索塔上橫梁大體量臨時支撐結(jié)構(gòu)拆除安全技術(shù)

畢繼鵬

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300）

隨著國家橋梁工程建設(shè)的發(fā)展，高塔斜拉橋和懸索橋施工技術(shù)已得到空前提高，在高空作業(yè)中索塔橫梁施工技術(shù)水平較高、安全風(fēng)險及控制難度較大，對施工技術(shù)、安全保障控制措施的研究也是工程技術(shù)人員和從事安全管理人員主要目標(biāo)和責(zé)任。索塔橫梁施工完成后，其臨時支撐結(jié)構(gòu)在高空拆除技術(shù)和安全保障措施的研究尤為重要。為系統(tǒng)、深入研究高空大體量臨時支撐結(jié)構(gòu)的拆除工藝和安全保障措施，本文依托貴港蘇灣大橋索塔上橫梁支架拆除工藝技術(shù)，分析支架拆除過程中涉及的風(fēng)險源，按照拆除步驟提出具體安全保障措施。

1 工程概況

貴港蘇灣大橋為鋼-混組合結(jié)構(gòu)斜拉橋，橋梁跨越郁江，斜拉橋主塔為“H”型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔柱總高度111.0 m，設(shè)有上下兩根橫梁；上橫梁位于塔柱頂端，為變高梁單箱單室頂板帶挑壁斷面，梁跨中高5.5 m，與塔柱交接處梁高7.0 m，凈跨29.1 m，索塔上橫梁施工臨時支撐結(jié)構(gòu)。

2 臨時支撐結(jié)構(gòu)形式

2.1 支撐結(jié)構(gòu)基本組成

上橫梁施工臨時支撐結(jié)構(gòu)采用型鋼結(jié)構(gòu)，從上到下共由7層結(jié)構(gòu)組成，依次為：模板系統(tǒng)→型鋼拱架結(jié)構(gòu)→I20工字鋼分配梁→321型貝雷梁→I56工字鋼分配梁→卸落裝置→牛腿托架結(jié)構(gòu)。

2.2 支撐結(jié)構(gòu)自重

根據(jù)各層結(jié)構(gòu)設(shè)計樣式和所用材料規(guī)格型號，分別統(tǒng)計主要結(jié)構(gòu)自重，如表1所示。

表1 主要結(jié)構(gòu)自重 單位：kg

3 拆除方案設(shè)計

3.1 拆除方案特點

落架體系安全可靠，便于開展標(biāo)準(zhǔn)化施工，施工速度快；節(jié)約作業(yè)空間，牛腿托架下落至梁上拆除，降低高空作業(yè)安全風(fēng)險；大量節(jié)約租賃大型吊機(jī)成本。

3.2 拆除順序

臨時支撐結(jié)構(gòu)拆除嚴(yán)格按照“先搭后拆，后搭先拆，先拆非承重結(jié)構(gòu)，后拆承重結(jié)構(gòu)，自上而下逐層拆除”，具體拆除順序為：卸落裝置→模板系統(tǒng)→型鋼拱架結(jié)構(gòu)→I20工字鋼分配梁→321型貝雷梁→I56工字鋼分配梁→牛腿托架結(jié)構(gòu)。

3.3 拆除技術(shù)

在上橫梁頂部設(shè)置兩道雙拼I56b工字鋼作為扁擔(dān)梁，吊桿采用8根Ф32 mm精軋螺紋鋼，4臺150 t大行程連續(xù)頂升千斤頂提升錨固，通過千斤頂、扁擔(dān)梁、精軋螺紋鋼等提升錨固系統(tǒng)將貝雷梁結(jié)構(gòu)、拱架結(jié)構(gòu)以及工字鋼分配梁提升錨固，將分配梁下方的剛性卸落塊拆除。4臺千斤頂同步回程、穩(wěn)步下落，貝雷梁、拱架結(jié)構(gòu)回落至20 cm后，自上而下逐層拆除[1]。臨時支撐結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)備配置包括：4臺150 t千斤頂，PSB830精軋螺紋鋼8 根/120 m，2臺QTZ80塔吊，5 t和10 t的卷揚機(jī)各1臺，1臺10 m隨車吊，2條10 t倒鏈。

3.3.1 吊桿承載力計算

吊桿采用Ф32 mm精軋螺紋鋼制作[2]，每個吊點設(shè)置2根，4個吊點共設(shè)置8根；吊桿提升結(jié)構(gòu)為鋼拱架結(jié)構(gòu)、I20工字鋼分配梁、貝雷梁結(jié)構(gòu)，總質(zhì)量為119 197.5 kg；PSB830精軋螺紋鋼[3]容許應(yīng)力[f]=830 MPa，Ф32 mm截面面積As=804.2 mm2，計算每根吊桿的承載力。

總荷載值為：

代入數(shù)據(jù)，可得N總=119.197 5 kN。

單個吊點荷載值為：

代入數(shù)據(jù)，可得N單=297.993 75 kN。

每個吊點配置2根Ф32 mm精軋螺紋鋼，將計算結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)代入式（1），可得σ=185.273 MPa。

因此，σ=185.273 MPa≤[f]=830 MPa，精軋螺紋鋼吊桿受力滿足要求。

3.3.2 扁擔(dān)梁承載力計算

采用Midas/Civil有限元軟件建立提升結(jié)構(gòu)整體數(shù)值計算模型[4]，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體受力狀態(tài)進(jìn)行驗算，吊桿單元類型設(shè)置為桁架單元，扁擔(dān)梁在支點位置設(shè)置3個方向約束。提升結(jié)構(gòu)數(shù)值計算模型如圖1所示。

