海上非旋轉(zhuǎn)同步雙抬吊技術(shù)在大型T 梁安裝中的應(yīng)用

王中，楊磊，梁昆，劉振華，盛健，李崇江

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

0 引言

同步雙抬吊技術(shù)在陸地上用于吊裝大型構(gòu)件時多次被應(yīng)用，技術(shù)成熟；但海上同步雙抬吊時，受到海浪、潮汐、水位變動等影響，2 臺起重設(shè)備吊裝過程很難實現(xiàn)同步，吊裝風(fēng)險很大。為盡可能的降低吊裝風(fēng)險，考慮吊裝過程僅通過起落吊臂調(diào)整吊距來完成；在一艘方駁上固定2 臺履帶式吊機(jī)，通過平移臺車喂梁，在吊裝架上設(shè)置不同吊點位置來實現(xiàn)不同跨度的T 梁吊裝。神華國華印尼爪哇7 號電廠工程海上T 梁安裝采用了此項技術(shù)，順利完成了192 榀T 梁安裝。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

神華國華印尼爪哇7 號2×1 050 MW 燃煤發(fā)電工程配套碼頭及取排水設(shè)施工程引橋工程位于印度尼西亞爪哇島萬丹省芝勒貢市；引橋全長1 431 m，上部結(jié)構(gòu)通過安裝預(yù)應(yīng)力T 梁形成橋面體系，T 梁混凝土強(qiáng)度等級為C45，梁高為2 m，長度為27 m 和30 m；單榀重量為85.88～87.75 t不等，各類T 梁構(gòu)件特征見表1。

表1 各類T 梁構(gòu)件特征統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of characteristics of various T-beam components

1.2 自然條件概述

本工程地處赤道地區(qū)，屬熱帶雨林氣候，陽光充足，雨量充沛，全年濕熱，11 月—次年3 月為雨季，5—10 月為旱季。

本工程海域?qū)儆诎肴栈旌铣毙?。設(shè)計高水位+0.5 m；設(shè)計低水位-0.48 m；極端高水位+1.12 m；極端低水位-0.75 m。

2 海上非旋轉(zhuǎn)同步雙抬吊技術(shù)的優(yōu)點

一般大型構(gòu)件海上安裝采用起重船施工，但是由于印尼當(dāng)?shù)仄鹬卮Y源相對匱乏，起重船租賃費用很高，若從國內(nèi)調(diào)遣，周期長且清關(guān)困難，工期上無法滿足業(yè)主要求。本工程T 梁最大跨度30 m，單榀最重87.75 t，因此考慮采用2 臺履帶吊抬吊工藝；因履帶吊抬吊的方式安裝大型構(gòu)件同步操作難度較大，為此起吊、安裝過程2 臺履帶吊僅通過起落吊臂調(diào)整吊距來控制T 梁安裝位置，減少吊車配合不同步帶來的風(fēng)險。

3 關(guān)鍵施工參數(shù)

3.1 吊機(jī)型號

擬選用2 臺250 t 履帶吊進(jìn)行T 梁安裝，T 梁吊裝計算按照單重最大的T 梁進(jìn)行，30 m 中梁重量87.75 t，吊裝架重量31.9 t，履帶吊鉤頭及吊索具重3 t，總重量122.65 t。

按照2 臺履帶吊抬吊施工工藝，根據(jù)規(guī)范要求[1]，2 臺起重設(shè)備起吊同一重物時，必須制定專項起吊方案。起吊前必須根據(jù)重心位置等合理布置吊點[2]。吊運(yùn)過程中必須統(tǒng)一指揮，2 臺起重設(shè)備的動作必須協(xié)調(diào)。各起重設(shè)備的實際起重量，嚴(yán)禁超過其額定起重能力的80%，且鉤繩必須處于垂直狀態(tài)[3]。

考慮抬吊不均衡系數(shù)0.8，水上起重吊裝系數(shù)0.95，動力荷載系數(shù)1.1，風(fēng)荷載系數(shù)1.01。

2 臺250 t 履帶吊兩側(cè)均衡受力，G1=1/2（G梁+G吊架+G吊索）=61.33 t。

吊機(jī)理論吊重能力G吊機(jī)≥G1×1.1×1.01÷0.8÷0.95=89.65 t

根據(jù)250 t 方駁吊機(jī)性能參數(shù)，吊臂選用21.3 m，吊距不大于12 m[4]。

3.2 吊裝最大傾斜角度

當(dāng)2 臺履帶吊不同步時，T 梁吊裝過程中會產(chǎn)生傾斜，設(shè)定傾斜角度為θ，T 梁傾斜吊裝示意圖見圖1，此時T 梁與吊裝架間鋼絲繩為垂直狀態(tài)，T 梁重心高1.25 m，位于T 梁中間部分，吊點垂直距離為1 m。

