城市跨高速大跨度鋼箱梁吊裝技術(shù)應(yīng)用探討

程敘埕, 段俊鍇, 周 露

(1. 成都興城建設(shè)管理有限公司， 四川成都 610000； 2. 北京場道市政工程集團有限公司，北京 100000)

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展速度越來越快，城市的交通壓力也與日俱增，對城市的通行能力要求也越來越高，隨之而來的是越來越多的立交橋、跨線橋等復(fù)雜的交通建設(shè)項目開始實施。尤其是在很多城市現(xiàn)行的命脈線上進行拓寬改造、新建互通立交以及跨線等建設(shè)，封路及改線繞行等均將帶來巨大損失，在保障原有道路的更短時間封閉的同時如何快速高效且安全可靠的將新建工程完成，是近年來各大基礎(chǔ)設(shè)施實施企業(yè)研究的重點。在這一研究背景下，本文以成都市東西城市軸線繞城節(jié)點橋梁第七聯(lián)鋼箱梁為例，結(jié)合周邊環(huán)境、施工條件等因素，系統(tǒng)分析城市復(fù)雜交通環(huán)境中跨越高速路的大跨度鋼箱梁的吊裝技術(shù)，期望積累相關(guān)施工經(jīng)驗，為后續(xù)類似工程提供參考借鑒。

1 工程概況

繞城節(jié)點橋梁全長2 486 m，總寬度60 m，全斷面跨越繞城高速，最大縱坡4%，最小縱坡0.3%。

橋梁橫斷面設(shè)計：本跨線橋分為3幅，為20.5 m+19 m+20.5 m=60 m。

橫斷面布置為：3.5 m(花箱)+ 16 m(軸線主道)+6.5 m(公交分隔帶)+8 m(公交車道)+6.5 m(公交分隔帶)+ 16 m(軸線主道)+3.5 m(花箱)=60 m。

斷面效果圖如圖1所示。

圖1 標準斷面效果圖(單位:m)

其中第七聯(lián)位于跨繞城位置，全長151 m，共3跨。其位置示意如圖2所示，立面如圖3所示，斷面如圖4所示，工程參數(shù)見表1。

圖2 第七聯(lián)位置示意

圖3 第七聯(lián)立面示意(單位：cm)

圖4 第七聯(lián)斷面(單位：mm)

表1 第七聯(lián)鋼箱梁工程參數(shù) 單位:m

2 施工方案比選

第七聯(lián)2個邊跨吊裝較為常規(guī)，在此不作分析。主要跨越繞城高速的中跨吊裝復(fù)雜，分片后單片箱梁重達161 t。目前鋼箱梁施工常用的方法有直接吊裝法、原位提升法、頂推法、滑移法。

2.1 直接吊裝法

直接吊裝法又有單機吊裝和雙機抬吊。一般橋梁吊裝中單機吊裝常采用單臺大型汽車吊或履帶吊進行吊裝，本工程最不利位置為跨繞城部分，單片箱梁重達161 t，單機吊裝半徑達48 m，為避免吊車大臂與繞城碰撞，大臂將超60 m， 800 t以上的超起性能的履帶吊才能滿足吊裝要求，造價高，設(shè)備利用效率低，吊裝效率低。雙機抬吊在大跨度的跨線超重吊裝中更常用，常常采用性能相近的2臺吊車分別站位箱梁兩端進行抬吊，這種吊裝方法對單臺設(shè)備性能要求大幅降低，吊裝效率更高，安全性更好，造價相對較低。

2.2 原位提升法

原位提升法在橋位正下方將整跨鋼箱梁拼裝完成，然后將整跨鋼箱梁整體提升,減少了高空作業(yè)，安全性高，施工便捷，支撐措施較少;缺點是需占用橋位正下方空間，若下方是既有道路，需封閉改道，工期較長，不適合跨線橋安裝。

2.3 頂推法

頂推法是在橋體一端設(shè)置頂推平臺，在頂推平臺上進行拼裝，然后在鋼箱梁前端加設(shè)前導(dǎo)梁，最后將鋼箱梁逐步頂推至設(shè)計原位?？稍诳缇€外將整聯(lián)鋼箱梁拼裝完成，拼裝過程中不需要占用繞城高速，頂推跨線過程中需臨時封閉。對道路封閉占用時間短，操作人員在固定的平臺進行施工，安全性高，但是措施量大，技術(shù)要求高，工期長，造價高。

