悬索桥卷扬机式吊装系统钢箱梁安装施工工法(优秀工法)

悬索桥卷扬机式吊装系统钢箱梁安装施工工法

SRBGGF02-2008

1、四川公路桥梁建设集团有限公司 2、四川路桥华东建设有限责任公司

1.前言

在多种桥梁结构形式中，悬索桥是目前跨越能力最强的桥型。目前，悬索桥主梁分为钢箱梁与桁架式两种，主梁安装是悬索桥施工的关键工序之一。

地锚式悬索桥钢箱梁安装最常用方法为缆载吊机安装，其次为浮吊或缆索吊安装。我国已建的大跨度悬索桥中，塔区钢箱梁一般采用缆载吊机起吊、一次或多次荡移到位安装，索塔位置距钢箱梁水上起吊位置较远时，通常布置支架和纵移系统配合进行安装。

舟山大陆连岛工程西堠门大桥是我国已建成最大跨桥梁，也是世界第一大跨钢箱梁悬索桥与第二大跨悬索桥。大桥地处台风区，同时桥址处海流情况复杂、波急浪高、海床无覆盖层，这些因素存在，使得大桥钢箱梁安装难度极大。为减少缆载吊机移动次数，减少台风对钢箱梁安装顺序和缆载吊机跨中吊梁进度影响，北塔区钢箱梁采用了新开发的“卷扬机式吊装系统”进行安装，，该工法解决了西堠门大桥北塔区钢箱梁安装难题，所用施工设备较少，工序简单，社会效益与经济效益明显，在国内大跨度悬索桥施工中尚属首次。

2.工法特点

2.1卷扬机式起吊系统

卷扬机式起吊系统，依托主缆，直接悬挂在主缆上，省略了类似缆载吊机横梁结构与行走机构，结构简便，工序简单、快速、有效。

2.2起吊系统与牵引系统的组合

在桥塔桥面高程处布置荡移牵引系统配合起吊系统来进行梁段长距离的水平荡移，塔区所有梁段均采用一次性荡移就位。整套系统具有起吊与荡移牵引协同作业要求高的特点。工艺高效，构造简洁、工作效率高

2.3 无索区线形调整工艺

以千斤顶群作为无索区线形调整手段，结合线形精细调整监控技术，简单、快速、实用。

3.适用范围

悬索桥塔、锚区和主缆上固定位置梁段的起吊和大角度长距离荡移。

4.工艺原理

卷扬机式起吊系统、荡移牵引系统和支架系统组成塔区钢箱梁长距离、大角度水平荡移安装系统。卷扬机式起吊系统提升钢箱梁，水平牵引系统提供水平力牵引钢箱梁梁荡移至支架位置进行钢箱梁安装。

结合塔区箱梁安装无需行走的特点，卷扬机式吊装系统采用骑跨式临时索夹将吊装重量均匀分布在主缆上。荡移牵引系统采用在塔柱中门洞（其高程与钢箱梁桥面接近）处设置锚固钢梁为锚固着力点，布置滑车组及动力系统，以保证提供足够的水平牵引力。

5.施工工艺流程及操作要点

塔区梁段分为有吊索梁段和无吊索梁段，均采用卷扬机式吊装系统和荡移牵引系统一次性起吊、荡移到位。无吊索梁段，通过在塔区布设临时支架进行放置，梁段荡移、卸落到施工支架之上，在全桥钢箱梁吊装完成后，采用千斤顶精确调位后整体进行焊接。有吊索梁段，采用卷扬机式吊装系统起吊并荡移到位，安装吊索，梁段吊装到位后，先进行临时连接，全桥合龙后焊接。

5.1施工工艺流程（见图5.1）

施工准备钢箱梁运输钢箱梁提升施工钢箱梁荡移施工梁段纵移调位准备下一节段安装卷扬机式吊装系统布置荡移牵引系统布置支架系统布置是否有吊索安装吊索梁段临时连接梁段卸落支架钢箱梁线型调整是否

图5.1 塔区钢箱梁安装施工流程图

5.2施工操作要点

5.2.1卷扬机吊装系统和荡移牵引系统设计（见图5.2.1-1）

图5.2.1-1塔区钢箱梁吊装系统总体布置图

1卷扬机式吊装系统

1）参考设计参数

卷扬机式吊装系统设计起吊重量为480t（包括钢丝绳和吊具重量）。吊装系统由临时索夹、起吊滑车组、起吊钢丝绳和起吊绳转向系统、吊具以及起吊卷扬机等部分组成。其主要参数：

