大跨度懸索橋上部結(jié)構(gòu)大臨設(shè)施施工風(fēng)險(xiǎn)控制研究

張永福 （江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225101）

1 引言

自1995年我國(guó)第一座現(xiàn)代大跨度懸索橋汕頭海灣大橋建成以來(lái)，懸索橋建設(shè)的步伐從未停歇。到2018年底，我國(guó)已建成主跨跨徑千米以上的懸索橋達(dá)16座，占全世界同等規(guī)模懸索橋近半壁江山[1]。相對(duì)其他橋型而言，懸索橋具有跨越能力強(qiáng)、造型美觀、抗震性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有施工技術(shù)復(fù)雜、精度要求高、施工風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)。

現(xiàn)階段大型懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工中使用的大臨設(shè)施主要包括：門架系統(tǒng)、貓道系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、加勁梁吊裝系統(tǒng)等。這些大臨設(shè)施的施工是懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工中的重要一環(huán)，也是施工難度和風(fēng)險(xiǎn)極高的環(huán)節(jié)。施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)不僅會(huì)影響到大臨設(shè)施自身，有時(shí)還會(huì)影響到后續(xù)主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全，甚至對(duì)已建結(jié)構(gòu)帶來(lái)威脅，如貓道索的不平衡力導(dǎo)致主塔出現(xiàn)位移和扭轉(zhuǎn)等。因此，在大臨設(shè)施的施工過(guò)程中，對(duì)危及結(jié)構(gòu)和人員安全的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效控制尤為重要。

2 普遍性施工風(fēng)險(xiǎn)控制

大臨設(shè)施因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工藝不同，存在不盡相同的施工風(fēng)險(xiǎn)，也存在較為普遍性的風(fēng)險(xiǎn)，如人員素質(zhì)、機(jī)械設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)管理等方面，主要風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)如下：

①設(shè)立由項(xiàng)目經(jīng)理直接領(lǐng)導(dǎo)的安全小組，建立健全安全生產(chǎn)管理保證體系，落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，所有建設(shè)人員按照國(guó)家規(guī)定進(jìn)行基于工程項(xiàng)目實(shí)際的安全教育培訓(xùn)，塔吊司駕、卷?yè)P(yáng)機(jī)操作、登高架設(shè)、焊接、吊裝等特種作業(yè)人員必須經(jīng)過(guò)專門的安全作業(yè)培訓(xùn)，持證上崗；

②項(xiàng)目部編制懸索橋上部結(jié)構(gòu)大臨設(shè)施專項(xiàng)施工方案，并組織專家進(jìn)行論證、審查；

③根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及大臨設(shè)施專項(xiàng)施工方案編制危險(xiǎn)源清單，制定施工期風(fēng)險(xiǎn)控制計(jì)劃和工作細(xì)則，對(duì)于重大危險(xiǎn)源的控制，在滿足安全風(fēng)險(xiǎn)控制的常規(guī)要求以外，還要從設(shè)計(jì)、環(huán)境、施工方案和管理措施等多方面進(jìn)行防范和控制[2]；

④所有機(jī)械設(shè)備明確管理責(zé)任人，加強(qiáng)維護(hù)與保養(yǎng)，確保機(jī)械設(shè)備良好運(yùn)行，對(duì)大臨設(shè)施施工中吊裝、牽引用卷?yè)P(yáng)機(jī)等重要設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)管理；

⑤加強(qiáng)對(duì)建筑材料的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制，嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量復(fù)驗(yàn)程序；

⑥施工過(guò)程中，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控，預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)，對(duì)新出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素提出預(yù)警，及時(shí)進(jìn)行識(shí)別分析和評(píng)估，制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略。

3 差異性風(fēng)險(xiǎn)控制

3.1 門架系統(tǒng)

門架系統(tǒng)是為安裝懸索橋格柵、主索鞍、散索鞍、主纜、索夾及吊索、加勁梁等永久性結(jié)構(gòu)以及牽引系統(tǒng)、貓道系統(tǒng)等臨時(shí)結(jié)構(gòu)而設(shè)置的大臨設(shè)施。門架系統(tǒng)包括塔頂門架和錨碇門架兩大部分，見(jiàn)圖1、圖2。在門架系統(tǒng)的使用過(guò)程中常需承受較大的外力，因此門架系統(tǒng)自身要求有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。我國(guó)的門架系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)一般為鋼桁架，由H型鋼等通過(guò)高強(qiáng)螺栓及焊接連接而成，為減小組拼的誤差及高空作業(yè)量，往往單件吊裝重量較大，并且因門架安裝高度高，鋼桁架吊裝過(guò)程易受風(fēng)力影響，具有較大的施工難度。為切實(shí)減小門架系統(tǒng)安裝過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)做好事前及事中控制措施。