2.4 滑移法

滑移法用于鋼箱梁橋梁安裝時常用的是累積滑移，是在待安裝鋼箱梁橋體下方鋪設(shè)滑移軌道及軌道支撐支架，鋼箱梁一邊拼裝，一邊進行牽引在軌道上滑移前行，逐步就位至設(shè)計位置的方法。操作人員作業(yè)位置相對固定，安全性較高；措施量大，技術(shù)要求較高，工期較長，造價較高，對繞城高速封閉時間長。

幾種常用吊裝方法優(yōu)缺點對比見表2。

表2 鋼箱梁吊裝方案對比

根據(jù)繞城高速的通行要求，結(jié)合周邊環(huán)境等因素，綜合比較各施工方案，中跨吊裝決定采用方案1，通過詳細的吊裝模擬分析，最終中跨采用500 t+400 t履帶吊雙機抬吊法對鋼箱梁進行安裝。

3 施工技術(shù)要點

3.1 施工總體部署

第七聯(lián)鋼箱梁上跨繞城高速，梁底距離繞城高速限界高度16.6 m，該跨兩側(cè)橋墩距離繞城高速距離分別為9.47 m和11.33 m。此節(jié)點處是一個3層的道路空間布置，由于繞城高速需保證不間斷運行且橋面板上無法支設(shè)用臨時支墩，為此，考慮該跨采用長度65 m的一片鋼箱梁跨越吊裝一次完成。先吊裝2片主箱室并做好固定焊接，后分塊分片吊裝中間橫肋和兩側(cè)懸挑翼緣板。根據(jù)既有地形條件，在架梁場地分別進行地基處理和硬化，形成了梁體拼裝、吊車占位區(qū)域的場地條件(圖5)。

圖5 施工總體部署示意

3.2 施工流程

(1)總體施工流程見圖6。

圖6 施工流程

(2)雙機抬吊部分吊裝流程見表3。

3.3 吊裝工況分析

3.3.1 500 t履帶吊單機起吊吊裝工況分析

此工況下，鋼箱梁重161 t，吊具及鋼絲繩重量約7 t，吊裝半徑20 m，臂長54 m，履帶吊額定吊重T=267 t>1.2×(161+7)t=201.6 t，滿足吊裝要求，如圖7所示。

圖7 單機起吊吊裝分析(單位:m)

3.3.2 500 t履帶吊單機旋轉(zhuǎn)構(gòu)件至換鉤位置工況分析

此工況下，鋼箱梁重161 t，吊具及鋼絲繩重量約7 t，吊裝半徑最不利位置為26 m，臂長54 m，履帶吊額定吊重T=202 t>1.2×(161+7)t=201.6 t，滿足吊裝要求，如圖8所示。

圖8 單機旋轉(zhuǎn)吊裝分析(單位:m)

3.3.3 500 t吊車脫鉤后，400 t履帶吊單機抬吊工況分析

此工況下，鋼箱梁一端固定于支架上，履帶吊側(cè)構(gòu)件重力分配值約72 t，支架與履帶吊受力分配計算如圖9所示。吊具及鋼絲繩重量約5 t，吊裝半徑為44 m，臂長72 m，履帶吊額定吊重T=104 t>1.2×(72+5) t=92.4 t，滿足吊裝要求，如圖10所示。

圖9 支架與履帶吊受力分配計算示意(單位:m)

圖10 單機抬吊吊裝分析(單位:m)

3.3.4 雙機抬吊就位工況

此工況下，500 t吊車側(cè)吊重分配值約97 t，400 t吊車一側(cè)吊重分配值約64 t，履帶吊受力分配計算如圖11所示，兩側(cè)吊具及鋼絲繩重量均約5 t。500 t吊車吊裝半徑26 m，臂長54 m，額定吊重為202 t，雙機抬吊時其額定限重量T1=202 t×0.8=161.6 t；400 t吊車吊裝半徑40 m，臂長72 m，額定吊重為116 t，雙機抬吊時其額定限重量T2=116 t×0.8=92.8 t；雙機總額定限重量Tz=(202+116)×0.75=238.5 t。 500 t吊車一側(cè)T1=161.6 t>97+5=102 t；400 t吊車一側(cè)T2=92.8 t>64+5=69 t；雙機抬吊Tz=238.5 t>161+5×2=171 t；滿足吊裝要求，如圖12所示。

圖11 履帶吊受力分配計算示意(單位:m)

3.4 施工精度控制

鋼箱梁在梁段現(xiàn)場吊裝前先對箱梁中線箱梁總長進行檢測，同時對梁段端頭坡口加工情況等進行檢查，將所測量數(shù)據(jù)與梁段匹配工廠預(yù)拼裝階段的數(shù)據(jù)相比較，對尺寸出入較大的構(gòu)件作好標記，及時給予調(diào)整處理。

