連續(xù)鋼桁梁頂推架設(shè)施工過程中的安全控制分析

鄧旭，劉志軒 （中交二航局結(jié)構(gòu)工程有限公司，湖北 武漢 430000）

1 工程概況

漠陽江特大橋：橋梁全長8.05km，橋梁分別跨越漠陽江東河、漠陽江、漠陽江西河，于DK274+664～DK274+700處跨越漠陽江航線，河流與線路大里程夾角為68。，跨徑134m。

134m鋼桁梁采用步履式頂推法進(jìn)行施工，施工前在工廠內(nèi)完成鋼桁架各桿件加工、制作，現(xiàn)場完成64m簡支現(xiàn)澆梁及臨時(shí)施工平臺(tái)、頂推臨時(shí)墩的搭設(shè)，使其具備頂推施工的條件，確保鋼桁梁推進(jìn)安全順利完成，使所有措施必須符合規(guī)范要求[1]。

2 施工方案

2.1 方案總述

漠陽江大橋鋼桁梁的推頂和架設(shè)工藝為：鋼桁梁制造、運(yùn)輸以及布置頂推設(shè)備→布置鋼桁梁組裝平臺(tái)和臨時(shí)支墩→使用一臺(tái)70t橫跨64m現(xiàn)澆梁龍門拼裝節(jié)段→頂推節(jié)段→鋼桁梁拼裝、焊接→頂推節(jié)段→依次按每次拼裝、頂推一個(gè)節(jié)間循環(huán)施工直至鋼桁梁拼完成→頂推到位→落梁→拆除頂推平臺(tái)、支墩等臨時(shí)設(shè)施。

鋼梁在工廠加工制造完成后，在廠內(nèi)全部試拼，試拼完成后經(jīng)陸地交通運(yùn)至現(xiàn)場鋼梁預(yù)拼場存放。最大頂推質(zhì)量為3300t，設(shè)計(jì)頂推力為400t。除此之外的相關(guān)設(shè)計(jì)，諸如配種總計(jì)的1000t以及將其系在鋼梁橋面，其目的便是要確保鋼桁梁的抗傾覆指數(shù)不低于1.5。

基于預(yù)先確定好的施工步驟，將先期分段的橋面、鋼梁等結(jié)構(gòu)依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)拼裝在鋼桁梁小里程側(cè)搭設(shè)鋼梁拼裝平臺(tái)之后，再將其往大里程方向推進(jìn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)位置[2]。

2.2 施工步驟優(yōu)化

主墩中心間距134m，而懸臂的長度不得過長也不宜過短，若過長或過短，均會(huì)因臨時(shí)結(jié)構(gòu)的鋼導(dǎo)梁體量過大而使整體結(jié)構(gòu)受力不均，繼而對后續(xù)的頂推工作開展造成困擾。因此，最適宜的方案可在兩主墩之間搭建臨時(shí)墩，來為后續(xù)的施工步驟提供方便。

在推動(dòng)鋼梁時(shí)設(shè)置兩個(gè)滑塊，并將至少20mm厚的鋼板覆蓋在滑動(dòng)梁的頂面，讓不銹鋼與MGE板能可在滑動(dòng)梁頂面摩擦滑動(dòng)，以此將能為滑動(dòng)梁方面相關(guān)作業(yè)的完成過程提供方便。

圖1 優(yōu)化施工步驟后的臨時(shí)支撐墩

3 受力分析

3.1 計(jì)算模型

此次設(shè)計(jì)是采用有限元分析軟件MIDASCivil2015版來對鋼桁梁施工過程進(jìn)行計(jì)算，而基于模擬結(jié)構(gòu)用梁單元，共計(jì)得出3305個(gè)節(jié)點(diǎn)以及4705個(gè)單元，如圖2所示。

圖2 鋼桁梁和導(dǎo)梁的受力模型

3.2 分析結(jié)果

基于對本鋼桁梁頂推施工計(jì)算模型的分析，可以明確的是，此次施工主要分為17個(gè)階段。而有關(guān)桁梁橋頂推的施工環(huán)節(jié)，為確保鋼桁梁變形與強(qiáng)度均能滿足施工的具體要求，則需確保其前導(dǎo)梁的懸臂撓度不得低于353.3mm；而下鋼桁梁前導(dǎo)梁的拉應(yīng)力也應(yīng)在接觸臨時(shí)墩工時(shí)保持最大，即235.9MPa。

確定鋼桁梁頂推位置：

①拉錨器與鋼梁末端固定。

②將千斤頂固定在滑軌上。

③鋼桁梁的推拉千斤頂與錨拉器之間的距離控制在至少80m，這樣鋼桁架梁的位置在推進(jìn)過程中不會(huì)發(fā)生變化。而為確保電纜的應(yīng)力均勻，則需確保千斤頂與拉錨器的施力點(diǎn)始終位于同一水平線并與梁的軸線保持平行[3]。