圖1 塔頂門架

圖2 錨碇門架

①吊裝設(shè)備。塔頂門架因吊裝高度高，現(xiàn)場(chǎng)由塔吊完成。錨碇門架視具體情況由塔吊或大型吊車完成吊裝。所有參與作業(yè)的吊裝設(shè)備需經(jīng)專人進(jìn)行設(shè)備詳細(xì)檢查，禁止設(shè)備帶病作業(yè)。

②吊裝參與人員。由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人組織主要參與吊裝作業(yè)的人員進(jìn)行技術(shù)交底，明確每名參與人員的責(zé)任和分工，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況廣泛交流意見(jiàn)。

③環(huán)境因素。門架吊裝屬于高空作業(yè)，危險(xiǎn)性較大，在墜落半徑范圍內(nèi)禁止一切無(wú)關(guān)人員進(jìn)入，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施封閉管理并布置明確的警示標(biāo)識(shí)、標(biāo)牌，同時(shí)安排專人值班。積極關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，選擇合適的吊裝時(shí)間。確定合理的門架起吊地點(diǎn)，所用吊具應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)檢查，吊裝鋼絲繩等應(yīng)完好無(wú)損，同時(shí)做好吊裝過(guò)程的防扭轉(zhuǎn)措施。

④結(jié)構(gòu)整體性。門架應(yīng)預(yù)先在構(gòu)件加工廠進(jìn)行試拼裝，防止因構(gòu)件尺寸、螺栓孔位偏差等原因增加安裝風(fēng)險(xiǎn)。門架構(gòu)件間連接所用的螺栓、焊接材料等必須與設(shè)計(jì)圖相符，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行全程把關(guān)，焊接作業(yè)環(huán)境應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)要求。門架構(gòu)件就位連接后，門架立柱底板與原結(jié)構(gòu)面之間往往接觸不夠緊密，導(dǎo)致受力不佳，現(xiàn)場(chǎng)須使用經(jīng)試驗(yàn)確定配合比的水泥漿進(jìn)行壓漿，確保傳力可靠。

⑤行走及提升系統(tǒng)。為降低索鞍、格柵吊裝風(fēng)險(xiǎn)，要求門架行走和提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠、安裝精度高。所有行走及提升用卷?yè)P(yáng)機(jī)要安裝牢固，門架頂?shù)木頁(yè)P(yáng)機(jī)與門架梁采用連續(xù)焊縫焊接固定，確保焊縫長(zhǎng)度、焊腳尺寸，不得有焊縫缺陷。固定于地面的卷?yè)P(yáng)機(jī)可采用混凝土基礎(chǔ)的形式，通過(guò)預(yù)埋螺栓或鋼板進(jìn)行連接，并在卷?yè)P(yáng)機(jī)前端設(shè)置保險(xiǎn)措施。行走系統(tǒng)軌道安裝位置準(zhǔn)確，軌道與門架梁牢固連接，軌道頂面平順，確保平車平穩(wěn)運(yùn)行。塔下轉(zhuǎn)向輪受力大，若未在塔身設(shè)置預(yù)埋件，采用錨栓等進(jìn)行連接前應(yīng)進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，在使用過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)控。

3.2 貓道系統(tǒng)

貓道系統(tǒng)作為主纜索股安裝、主纜緊纜、索夾和吊索安裝、加勁梁吊裝、主纜纏絲、防腐涂裝等的施工平臺(tái)，貫穿懸索橋上部結(jié)構(gòu)安裝工程的始終。我國(guó)的貓道系統(tǒng)多為三跨連續(xù)體系，由貓道承重索、扶手繩、貓道門架承重索、貓道面層、貓道門架、橫向通道及貓道錨固調(diào)整體系等組成，見(jiàn)圖3。貓道承重索承擔(dān)著貓道的全部荷載，單側(cè)數(shù)量通常為8根或10根，單繩直徑常達(dá)到50mm以上，單位重量大，并且是貓道系統(tǒng)形成過(guò)程的先行工序，是貓道系統(tǒng)施工風(fēng)險(xiǎn)控制的重中之重。

圖3 貓道系統(tǒng)

①架設(shè)原則。對(duì)于常規(guī)的兩塔懸索橋，為使主塔承受較小的不平衡外力，貓道承重索應(yīng)按照上、下游對(duì)稱，中、邊跨對(duì)稱，先邊跨后中跨的順序進(jìn)行架設(shè)。在實(shí)施貓道架設(shè)之前，應(yīng)在兩岸塔頂建立索塔水平位移及扭轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，以便隨時(shí)測(cè)量塔柱在貓道架設(shè)過(guò)程中的變形。監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在左、右塔柱頂適當(dāng)位置各兩個(gè)點(diǎn)[3]。施工中由測(cè)量人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)監(jiān)測(cè)主塔位移和扭轉(zhuǎn)。