在測量鋼箱梁對接中心線時，對于超出中心線允許偏差范圍的，采用調(diào)節(jié)環(huán)縫間隙和微調(diào)梁段端口方法進行處理，修正消除其中心線超差部分。

同時考慮溫度對鋼箱梁拼接精度的影響，由于現(xiàn)場工地與工廠預(yù)拼裝時存在溫差，溫差使梁段產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，最終使箱梁的總長產(chǎn)生誤差，因此在拼接前，必須先測量拼接現(xiàn)場的實際溫度，再與工廠預(yù)接裝時溫度進行溫差對比，利用經(jīng)驗公式計算出梁段長度變形量在拼裝時用間隙調(diào)整方法消除偏差。

經(jīng)檢查中心線和長度合格后，鋼箱梁對接接頭組焊工作才能開始，拼裝中重點保證焊接點的精度和質(zhì)量以減少焊接變形。

鋼箱梁對接組焊前，應(yīng)嚴格按照0.5 mm誤差值微調(diào)處理環(huán)縫間距，同時調(diào)準梁段接口處的鋼板對接平整度，按0.5 mm的錯邊誤差值控制矯平調(diào)整對接處的鋼箱梁外板，校正好后用專用定位碼板點固相鄰梁段。

3.5 卸載

對支撐架卸載前必須檢查并滿足條件后，方可以進行，條件有：

(1)鋼箱梁全橋焊接完成。

(2)各橫向接口的嵌補段施工完成。

(3)無損探傷檢查完成并100%合格。

(4)在卸載前必須做好每個支撐架的沉測變形觀察點，并記錄好沉測變形初始觀察數(shù)據(jù)，觀察點清楚穩(wěn)固明顯，觀察數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。

拆除順序與安裝順序相反，逐步拆除。

各支點同時多次卸載，直至支點與鋼箱梁脫空位置，每次卸載量約20～30 mm。卸載用25 t螺旋千斤頂布置于各支點旁約50 mm處，千斤頂頂緊，利用千斤頂代替各支點位置，再拆除支點型鋼，此時改為全千斤頂支撐。然后在千斤頂頂撐桿上做好標記，用卷尺量取每次卸載量。每個千斤頂一個作業(yè)人員，統(tǒng)一指令，每步卸載一階卸載量，各支點同時卸載。一階卸載量完成后，再進行二階卸載。根據(jù)本次設(shè)計的起拱值，預(yù)計分4次卸載。

第一次卸載完成后，穩(wěn)定5 min，測量記錄變形觀察點數(shù)值，比較前后變化量是否與卸載值同步，若不同步則停止卸載，分析后重啟卸載程序；若數(shù)據(jù)變化同步，則進入第二次卸載。

第二次卸載完成后，穩(wěn)定5 min，測量記錄變形觀察點數(shù)值，比較前后變化量是否與卸載值同步，若不同步則停止卸載，分析后重啟卸載程序；若數(shù)據(jù)變化同步，則進入第三次卸載。

在第三次卸載后，支架脫空；若此時因部分位置下?lián)献冃未笥谀M驗算的值，可能存在支架尚未脫空的情況，則穩(wěn)定5 min后，測量記錄變形觀察點數(shù)值，比較前后變化量是否與卸載值同步，若不同步則停止卸載，分析后重啟卸載程序；若數(shù)據(jù)變化同步，則進入第四次卸載。如此反復(fù)直至支架脫空為止。

當全部支撐架同時脫空時，支撐架卸載完成，將最終變形觀察數(shù)據(jù)記錄后，進入支架拆除工序。

3.6 安全技術(shù)措施

鋼箱梁懸挑位置的對接焊接時距離成渝主道較近，矯正碼口時產(chǎn)生的火花會對成渝主道行車產(chǎn)生影響，采用懸臂工裝架，沿對接焊縫位置下端滿鋪防火篷布，避免火花濺出影響成渝主道行車安全(圖13)。

圖13 焊接防護示意

鋼箱梁吊裝就位完成，第一時間搭設(shè)鋼箱梁四周的臨邊防護，橋面兩側(cè)永久性臨邊采用鋼管搭設(shè)欄桿或工具式欄桿，鋼箱梁吊裝臨時端口位置采用生命線拉設(shè)臨時臨邊防護。

上下橋面，采用工具式樓梯，附著于混凝土墩柱上，或采用腳手架搭設(shè)上下通道。施工通道的搭設(shè)結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對搭設(shè)位置的地基進行處理，換填分層壓實后澆筑2.5 m×2.5 m×1 m C25混凝土基礎(chǔ)。

