位置，改為手動操作，根據(jù)鋼箱梁上安裝指揮人員提升或下放，在此過程中特別注意的是各千斤頂?shù)恼{節(jié)可能不一樣，各點在上下夾片的位置也可能不一樣，所以在調前確認該千斤頂荷載所在夾片位置。當?shù)跛骱弯摿哼B接固定后進行卸載（卸載時注意觀察各點受力逐漸卸載情況），將鋼梁重量轉移至吊索，拆除吊具與鋼梁連接，即完成鋼梁的吊裝。
纜載吊機在提升及下方過程中，兩邊提升千斤頂應各配備一名觀察人員，保證鋼絞線順利通過千斤頂，同時觀察各油管、電線路、傳感器等正常工作，保證吊裝安全。
3.7 纜載吊機拆除
纜載吊機拆除與安裝流程相反，拆除過程中注意遵循安全管理規(guī)程，保證拆除安全。
4 結束語
鸚鵡洲長江大橋采用四臺纜載吊機由南北中跨向兩邊同時對稱架設，保證塔柱垂直度在可控范圍，因纜載吊機自身重量造成主纜受壓后變形，致使原設計抱箍和主纜不匹配，施工過程中對抱箍現(xiàn)場修改，保證其與主纜貼合鎖死緊密。同時，在纜載吊機行走過程中，現(xiàn)場貓道改吊已完成，致使纜載吊機行走時除需跨越索夾外還需跨越改吊繩，致使行走效率大大降低，上下游改吊繩對稱布置，保證纜載吊機行走時上下游行走機構同時跨越改吊繩可提高行走效率，這為以后同類型施工積累一定施工經驗。懸索橋鋼梁吊裝施工所用纜載吊機施工難度高，施工風險高，加強設備日常各類安全檢查，嚴格實行“一吊一檢”制度，保證施工安全可控。
參考文獻
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