提升能力：480t； 提升速度：2m/min；

最大水平荡移距离：63m 最大荡移偏转角：24.5°

荡移牵引能力：200t

2）起吊系统悬挂临时索夹设计

卷扬机式吊装系统采用骑跨式索夹悬挂于主索上。作为骑跨式索夹（见图5.2.1.1），其功能必须满足垂直起吊和钢箱梁荡移时悬挂钢绳在绳槽内自由滑动的施工要求，同时要避免悬挂钢绳在钢箱梁荡移过程中，与索夹之间产生的静摩擦转变成动摩擦而产生突然滑动，影响吊装施工安全。

临时索夹采用铸钢铸造并经机加工而成，临时索夹分两块制作，通过张拉对拉螺杆，紧固在主缆上。索夹采用《公路悬索桥设计规范条文》进行验算，在自重和吊装施工荷载作用下抗滑安全系数大于3.0。

临时索夹的索槽从索夹顶部往下从在一个垂面内布置逐渐向弧线过渡，适应荡移时悬挂钢绳大角度偏转的要求。

图5.2.1-3 临时索夹设计图（单位：mm）

2荡移牵引系统

荡移牵引系统需满足中跨和边跨侧梁段的纵桥向梁段荡移要求，荡移最大牵引力158t。

一套钢箱梁荡移牵引系统采用2台10t卷扬机作动力，分别通过100t滑车组、Φ28钢绳走12线牵引两个纵向吊具牵引定滑车组，提供200t荡移顺桥向牵引力。荡移牵引系统边跨侧、中跨侧布置一套。

5.2.2钢箱梁提升施工

1施工准备

1）支架搭设

无索区钢箱梁，按钢箱梁的安装平面位置与钢箱梁安装高程布置存梁的固定支架，一般考虑型钢桁架式，同时支架上还包含钢箱梁纵移系统与钢箱梁线形调节系统，前者一般为带水平牵引力的轨道，后者为钢支垫与千斤顶群的组合。

钢箱梁支架设计高度需考虑支垫与千斤顶作用空间，可低不可高。

2）水平荡移牵引系统布设

在将钢箱梁从起吊位置向安装位置方向荡移过程中，水平牵拉力由水平牵引系统提供，水平牵引系统由牵引卷扬机、钢绳、连接吊耳、锚固件、转向滑车等部分组成，均在吊装前布设好。

3）起吊系统布设

①临时索夹安装

临时索夹安装方法与悬索桥骑跨式索夹安装方法相同，通过张拉临时索夹上的

高强螺栓提供对主缆的握裹力。

②依次安装起吊滑车组、起吊钢丝绳和起吊绳转向、吊具以及起吊卷扬机等各组成部分，形成起吊系统。

4）吊具与吊机就位

吊装前，加工布置特制吊具，并提前下放吊具至安全高度。

2吊机垂直提升

待钢箱梁船运到位后，连接吊具与钢箱梁临时吊耳，解除钢箱梁与运输船的临时约束，启动卷扬机提升钢箱梁至设计荡移高度。

5.2.3荡移落梁施工

钢箱梁提升至一定高度后，连接水平牵引系统吊耳。启动水平牵引卷扬机，荡移钢箱梁至安装位置，挂索或利用起吊系统将钢箱梁放置至钢支垫上。对于支架上无吊索梁段，利用牵引系统对钢箱梁轴线偏位进行微调。

起吊安装节段起吊高度经计算获得，保证钢箱梁绕索夹作钟摆运动恰好荡移到安装设计位置，计算时需考虑主缆在钢箱梁重力作用下高程的变化。

5.2.4钢箱梁线形调整

对于支架上梁段，应制定专门的调整和连接对策，把握好连接时机。在大跨度悬索桥钢箱梁安装施工中，主缆线形会随加载过程发生较大的变化，支架上梁段与相邻有吊索梁段高差也处在一个动态的变化过程中，连接时机不利，可能导致钢箱梁节段连接部位产生局部变形并对施工支架产生不利影响。采用塔区支架上无吊索梁段与有吊索梁段在全桥合龙后进行临时连接和焊接的策略，支架上梁段与有吊索梁段之间采用垫设木板和设置橡胶等措施以防止梁段之间相互碰撞引起擦伤。