在箱內(nèi)施工作業(yè)過程開設(shè)必要的施工透氣孔(施工透氣孔大小宜為350 mm×400 mm，孔為近圓形或方形，方形孔四角必須設(shè)置半徑不小于50 mm的圓角)。兩處透氣孔間距14～20 m，相鄰兩透氣孔之間一個為進氣孔，一個為出氣孔，設(shè)置大功率鼓風機于透氣孔處，以保證箱內(nèi)空氣流通。

3.7 BIM技術(shù)應(yīng)用

應(yīng)用BIM技術(shù)，將吊車和周邊障礙物按1∶1的比例建模后進行仿真模擬，真實還原現(xiàn)場情況，進行吊裝碰撞模擬分析、雙機抬吊吊裝模擬分析以及合龍段數(shù)據(jù)模擬分析，保障現(xiàn)場吊裝安全順利地進行。

3.7.1 吊裝碰撞模擬分析

吊車吊裝過程中需要進行起鉤及大臂的旋轉(zhuǎn)以達到鋼箱梁就位，由于鋼箱梁尺寸大、重量重，設(shè)備為大噸位吊車，現(xiàn)場有臨時支撐、橋墩以及原有道路等，對吊車的站位、起鉤及轉(zhuǎn)臂等要求很高，一不小心將會導(dǎo)致與周邊物體的碰撞發(fā)生不安全隱患，其次箱梁的吊裝順序安排不合理也將會導(dǎo)致不必要的碰撞發(fā)生。通過BIM碰撞模擬分析，現(xiàn)場吊車精準站位，合理安排鋼箱梁安裝工序，避免了因碰撞反復(fù)調(diào)整機位導(dǎo)致的功效損失，也避免了因工序安排不合理造成的返工損失(圖14)。

圖14 碰撞模擬分析

3.7.2 雙機抬吊吊裝模擬分析

根據(jù)本文第3.3節(jié)可知，主跨吊裝過程中存在單機吊點轉(zhuǎn)換、單機向雙機吊裝轉(zhuǎn)換等復(fù)雜的吊裝工況，此過程中對鋼箱梁過程中落梁點位、支撐轉(zhuǎn)換等要求高，需保證一次完成，操作難度大，對操作人員的要求高，且沒有一模一樣的雙機抬吊工況，雖然安排了有相關(guān)經(jīng)驗的操作人員，但還是有很多不可預(yù)料的情況，危險系數(shù)大幅增加。通過BIM對吊裝過程進行全真模擬，將整個吊裝過程進行推演，對最不利工況的吊車站位和距離障礙物位置進行驗證，確保了整個吊裝實施過程的安全。同時對每個吊裝步驟進行可視化展示，使現(xiàn)場實施的每一個人提前預(yù)演每一步驟的操作要領(lǐng)，做到心中有數(shù)。提高了實施效率，縮短了封道時間，對繞城高速的影響降到了最低。

3.7.3 合龍段數(shù)據(jù)模擬分析

通過本文第3.4節(jié)可知，合龍段的精度要求是相當高的，僅靠人工現(xiàn)場把控，難度大，且校正時間長。實際實施過程中，先現(xiàn)場實測合龍段兩側(cè)梁段端部參數(shù)(保證測量時與合龍時的溫度接近，減少溫度因素對梁段的影響)，將實測數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM模型中，將現(xiàn)場合龍段的實測線形數(shù)據(jù)與理論值進行對比分析，確定合龍段的修正參數(shù)，提前在加工時完成對合龍部位箱體尺寸的細部矯正，確保中跨吊裝合龍一次到位，無需調(diào)整。

通過精心的技術(shù)準備和精準的現(xiàn)場實施，使重達161 t的合龍段梁體，在雙機協(xié)作吊裝方式下，在33 m的高空精準合龍，平面線形及標高參數(shù)均滿足設(shè)計要求，整個施工過程僅用6 h，在有限的斷道時間內(nèi)圓滿完成了合龍段吊裝施工任務(wù)，為繞城高速的按時順利開通提供了保障。

4 結(jié)束語

成都東西軸線繞城節(jié)點橋第七聯(lián)在跨繞城高速安裝過程中，無一例安全事故發(fā)生，整聯(lián)全部施工完成僅用了一個半月，其中鋼箱梁吊裝僅用時15 d，繞城高速僅兩側(cè)應(yīng)急通道半夜封閉8 h，獲得了一致好評，取得了良好的社會效應(yīng)。

市政工程的高架橋一般都會跨越既有道路、橋梁和既有構(gòu)筑物建設(shè)，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工將面臨極大的施工難題，本文以實際應(yīng)用案例進行分析，闡述了直接吊裝法對類似工程的積極意義，為以后同類橋梁的安裝提供了一定的參考與借鑒，值得推廣和應(yīng)用。