圖1 T 梁傾斜吊裝示意圖Fig.1 Schematic diagram of T-beam inclined hoisting

則兩端吊點與T 梁垂直距離：

當(dāng)?shù)鯔C(jī)在12 m 作業(yè)半徑額定吊重達(dá)最大值時，G吊機(jī)=90.1 t，此時G1max=G吊機(jī)×0.8×0.95/（1.1×1.01）=61.6 t，則G1min=61.33×2-61.6=61.06 t

根據(jù)力矩平衡：L左×G1min=L右×G1max

則L左∶L右=61.6∶61.06

求得θ=2°，T 梁兩端高差1.39 m。故傾斜角度不大于2°，兩端高差不大于1.39 m，吊機(jī)性能滿足起吊要求。

3.3 船舶吊裝穩(wěn)定性驗算

5 000 t 方駁長73 m，寬21 m，滿足每次運(yùn)輸T 梁8 榀的安裝進(jìn)度要求。2 臺250 t 履帶吊固定在5 000 t 方駁上，位置見圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段T 梁安裝履帶吊位置圖Fig.2 Locations of crawler crane for T-beam installation of standard section

1）5 000 t 方駁及250 t 履帶吊主要參數(shù)

5 000 t 方駁：總長L方駁=73.3 m，船寬B方駁=21.34 m，型深H方駁=4.88 m，空載排水量Do=905 t。

250 t 履帶吊：履帶吊自重T履=189 t，吊機(jī)固定用加固型鋼等重量T加固=25 t，吊距12 m，起吊重量根據(jù)吊機(jī)選型計算，2 臺履帶吊最大吊重P=122.65 t。

2）初穩(wěn)心高計算

初穩(wěn)心高計算公式為：GM=Mk/（D×sinθ）

式中：GM為初穩(wěn)心高度；Mk為抗橫傾力距，Mk=P×（B/2+r），其中P為裝載重量，t；B為船寬，m；r為吊桿舷外跨距，m，吊機(jī)距船舷7.7 m；θ為船舶橫傾角，計算取1.5°（實測得到）；D為船舶排水量，t，D=Do+T履×2+T加固=905+189×2+25=1 308 t。

船舶穩(wěn)定的標(biāo)志及其要求是初穩(wěn)心高應(yīng)不小于0.15 m，即GM=53.6 m＞0.15 m，船舶穩(wěn)定。

5 000 t 方駁裝載250 t 履帶吊旋轉(zhuǎn)中心距船舷7.7 m，在吊距12 m 范圍內(nèi)進(jìn)行T 梁吊裝作業(yè)，初穩(wěn)心高滿足要求。

4 施工方駁改造

1 艘5 000 t 方駁應(yīng)滿足T 梁從裝船、運(yùn)輸?shù)桨惭b的全過程使用需求，現(xiàn)有的方駁無法滿足使用需求，因此需對方駁進(jìn)行改造。

4.1 固定2 臺250 t 履帶吊

2 臺250 t 履帶吊的加固位置應(yīng)滿足T 梁裝船及安裝過程中的吊距要求。

為加強(qiáng)甲板剛度，在履帶吊安裝位置處，鋪設(shè)2 cm 厚鋼板，鋼板長12 m，寬8.8 m，鋼板四周及接縫處與甲板進(jìn)行焊接；為避免履帶吊在作業(yè)時發(fā)生移位，出現(xiàn)安全隱患，履帶吊采用H300×150 型鋼固定，共設(shè)置6 道封固，兩側(cè)履帶前后位置各1 道；兩履帶內(nèi)側(cè)底盤處各封固1 道。并在兩條履帶前后各設(shè)置車擋，H 型鋼均與加強(qiáng)鋼板焊接。履帶吊加固效果見圖3。

圖3 履帶吊加固示意圖Fig.3 Reinforcement diagram of crawler crane

4.2 設(shè)置軌道平移車

T 梁在裝船及安裝過程中，在方駁上的移位通過可升降式軌道平移車完成。并在平移車上安裝同步裝置，通過1 臺遙控器控制2 輛平移車同步行駛。平移車設(shè)置在存梁臺座內(nèi)側(cè)，軸線間距26.5 m。臺車長2.5 m，寬1.5 m，高0.75 m，采用380 V 三相電源供電，額定載重75 t，額定功率7.5 kW，最大提升高度200 mm，每臺臺車設(shè)置2 條P50 鋼軌，內(nèi)軌距1.3 m，鋼軌采用壓板焊接在甲板上，鋼軌兩端甲板上焊接車擋，臺車自帶限位器、夾軌器。