②中跨貓道承重索多利用由本階段牽引系統(tǒng)拽拉形成的托架進(jìn)行架設(shè)，邊跨貓道承重索常采用直接提升法進(jìn)行架設(shè)。由于中跨貓道承重索在牽引索拽拉過(guò)程中支撐于托架托滾之上，會(huì)在相鄰?fù)袧L之間形成下垂線形，不僅會(huì)增加牽引系統(tǒng)的拉力，過(guò)大的垂度也可能對(duì)通航船舶形成威脅，因此，應(yīng)在放索端適當(dāng)施加制動(dòng)力，控制索盤的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，在指揮系統(tǒng)中安排專人關(guān)注貓道承重索線形，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。

③貓道承重索索長(zhǎng)相差較小，錯(cuò)誤使用后現(xiàn)場(chǎng)較難發(fā)現(xiàn)，因此，現(xiàn)場(chǎng)需由技術(shù)人員認(rèn)真核對(duì)，橋塔、錨碇全線人員確定編號(hào)，避免出現(xiàn)安裝位置錯(cuò)誤。

④貓道承重索固定于錨碇大小拉桿處，為了方便后期施工過(guò)程中貓道改吊等工作，需要合理預(yù)留大小拉桿長(zhǎng)度。

此外，貓道系統(tǒng)其它組成構(gòu)件施工時(shí)也存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)，施工中也要引起足夠重視。

①貓道面層鋪設(shè)時(shí)，側(cè)面網(wǎng)片尚未安裝，操作人員在面層上作業(yè)時(shí)必須將安全帶系于牢固處，見(jiàn)圖4。此階段若需操作人員在貓道面層行走作業(yè)，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置安全繩。在鋪設(shè)新一段面層時(shí)，應(yīng)將固定用U形螺栓打緊，方可作業(yè)。

圖4 貓道面層鋪設(shè)

②貓道門架由橋塔向兩側(cè)下放時(shí)由塔頂卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行反拉，由于近塔段貓道門架承重索傾角大，禁止為了加快運(yùn)輸門架速度而讓卷?yè)P(yáng)機(jī)過(guò)快放繩的操作，避免發(fā)生門架慣性失控傷人事故。

③在有通航要求的水域安裝貓道組件時(shí)，由于所用緊固螺栓、小工具等較多，應(yīng)采取必要的防護(hù)措施，防止高處墜物對(duì)行船造成威脅。

3.3 牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)是懸索橋上部結(jié)構(gòu)安裝中的重要組成部分，主要用于貓道和主纜的架設(shè)，是其架設(shè)過(guò)程的動(dòng)力來(lái)源。我國(guó)懸索橋的主纜架設(shè)基本都采用預(yù)制平行索股法（簡(jiǎn)稱PPWS法），牽引系統(tǒng)主要由牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)、牽引繩、拽拉器及相應(yīng)轉(zhuǎn)向、過(guò)渡和輔助裝置等組成。牽引系統(tǒng)一般分為兩個(gè)階段：貓道架設(shè)階段的牽引系統(tǒng)和主纜索股架設(shè)階段的牽引系統(tǒng)。主要施工風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)如下：

①絕大多數(shù)懸索橋?yàn)榭缃?、跨河懸索橋，?duì)于邊跨無(wú)水、淺水以及無(wú)通航要求或?yàn)檩o助邊跨施工已搭設(shè)施工便橋時(shí)，邊跨先導(dǎo)索可直接牽引至塔側(cè)。中跨先導(dǎo)索架設(shè)分為自由懸掛牽引法、自由懸掛牽引法、水下?tīng)恳ā⒏∽臃ê涂罩羞^(guò)渡法，應(yīng)結(jié)合水域深度、流速、水面寬度、河床等情況，進(jìn)行綜合比對(duì)分析，確定最優(yōu)的架設(shè)方案[4]。

多數(shù)先導(dǎo)索架設(shè)方法為水上作業(yè)，應(yīng)嚴(yán)格遵守水上作業(yè)的施工作業(yè)安全規(guī)范。水上作業(yè)前應(yīng)對(duì)天氣、氣象狀況有事先了解。大雨、暴雨、臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、陰霾、大霧、風(fēng)速達(dá)到6級(jí)等惡劣情況不能施工。水上作業(yè)人員應(yīng)穿戴安全防護(hù)用品，如救生衣、安全帽、防滑鞋等，作業(yè)過(guò)程中應(yīng)注意站立位置是否穩(wěn)固、是否妨礙施工或阻擋其他人、機(jī)具行走或移動(dòng)[5]。

②對(duì)于有通航要求的水域應(yīng)在先導(dǎo)索架設(shè)前與航道管理部門聯(lián)系，結(jié)合實(shí)際情況，確定封航時(shí)間。封航時(shí),在施工區(qū)域外設(shè)置警戒船、安全巡邏艇，防止外來(lái)船舶誤入施工區(qū)域。