3.3 抗傾覆分析

對施工過程中懸臂狀態(tài)下的各工況進(jìn)行抗傾覆分析，懸臂結(jié)構(gòu)抗傾覆安全系數(shù)K0計(jì)算公式為：

式中：M2為傾覆力矩，即懸臂段對傾覆點(diǎn)的力矩；M1為穩(wěn)定力矩，即平臺(tái)段對傾覆點(diǎn)的力矩。

從支座傾覆點(diǎn)分離，全梁構(gòu)造為兩座簡支梁計(jì)算模型，求出支座反力乘以力臂，即可得出該工況下的穩(wěn)定與傾覆力矩。對本桁梁橋頂推過程進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，其中導(dǎo)梁完全懸臂時(shí)的抗傾覆安全系數(shù)K0為4.4，最大懸臂狀態(tài)的抗傾覆安全系數(shù)K0為2.7（K0均大于1.5），經(jīng)計(jì)算表明鋼桁梁結(jié)構(gòu)的整個(gè)頂推過程滿足抗傾覆要求。

4 安全生產(chǎn)保證體系

該項(xiàng)目跨越漠陽江中河，采用步履式鋼桁梁頂推施工。由于施工過程中使用的機(jī)械設(shè)備設(shè)施較多，且存在跨航道立體交叉環(huán)境作業(yè)、臺(tái)風(fēng)風(fēng)期作業(yè)等外部因素影響，存在許多安全風(fēng)險(xiǎn)，包括：高處墜落、人員淹溺、機(jī)械傷害、坍塌、觸電傷害、起重傷害、火災(zāi)、航船碰撞、極端天氣災(zāi)害等。

此項(xiàng)目在鋼桁梁安裝施工過程中特成立跨漠陽江鋼桁梁安裝施工安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組，解決和處理安全生產(chǎn)中的重大問題和關(guān)鍵問題。結(jié)合鋼桁梁的施工特點(diǎn)，確定施工過程中的關(guān)鍵工序，要點(diǎn)和控制措施，建立并形成了符合本項(xiàng)目特點(diǎn)的安全生產(chǎn)保障體系，形成了安全系統(tǒng)文件，并按文件要求嚴(yán)格執(zhí)行。配置必要的技術(shù)設(shè)備，安全質(zhì)量管理和施工技術(shù)人員。

5 鋼桁梁頂推施工過程中的安全控制

鋼桁梁頂推施工重點(diǎn)工序?yàn)榕R時(shí)墩搭設(shè)、鋼桁梁桿件拼裝、鋼梁架設(shè)，現(xiàn)簡述其施工過程中的安全控制措施。

5.1 臨時(shí)墩搭設(shè)的安全措施

在焊接臨時(shí)墩連接件時(shí)，搭設(shè)人員配備防墜安全帶并確保正確使用；使用起重設(shè)備吊運(yùn)時(shí)，由專人指揮；在起吊中設(shè)置晃繩，確保平穩(wěn)起吊；臨時(shí)墩連接件的焊接遵循由下自上的原則進(jìn)行，下部加固完畢后再逐步往上安裝；搭設(shè)中，臨時(shí)支撐立柱上焊接了臨時(shí)踏步確保人員安全攀爬；技術(shù)人員和測量員監(jiān)控整個(gè)過程，以確保桿的角度和位置滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 鋼桁梁組裝的安全措施

鋼桁梁在起吊拼裝過程中嚴(yán)格按照下弦桿→腹桿→上弦桿→腹桿→橋面板→橫聯(lián)→上平聯(lián)的順序拼裝，在重要部位安裝應(yīng)力及應(yīng)變監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施拼裝全過程的監(jiān)控，防止拼裝過程出現(xiàn)應(yīng)力或變形過大引起結(jié)構(gòu)的不安全。

5.3 鋼梁架設(shè)的安全措施

夜間工作時(shí)配備充足的照明。吊裝鋼梁桿件前，確認(rèn)起吊桿件的重量和重心位置，并牢固捆綁，吊具的夾角不超過60。。在吊具和提升桿的桿之間的角接觸處使用橡膠墊。提升桿時(shí)安排固定的人員指揮吊裝，提前檢查周圍區(qū)域，確保沒有障礙物。所有相關(guān)人員密切配合，指揮得當(dāng)。對拆裝腳手架、緊固螺栓等工作，避免交叉作業(yè)。

6 結(jié)束語

鋼桁架梁的安裝采用頂推法進(jìn)行施工與傳統(tǒng)吊裝方式相比，不僅可以有效簡化施工工作流程，而且具有更好的安全性和經(jīng)濟(jì)性，有利于保證項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。