空间曲梁单边悬索桥圆弧形钢箱梁的安装

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

1 工程概况

上海国际旅游度假区空间曲梁单边悬索桥位于迪士尼主题乐园东南侧，环绕度假区中心湖泊外圈，为园区的重要交通配套工程和景观项目的组成部分。项目部在中心湖区的东西两端设置了2座结构形式相同的圆弧形平面的跨湖景观人行天桥（双塔单索面悬索桥），分别称为东桥和西桥，用以连接湖道两侧。

本工程单边悬索桥桥面为曲面钢梁，分为内、外两侧桥面。东桥全长120 m、西桥全长90 m。外侧桥面为非机动车道，结构形式为单箱三室钢箱梁，材质为Q345d，桥面顶宽6 m、底宽1.20 m，梁高1.70 m，板厚24 mm。内侧副桥为宽3 m人行道，桥面由“Y”形悬挑梁、两侧边梁和交叉拉杆组成。“Y”形悬挑梁间距约为3.20 m，节段间采用栓接，材质为Q345b，规格为宽150 mm、高300～120 mm的变截面“工”字形焊接截面。其上端铰接于主桥上方内侧，下端铰接于水平环索节点处。桥板两侧的边梁铰接于“Y”形梁上，材质为Q235b，规格为宽100 mm、高200 mm的型钢（图1）。

图1 钢梁断面布置示意

2 施工特点及难点分析

上海迪士尼景观桥为亚洲首座圆弧形双塔单索面悬索桥，结构形式特殊、施工难度较大。在圆弧形钢箱梁安装过程中主要有3个方面的难点，即钢箱梁节段划分、钢箱梁临时支架布置及钢箱梁安装精度控制。本工程也主要从吊装准备工作和吊装过程中对以上3个难点进行控制和解决，保证钢箱梁吊装的可行性、安全性和精确性[1-3]。

2.1 钢箱梁节段划分

本工程外侧桥面为圆曲面钢箱梁，桥宽6 m，由于宽度无法满足道路运输要求，因此须进行合理的钢梁分段。如若采用纵向小节段（长度为6 m，宽度小于5.50 m），则钢箱梁分段较多、节段间焊缝较多，且施工现场焊接质量不如工厂焊接，同时钢梁节段较多也将影响工期要求。根据钢箱梁的特点，采用横、纵向结合的分段方式进行节段划分，在满足道路运输要求的前提下，减少钢箱梁的分段数量。

2.2 钢箱梁临时支架布置

本工程为单边受力的圆曲面悬索桥，结构新颖，给人一种漂浮在水面上的感觉。由于钢箱梁安装采用临时支架法进行施工，桥梁体系转换采用落架法施工，因此需根据钢梁的分段合理布置钢箱梁临时支架，临时支架的构造既要满足钢箱梁安装阶段的要求，又要满足后续桥梁体系转换时钢箱梁落架千斤顶的布置要求。

2.3 钢箱梁安装精度控制

本工程不同于一般的功能性桥梁，而是作为整个国际旅游度假区景观项目的重要组成部分，外观要求相当高。因此在钢箱梁安装阶段，现场设置钢箱梁拼装胎架，钢箱梁节段进场后在胎架上拼接成吊装节段，并与相邻节段匹配后方可进行安装。在安装过程中，通过线形、标高的调整和焊接控制，保证圆弧形钢箱梁的景观效果。

3 吊装准备

3.1 现场拼装胎架布置

钢箱梁制作节段运输至安装现场后，在拼装胎架上拼接成吊装节段。拼装胎架长22 m，宽7 m，由型钢搭设而成，满足相邻2个吊装节段的拼接匹配工况。由于钢箱梁每个吊装节段的线形均不相同，因此拼装胎架须根据每段钢梁的线形及时调整。

3.2 吊装设备选用

根据吊装构件的尺寸、质量、吊装工况及现场作业环境，结合起重机的性能，钢梁吊装采用1台CX2000型2 000 kN履带吊进行卸车和吊装。本工程钢梁最大吊装节段为西桥W1段，吊装质量为52 t。2 000 kN履带吊最不利吊装工况为：回转半径R=12 m，扒杆长度L=39 m，额定起重质量Q=71.60 t，安全系数1.38。

3.3 吊耳布置与吊索具配置

3.3.1 吊耳布置

吊耳设置在钢箱梁分段隔板和劲板相交处的钢箱梁分段顶面，1个钢箱梁分段设置4个吊耳（350 kN），4个吊耳的对角线交点应是钢箱梁分段自身的重心位置（图2、图3）。

图2 吊耳平面布置示意

图3 吊耳断面布置示意

吊点吊耳形式均为船用通用吊耳，吊耳的等级、制作、焊接及吊点局部加强等须符合相关工艺。

3.3.2 吊索具配置

1）卸扣配置。本工程吊装卸扣选择美式弓形卸扣（BX型），额定载荷为550 kN。

2）钢丝绳配置。本工程选用6×37的麻芯钢丝绳，钢丝绳的公称直径为48 mm。吊装时钢丝绳与钢箱梁的夹角不小于60°。

3.4 临时支架布置

3.4.1 临时支架总体布置

钢梁临时搁置采用临时支架法施工，东桥临时支架全长为120 m、西桥临时支架全长为90 m，支架间距根据钢梁的节段划分而定（对应隔板位置），为3 500 mm或7 000 mm。临时支架构造分为A、B两种形式，A型临时支架既满足钢梁临时搁置要求，又满足后续桥梁体系转换（落架）施工要求，B型临时支架仅满足钢梁临时搁置要求。临时支架最大高度为4 m，具体高度根据后续落架施工的位移量最终确定。