③牽引系統(tǒng)的運(yùn)行動(dòng)力來(lái)源于錨碇后方的卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題將帶來(lái)難以估計(jì)的后果。因此，除每臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)都要確保設(shè)備完好外，對(duì)操作人員素質(zhì)也提出了更高的要求。卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員需經(jīng)培訓(xùn)考核合格方能上崗，每臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)固定人員，不可隨意調(diào)換，在運(yùn)行過(guò)程中不得擅自離崗，不得做與卷?yè)P(yáng)機(jī)操作無(wú)關(guān)的任何事情。

④牽引系統(tǒng)運(yùn)行中的事故往往發(fā)生在極短的時(shí)間內(nèi)，因此，指揮系統(tǒng)的有效運(yùn)行至關(guān)重要。指揮人員需經(jīng)系統(tǒng)的培訓(xùn)，具有應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力。指揮系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，其他任何人不得使用該對(duì)講頻道，同時(shí)設(shè)置備用頻道，應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

⑤牽引系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向輪等構(gòu)件長(zhǎng)期承受較大荷載，應(yīng)安排技術(shù)人員進(jìn)行日常巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。塔頂及錨碇門架導(dǎo)向輪軸向安裝位置必須準(zhǔn)確，偏離軸線易造成主纜索股架設(shè)時(shí)牽引索從導(dǎo)向輪內(nèi)脫落的情況，導(dǎo)致工程事故的發(fā)生。

3.4 加勁梁吊裝系統(tǒng)

懸索橋加勁梁通常采用整體節(jié)段提升法架設(shè)，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建設(shè)條件的不同，加勁梁有不同的安裝方法。根據(jù)吊裝設(shè)備的不同，主要采用跨纜吊機(jī)、纜索吊機(jī)、起重機(jī)法等3種方法進(jìn)行安裝施工[6]?？缋|吊機(jī)可適用于各類型加勁梁的大節(jié)段吊裝，跨徑適應(yīng)能力強(qiáng)，已在潤(rùn)揚(yáng)大橋、黃埔大橋、泰州大橋、西堠門大橋等建設(shè)中得到廣泛使用，是大跨徑懸索橋加勁梁吊裝的首選方法?？缋|吊機(jī)主要由卷?yè)P(yáng)機(jī)或液壓起吊提升系統(tǒng)、纜上支撐及行走系統(tǒng)、承重結(jié)構(gòu)(端梁、橫梁、鉸座)、抱緊裝置、承壓裝置以及安全防護(hù)系統(tǒng)等組成，見(jiàn)圖5?？缋|吊機(jī)支撐于主纜之上，安裝位置高，吊裝重量大，安裝過(guò)程有較高的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取必要的保證措施。

圖5 跨纜吊機(jī)拼裝

①編制跨纜吊機(jī)安裝專項(xiàng)方案，并對(duì)主要參與人員進(jìn)行技術(shù)交底。

②指揮人員應(yīng)熟悉安裝作業(yè)方案、工藝要求和操作規(guī)程，明確指揮信號(hào)。所有參與安裝作業(yè)的人員聽(tīng)從指揮,當(dāng)指揮信號(hào)不清或有錯(cuò)誤時(shí),應(yīng)停止作業(yè)，及時(shí)反饋溝通。

③有些跨纜吊機(jī)能在主纜下任何區(qū)域進(jìn)行上纜安裝，上纜前應(yīng)將所有工具、配件等妥善固定，實(shí)施封閉施工，跨纜吊機(jī)下方危險(xiǎn)區(qū)域安排專人進(jìn)行警戒，防止發(fā)生墜落傷害。

④跨纜吊機(jī)可使用自提升系統(tǒng)或借助主塔塔吊提升安裝。若借助塔吊提升安裝，需根據(jù)起吊能力對(duì)跨纜吊機(jī)進(jìn)行分解，并關(guān)注氣象情況，選擇風(fēng)力小、能見(jiàn)度高的良好天氣進(jìn)行提升作業(yè)。臨時(shí)固定用手拉葫蘆、鋼絲繩等確保完好。

⑤無(wú)特殊情況，禁止跨纜吊機(jī)主體桁架結(jié)構(gòu)在未拼裝完好狀態(tài)下過(guò)夜。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代懸索橋在我國(guó)的建設(shè)歷史較短，針對(duì)其施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)研究尚未形成體系。本文從建設(shè)人員和主體結(jié)構(gòu)安全角度出發(fā)，以懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工中常用的大臨設(shè)施為研究對(duì)象，對(duì)大臨設(shè)施施工風(fēng)險(xiǎn)控制提出了一些看法，以期為我國(guó)懸索橋施工風(fēng)險(xiǎn)控制研究提供借鑒和參考作用。