4.3 設(shè)置存梁臺座

臺車外側(cè)設(shè)置存梁臺座共2 條，軸線間距28.75 m。每條臺座長20.7 m，寬0.75 m，高1.22 m，采用C40 混凝土澆筑，四角設(shè)置4 根10 號槽鋼，底部槽鋼與加固鋼板焊接。臺座遠(yuǎn)離吊機(jī)一側(cè)設(shè)置固定式T 梁固定架，采用10 號槽鋼焊接而成。

4.4 改裝錨系系統(tǒng)

現(xiàn)有的5 000 t 方駁上僅有一口錨機(jī)，位于船舶左后方；為保證在T 梁安裝過程中的船舶穩(wěn)定，并實現(xiàn)船舶精確定位，在船舶的左前、右前、右后方位共增加3 口錨機(jī)，每口錨機(jī)均配置1 個1 t的海軍錨；同時在對應(yīng)2 臺250 t 履帶吊的船舷處安裝2 臺3 t 卷揚(yáng)機(jī)，用于收緊纜繩，調(diào)整方駁與橫梁之間的距離。

5 施工控制要點

5.1 大型T 梁裝船

方駁平行于出運(yùn)碼頭駐位，250 t 履帶吊靠近岸側(cè)，海側(cè)拋錨2 口，距離不小于50 m，形成“八字纜”，岸側(cè)利用混凝土方墩，將2 條纜繩系在混凝土方墩上，用錨機(jī)通過4 條纜繩平移方駁位置。

T 梁裝船時采用吊裝架吊裝，吊裝前檢查錨纜及T 梁傾斜情況并調(diào)整后，在專人指揮下繼續(xù)慢速起鉤并調(diào)整吊裝架前后位置，使鋼絲繩受力均勻，確保T 梁垂直起吊，T 梁離開運(yùn)梁車后，2臺履帶吊同時同步起桿，增大吊臂夾角，達(dá)到T梁橫向移動的目的。

T 梁在臺車上加固完后，開始平移臺車，臺車移動速度不超過5 m/min。當(dāng)T 梁移動至最后位置后，施工人員操縱臺車頂升裝置，使兩側(cè)同時起升150 mm，并在肋板下方放置150 mm 木枋，然后及時安放好支架，拉好兩側(cè)斜拉鋼絲繩，再降低T 梁。對T 梁進(jìn)行加固，加固效果見圖4，然后臺車行駛至靠岸側(cè)船舷標(biāo)線位置，等待下榀T 梁運(yùn)輸。

圖4 方駁上T 梁加固效果圖Fig.4 Reinforcement effect diagram of T-beam on square barge

5.2 大型T 梁安裝準(zhǔn)備

1）需安裝位置下橫梁的混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%。

2）T 梁安裝前，測量對橫梁上預(yù)埋耐候鋼板進(jìn)行標(biāo)高、軸線測量，放出T 梁軸線位置。

3）為了避免橫梁混凝土被方駁破壞，對應(yīng)安裝位置的橫梁端部采用舊輪胎防護(hù)，輪胎上應(yīng)包裹土工布，避免在混凝土面留有輪胎痕跡[5]。

4）安裝時在預(yù)制梁支座兩側(cè)安裝專用限位架[6]，如圖5 所示，使預(yù)制梁一進(jìn)入限位架即能平衡到達(dá)安裝位置。限位架一側(cè)布置在T 梁安裝邊線處，另一側(cè)布置在距邊線外100 mm，當(dāng)T 梁安裝進(jìn)入限位架后，用100 mm 木楔將T 梁擠到安裝位置。

圖5 限位架安裝效果圖Fig.5 Installation effect drawing of limit frame

限位架采用[10 槽鋼制作，底部槽鋼開2 個φ27 mm 螺栓孔，通過φ25 mm 螺紋鋼與橫梁固定。為保證T 梁防腐不被破壞，槽鋼內(nèi)鑲嵌木枋并采用土工布包裹。

5.3 方駁駐位

方駁駐位方向平行于引橋前沿線，駁船拋4口錨，前方2 口，后方2 口，形成“八”字交叉錨。在2 臺履帶吊位置設(shè)置2 根纜繩，與現(xiàn)澆橫梁底模反吊系統(tǒng)H100×100 型鋼立柱連接，形成固定纜。纜繩采用2 臺3 t 卷揚(yáng)機(jī)收緊，使船舶向橫梁移動，安裝前船舷距橫梁端頭不得大于1 m。

5.4 大型T 梁安裝

1）T 梁安裝前，將2 臺履帶吊進(jìn)行編號，保證起重指揮指令傳達(dá)準(zhǔn)確，起重指揮與吊車司機(jī)需現(xiàn)場演練，熟悉操作后再安裝。