3.4.2 临时支架构造

临时支架构造形式采用扩大基础加钢管立柱。A型临时支架自下而上为碎石垫层、钢筋混凝土扩大基础、φ900 mm×20 mm钢管、双拼H400型钢（双拼H300型钢）、钢支墩（图4）。B型临时支架自下而上为碎石垫层、钢筋混凝土扩大基础、φ900 mm×20 mm钢管、双拼H400型钢、钢支墩（图5）。

图4 A型临时支架构造示意

图5 B型临时支架构造示意

4 钢箱梁节段吊装

4.1 安装区段及安装顺序

根据本工程分布特点及施工工期安排，钢箱梁吊装分为东、西桥2个安装区段，并同时进行施工。

具体安装顺序为先安装主桥钢箱梁、随后安装副桥“Y”形臂。钢箱梁由两端向中间安装，最后安装合龙段，副桥“Y”形臂安装顺序同钢箱梁[4-6]。

4.2 钢箱梁节段安装

本工程钢箱梁各节段吊装工况基本相同，现以最不利工况E1#段（东桥1#节段）为例进行说明。

4.2.1 安装工况参数

2 000 kN履带吊的主臂长度L=39 m，作业半径R=12 m，该作业工况下的额定起重质量（含200 t吊钩的质量）Q=71.60＞52 t，故满足吊装要求。

4.2.2 安装步骤

1）运梁车由施工便道进入施工现场，停于现场拼装区旁的指定位置。

2）将钢梁制作节段起吊卸车后吊装至拼装胎架上。

3）钢梁制作节段在拼装胎架上拼装焊接成吊装节段，完成线形检查及焊缝探伤，并与相邻节段进行匹配。

4）用2 000 kN履带吊将吊装节段吊起，并回转至安装方向。

5）2 000 kN履带吊由南向北行走至安装位置，将钢梁放至临时支架上进行搁置。

6）吊车松钩后回转并行走至现场拼装区，进行下一节段安装。

4.3 线形标高调整

钢箱梁定位控制点设置在钢箱梁两端端头拼缝位置处，一端设置2个测量点，1个吊装节段共计6个。

直接吊装节段线形标高调整通过支架顶部设置的竖向500 kN扁平千斤顶（千斤顶置于临时支座内）、手拉葫芦及吊机配合来完成。

具体调整步骤为[7-9]：

1）吊机起吊钢箱梁节段至临时支架上方；

2）在临时支架上做好对准标记并在相邻钢箱梁或桥墩上放好轴线桩；

3）利用吊机及手拉葫芦控制节段以设计线形落在支架顶临时支座上；

4）测量钢箱梁控制点位置轴线，精确定位钢梁平面位置；

5）钢梁落架，测量控制点位置标高，通过竖向500 kN扁平千斤顶精确调整钢箱梁标高。

4.4 吊装节段焊接

吊装节段间焊缝为横向环缝，桥面焊缝采用CO2气体保护焊打底，埋弧焊罩面，其余焊缝采用CO2气体保护焊（手工立焊、仰焊）。

4.4.1 现场焊接平台

现场焊接平台采用φ48 mm×3 mm扣件式钢管支架作为操作平台，单个操作平台投影尺寸为6.00 m×3.60 m，高度根据箱梁安装标高确定。平台基础采用厚15 cm的C20素混凝土，脚手架间距为1.20 m×1.20 m，步距为1.80 m，支架外侧设置剪刀撑。顶层平台钢管间距为50 cm，上铺钢筋网片（图6）。

图6 焊接平台断面示意

4.4.2 焊接要求

1）由于桥上施工条件较差，焊缝拘束度又很大，因此应从考试合格的焊工中挑选经验丰富的焊工施焊，以保证焊缝质量。

2）焊接施工前应先全面检查接口的错边、间隙及坡口尺寸。

3）焊接施工前用砂轮清除接头表面的铁锈，清除范围为焊缝两侧各50 mm以内，除锈后24 h内必须焊接，以防接头再次生锈或被污染。

4）施焊时应按监理工程师要求和相关工艺文件规定焊接产品试板，产品试板的厚度、轧向、坡口尺寸应与所代表的接头一致，并采用与之相同的工艺方法及参数同时施焊。产品试板应做好标记，在经监理工程师验收合格后方可取下并移送试验部门进行取样试验。

5）桥上焊接施工的环境温度宜在5 ℃以上，相对湿度不大于80%，风力不大于5级。若在露天或雨天施焊时，应采取有效的防风、防雨及防潮措施。

6）定位焊采用手工焊，并执行桥上连接焊接工艺相关规定。当定位焊出现裂纹或其他严重缺陷时，应先查明原因，再清除缺陷并补充定位焊。

5 结语

1）钢箱梁的分节段现场安装，解决了钢箱梁运输的困难，提高了工效。

2）通过钢箱梁分节段工厂化加工制作及现场临时支架法安装施工技术实践，提出了现场钢箱梁吊装施工顺序和步骤，同时对钢箱梁吊装所需的设备、吊装方法和线形调整等进行了优化，确保了钢箱梁吊装的可行性、安全性和精确性。

3）上海迪士尼景观桥为亚洲第一座圆弧形单边悬索桥，该工程的成功实施为以后类似工程提供了借鉴和参考，在中国的桥梁史上具有重大的意义。