1无索区线形调整前准备工作

1）施工、监控单位对加劲梁合龙线形进行测量，观察钢箱梁的线形是否与监控计算标高相吻合，为下步线形调整工作提供基础数据。

2）设计与监控单位通过计算分析，提供合龙时加劲梁线形，对无索区梁段，还需结合合龙线形测量数据确定其预拱度及调节坡度作为线形调整施工的目标值。

2 线形调整

无索区钢箱梁线形调整工作主要在支架上进行，同时相邻有索与无索梁段间线形调整，需通过设置相应工装完成。

1）无索区钢箱梁线形调整系统按设计要求，无索区钢箱梁存放按八支点支垫搁置，钢箱梁线形调节是通过支架支点位图5.2.4-1 钢箱梁支垫及标高调节装置

置下方设置厚钢板支垫，并安放32～50t螺旋千斤顶，钢箱梁平面位置调整完成后依靠千斤顶顶升并结合支垫楔块调节梁段线形（见图5.2.4-1）。

2）有索区梁段线形调整

无索区钢箱梁与有吊索钢箱梁之间的线形调整，即塔区45～46#梁还需借助一套工装完成。

工装为通过焊接在钢箱梁顶板临时连接件位置的型钢提升支架以及连接耳板的，可独立操作的四部提升链滑车。

5.2.5监测技术与分析

无索区钢箱梁安装与线形调整过程需对大桥几何参数进行监测以确保线形调整结果的准确，监测内容包括：（1）无索区箱梁梁面高程测量；（2）塔偏位及竖向变形测量；（3）主缆线形测量。（1）项采用精密水准仪——索佳B1测量，每次线形调整前后均需测量；（2）（3）采用全站仪——TCA2003与TCA1800测量，仅在线形调整前进行一次测量。以上测量过程中，梁温为关键参数之一，需全程测量，采用专用温度传感器进行测量。与支座连接的钢箱梁安装时应在过程中监测梁轴线与高程变化并及时调整。

监测的关键在于线形调整过程的（1）梁面高程测量，而（2）（3）项内容为监控复核所用，测量数据与监控分析计算值比较，及时反馈指导施工。

主要的监测内容参见表5.2.5。

表5.2.5 监 测 项 目 汇 总 表

序号 监 测 项

目 监 测 仪 器 监 测 频 率 监 测 目 的

1 主梁温度 LM35温度传感器 梁温： 1～2次/梁每次调整，塔温：1～2次，均在气温稳定时（夜间或阴天）观测 掌握塔温与梁温，为监控计算提供数据 2 塔温

3 主梁梁顶高程 索佳B1精密水准仪 1～2次/梁每次调整 掌握梁面高程，为监控计算与线形调整提供数据

4 桥轴线偏位 TCA2003、TCA1800全站仪 1次 掌握大桥钢箱梁轴线偏差与主缆实际线形，为大桥精确计算提供数据 5 主缆线形

5.3劳动力组织（见表5.3）。

表5.3 劳 动 力 组 织 情 况 表

序号 单项工程 所需人数 备注

1 管理人员 4

2 技术人员 9

3 钢箱梁转运与吊具安装 25

4 钢箱梁提升施工 8

5 钢箱梁荡移施工 14

6 钢箱梁轨道纵移施工 26

7 钢箱梁线形调整 60 与3～6不同时作业

8 杂工 5

合 计 86（78）人 括号中数字为线形调整所用人员

6.材料与设备

本工法采用的材料与机具设备见表6.1。

表6.1 机 具 设 备 表

序号 设备名称 设备型号 单位 数量 用途

1 卷扬机 20t 台 8 起吊卷扬机

2 卷扬机 10t 台 4 牵引卷扬机

3 滑车组 250t 个 8 起吊系统滑车组

4 滑车组 100t 个 8 牵引系统滑车组

5 临时索夹 套 4 起吊系统悬挂

6 偏拉锚固梁 套 2

7 固定支架 钢管桁架 个 1 存梁，钢箱梁线形调整

8 千斤顶 50t 台 16 钢箱梁线形调整

9 千斤顶 32t 台 9 钢箱梁线形调整，卸架

10 千斤顶 25t 台 8 钢箱梁线形调整

11 精密水准仪 索佳B1 台 2 钢箱梁安装，线形调整

12 全站仪 TCA1800,TCA2003 台 3 钢箱梁安装，线形调整

7.质量控制