2）根據(jù)裝船順序，后裝船的梁應(yīng)先安裝，安裝前應(yīng)由軌道平移車將T 梁平移至方駁側(cè)舷取梁位置處，在專人指揮下，履帶吊使用吊裝架吊取T 梁，起重人員將吊具與T 梁提前連接好，并在T梁兩端系好晃繩。2 臺履帶吊同時慢速起鉤，同時調(diào)整扒桿角度，使鋼絲繩受力均勻[7]，確保T 梁垂直起吊。待履帶吊負(fù)荷均衡、合力達(dá)到總負(fù)荷的70%左右時，拆除梁側(cè)的加固措施。

3）檢查錨纜情況及梁的傾斜情況，滿足要求后繼續(xù)起鉤，降低扒桿，使T 梁軸線與安裝軸線重合，再通過調(diào)整錨纜使梁底對準(zhǔn)限位架上口后慢速落鉤，確保T 梁底部進(jìn)入限位架。

4）T 梁安裝就位后，將T 梁底部耐候鋼板與橫梁預(yù)埋鋼板焊接，兩側(cè)翼板和隔墻甩筋間隔2 m焊接成整體以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

5.5 非旋轉(zhuǎn)同步雙抬吊保障措施

1）為保持2 臺吊車同步性[8]，在吊車吊臂安裝測斜儀，調(diào)整測斜儀角度，使測斜儀顯示角度與吊機(jī)力矩顯示器角度相同，然后將讀數(shù)裝置安放在另一臺吊機(jī)駕駛室，使另一臺吊機(jī)能夠讀出對方吊臂角度，吊機(jī)司機(jī)通過2 臺吊機(jī)吊臂角度對比，調(diào)整吊臂角度，從而達(dá)到同步的目的。

2）為確保2 臺250 t 履帶吊起落桿的同步性，在吊架安裝擺針式船用測斜儀，吊機(jī)司機(jī)及起重指揮實時觀測吊架傾斜情況，在施工作業(yè)過程中，吊架傾斜不得大于2°。

3）方駁設(shè)置船用水平儀，垂直于船舷設(shè)置，裝梁過程中實時監(jiān)測船舶橫傾角，大于2.5°時，停止吊裝作業(yè)，通過壓載水調(diào)整傾角。

6 應(yīng)用效果

6.1 吊裝效果

本工程所采用的海上非旋轉(zhuǎn)同步雙抬吊技術(shù)安裝T 梁工藝，通過對現(xiàn)有資源設(shè)備的利用和改造，僅通過一艘方駁吊機(jī)組實現(xiàn)了裝梁、運(yùn)輸及安裝的全過程，有效的解決了當(dāng)?shù)卮瑱C(jī)資源緊張的問題，對于船舶資源匱乏的項目具有較強(qiáng)的推廣意義。通過吊裝驗算、船舶穩(wěn)定性驗算、吊車同步起吊等技術(shù)措施，保證現(xiàn)場施工安全，以技術(shù)保安全，實現(xiàn)本質(zhì)安全。同時也確保了現(xiàn)場的施工進(jìn)度和質(zhì)量。

6.2 經(jīng)濟(jì)性

非旋轉(zhuǎn)同步雙抬吊技術(shù)安裝T 梁工藝與起重船安裝工藝對比，節(jié)約費用約342 萬元。

6.3 安全性

同步雙抬吊工藝因吊裝作業(yè)同步困難在施工中存在很大的安全隱患，本工程采用的非旋轉(zhuǎn)同步雙抬吊工藝有效的降低了因吊裝作業(yè)不同步而帶來的安全風(fēng)險，并通過設(shè)置測斜儀判斷吊裝作業(yè)的同步性、在方駁上增加錨機(jī)提升船舶穩(wěn)定性、限制吊裝作業(yè)工況等安全措施。在施工過程中，安全員全程監(jiān)督，每榀梁的出運(yùn)、安裝均例行檢查并形成記錄，確保了T 梁安裝過程中無安全事故發(fā)生。

7 結(jié)語

1）采用非旋轉(zhuǎn)同步雙抬吊工藝安裝T 梁為行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，節(jié)約成本，安全可控，具有一定的推廣意義。

2）采用此工藝安裝T 梁，對海況要求比較高，施工過程中應(yīng)安裝測斜裝置、風(fēng)速儀等，對施工過程進(jìn)行監(jiān)測，超出允許值嚴(yán)禁施工。

3）T 梁在吊裝、運(yùn)輸過程中應(yīng)做好成品保護(hù)，避免對混凝土邊角及防腐涂層等造成破壞，增加后期修補(bǔ)難度。

4）T 梁船上運(yùn)輸采用軌道平移車，軌道平移車最大爬坡角度為1.5°；隨著T 梁裝船，船舶將出現(xiàn)偏載現(xiàn)象，出現(xiàn)傾角，應(yīng)通過調(diào)整壓倉水控制船舶傾角不超過1.5°。