圖1 提升結(jié)構(gòu)數(shù)值計算模型

根據(jù)有限元計算結(jié)果，提取扁擔(dān)橫梁撓度、應(yīng)力云圖，如圖2、圖3所示。

圖2 扁擔(dān)梁豎向撓度云圖

圖3 扁擔(dān)梁應(yīng)力云圖

雙拼工字鋼扁擔(dān)梁在作業(yè)過程中，梁中部不施加反壓荷載時，最大上拱值為11.58 mm；吊桿作用位置為懸臂端，最大下?lián)现禐?3.16 mm，其絕對撓度值為1.58 mm；雙拼工字鋼扁擔(dān)梁組合最大應(yīng)力產(chǎn)生在支點處，其值為135.9 MPa。

3.3.3 卷揚機(jī)提升能力計算

通過計算，單片三角形牛腿托架質(zhì)量為13.11 t，采用1臺10 t和1臺5 t卷揚機(jī)共同吊裝拆除，拆除時將三角牛腿切割成單片桁架，用卷揚機(jī)懸吊在橫梁下拉至橫梁投影外，吊運至主梁橋面再吊裝至地面。單片桁架片質(zhì)量13 t<15 t，滿足吊裝需求[5]。

4 安全控制技術(shù)

4.1 拆除技術(shù)與安全控制措施

4.1.1 拆除系統(tǒng)施工安全要求

上落梁及吊桿安裝前針對塔司、信號工、司索工進(jìn)行交底，保證通信暢通；上落梁安裝時現(xiàn)場施工人員規(guī)范佩戴安全帽、安全帶；上落梁安裝工人施工前進(jìn)行班前教育（高血壓人員嚴(yán)禁施工）。

4.1.2 支架拆除步驟及安全措施

第一步，提升錨固支架系統(tǒng)、卸落塊拆除、下落支架體系。采用倒鏈把一次分配梁固定在貝雷梁上開啟油泵使千斤頂處于受力狀態(tài)，每個千斤頂?shù)捻斏氝_(dá)到298 kN。卸落塊拆除過程中為防止其墜落，在其頂面開孔并用U形卡扣與Ф12 mm鋼絲繩連接固定（鋼絲繩另一端固定在牛腿支架上），卸落塊全部拆除后，千斤頂回油下落20 cm左右，結(jié)構(gòu)體系回落到牛腿支架上，并進(jìn)行臨時固定。

第二步，拆除竹膠板、方木。拆除順序由外向內(nèi)，拆除的竹膠板、方木分3～5層碼放在上橫梁支架的安全通道上，后轉(zhuǎn)運吊裝到鋼筋加工廠門口或S2～S4支架中間，通過貨車場內(nèi)倒運至材料場。

第三步，拆除型鋼拱架。使用氣割從拱架中間切割分段，操作過程中每解體一榀、移出一榀。分段解體的拱圈采用10 t倒鏈降至安全操作平臺上，使用塔吊卸落地面后由運輸車運至材料堆放場地。

第四步，拆除二次分配梁。二次分配梁拆除之前在貝雷梁的頂部每隔3 m設(shè)置一道倒立的梳齒板（卡住貝雷梁），梳齒板采用12槽鋼直接焊接在二次分配梁上，防止二次分配梁在拆除過程中貝雷梁傾覆，二次分配梁使用塔吊直接吊運（倒鏈配合）至地面，用運輸車運至材料堆放場地。

第五步，拆除貝雷梁。貝雷梁拆除前現(xiàn)場先制作一個小型的工具箱，吊裝到貝雷梁頂部，在高空將貝雷梁肢解為兩部分，肢解過程中的銷子放在工具箱內(nèi)吊裝卸落，通過倒鏈、塔吊配合吊裝至地面，用運輸車運至材料堆放場地。

第六步，拆除一次分配梁。采用塔吊配合倒鏈吊裝卸落用運輸車運至材料堆放場地。

第七步，拆除牛腿托架。采用卷揚機(jī)進(jìn)行卸落，上橫梁箱式內(nèi)預(yù)留6個吊裝孔，卷揚機(jī)布置在上橫梁頂部，通過卸落孔穿過鋼絲繩固定在每拼牛腿托架上面；施工人員切割牛腿托架的上支點、下支點（切割50 cm），牛腿托架的上支點、下支點切割后由卷揚機(jī)垂直下放至主梁橋面板上，在橋面上將單拼牛腿二分割后，通過塔吊吊裝至地面，利用運輸車運至材料堆放場地。

4.2 風(fēng)險源辨識

臨床支撐拆除風(fēng)險源辨識如表2所示。

表2 臨時支撐拆除風(fēng)險源辨識

5 結(jié)語

針對斜拉橋索塔上橫梁施工臨時支撐結(jié)構(gòu)拆除技術(shù)的研究，系統(tǒng)分析了高空拆除技術(shù)中所涉及的安全隱患和風(fēng)險源，準(zhǔn)確辨識并排除風(fēng)險源。通過理論分析，驗證拆除體系中各設(shè)備和構(gòu)配件的力學(xué)性能，確保拆除過程中主要受力構(gòu)件的承載力安全可靠。對支撐結(jié)構(gòu)拆除過程進(jìn)行詳細(xì)研究，針對安全隱患提出具體應(yīng)對措施，確保結(jié)構(gòu)每一步的拆除安全措施合理有效，為同類型工程提供指導(dǎo)依據(jù)。