超重异形钢索塔吊装吊具安装关键技术

彭小亮

摘 要：港珠澳大桥江海直达船航道桥140#墩钢塔吊具自重达300T，受海洋因素、吊装空间小以及吊具与钢塔吊装钻孔匹配精度要求高的影响，使得吊具安装难度大、危险性高。本本文介绍了140#钢塔吊具的安装工艺，并对吊装所需的吊耳和支架进行了相应的计算校核。工程实践表明：此工艺技术安全可靠，吊具安装过程顺利，不仅为140#墩钢塔的成功吊装奠定了基础，更可以为以后类似工程提供相应的借鉴和参考。

关键词：港珠澳大桥；吊具；安装；计算校核

1 工程概述

港珠澳大桥江海直达船航道桥采用中央单索面三塔钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为110+129+258+258+129+110=994m，两个中跨和次边跨布设斜拉索。钢塔为“海豚”全钢结构，主塔柱受力部分由下至上共分为Z0～Z12十三个节段，其中140#墩总高度108.5m。Z0节段高度为3.5m，重489吨，单独吊装；Z1～Z12节段高105m，重约2800吨[1]，呈平卧姿态由驳船运输至施工现场，再采用浮吊整体吊装的方式进行安装（如图1）。

吊具的结构合理性，是吊装安全性能的重要指标。江海直达船航道桥整体吊装段吊具综合考虑主塔结构及浮吊起重能力，采用抗弯扭性能强、吊装工艺方便的箱式结构（如图2）。整个吊具自重300T（主体重250T，两侧端梁各重25T），吊具主体与钢塔受力部分通过8根13cm销轴连接，两侧端梁通过Φ168mm高性能无接头绳圈连接与浮吊船进行连接，另外通过两个大吨位3600旋转销轴与吊具主体连接。根据钢钢索塔的高度以及浮吊吊高的限制，吊点设置在Z10节段底部下部0.86m（距离钢塔顶部36.76m）。

2 吊具安裝技术难点

（1）吊具结构复杂，与钢索塔联系杆的最近距离只有12cm，安装过程重需保证系杆不受破坏；

（2）吊具重量大，结合现场实际情况，只能采用大吨位浮吊船进行配合安装，海上环境因素对安装过程影响大

（3）吊具通过8根销轴与主塔进行连接，销轴孔钻孔匹配精度高，如何实现吊具的精确定位是安装成功的关键点。

3 吊具安装吊耳和临时支架设计

3.1 吊耳设计

吊耳的结构直接关系到吊装安全，吊具主体部分重达250吨，采用四个吊点进行吊装，吊装时单个吊耳所承受的竖向荷载均达62.5吨，为保证吊装过程的顺利进行，吊耳材质均选择为Q345钢材，主板厚度为50mm，两侧各贴厚度为25mm的钢板，焊缝采用气泡焊，所有焊缝需均匀饱满（如图3）。

对吊耳采用有限元ABAQUS进行受力分析，考虑1.2倍的荷载系数，从计算结果可以看出吊耳所受最大应力为202MPa（如图4），小于材料容许应力，满足相关规范要求[2]。

3.2 临时支架设计

由于吊具销轴与主塔壁开孔的匹配精度为3mm，吊具和钢塔斜拉索的最小间距为12cm，无法一次性将吊具吊装就位。根据实际情况，吊具在吊装过程中需进行一次吊点转换，为配合吊点转换和吊具吊装的精确调位，需要设计临时钢管支架，所用材质均为Q235，钢管支架分为A类和B类，其中A类钢管下节高7.2m，上节高2.8m，B类钢管下节高7.4m，上节高2.3m，分别位于钢塔左侧和右侧，底部通过型钢与驳船甲板焊接，且两类钢管各分为上下两节，通过法兰板用高强螺栓进行连接。在吊具吊装前，根据测量放样的精确值将钢管支架吊装在对应的位置。

为保证船体的受力安全，在钢管底部采取相应的应力扩散措施。为配合吊具最后的精确调位，顺利实现吊具的穿销工作，每根钢管支撑内放置1台个300吨的三维千斤顶，采用H582型钢对千斤顶进行支撑，位置为下节钢管顶部以下751mm，使三维千斤顶的顶面刚好与下节钢管顶面平齐。

钢管支架采用有限元MIDAS/CIVIL进行强度、刚度及稳定性的验算分析，根据实际情况，选择较高的A类钢管进行计算。根据钢管的布置位置以及吊具主梁的重量（250t），计算出单个垫平支撑位置的最大荷载为86t，验算分析时候考虑1.5倍的荷载系数。

从计算结果可以看出临时支架最大应力是75MPa，最大位移是2.7mm，一阶失稳系数为16.7（如图5、6、7），表明钢管支架的强度、刚度和稳定性均满足规范要求[2]。

4 吊具安装

吊具的吊装采用“中南898“号600吨变幅式起重船进行起重吊装（如图8）。“中南898”起重船臂架700时副钩起重能力为300吨，600时副钩起重能力为260吨，单个主钩起重能力为225吨，吊装作业时，为避免起重船臂架受水平荷载的不利作用，起重船采用700和600配合作业。为尽可能的减少风、浪、涌等海上不利因子对吊具安装的影响，吊具的安装在中山钢塔预制场待钢塔装船后进行安装，且选择风力小于6级的气象作业窗口。为配合吊具的吊装，吊具在钢塔支撑的对应位置处焊接了四组相应的找平块；为避免吊具与钢塔壁接触面的直接刚性碰撞而造成损害，在钢塔上提前放置12根枕木来减小刚性碰撞对钢塔造成的损伤。

第一步：在“幸运海”平驳船上吊装临时支撑钢管，将三维调节千斤顶放置在钢管里面的支撑型钢上， “中南898”起重船按设计抛锚就位，调整臂架呈700，副钩起吊吊具上的吊点2、2和3、3（如图9、10）。

第二步：起重船缓慢起钩至吊具到合适高度厚，开始绞锚前移，使吊具重心靠近钢塔，同时保证钢丝绳距离副塔边缘有1m的安全距离，将吊具落于临时钢管支撑上。解除吊点连接， “中南898”起重船臂架仰角调整为600，转换吊点，副钩起吊吊点1、1，主钩起吊吊点4、4（如图11）。

第三步：拆除上下节钢管的连接法兰板螺栓，缓慢起吊吊具，同时起吊吊具及钢管法兰板以上的节段，横移吊具并下放吊具到主塔上提前安放的的12根枕木上，解除起吊钢丝绳（如图8、12）。

第四步：4台300T三维千斤顶同时顶升吊具，使枕木与吊具分开，拆除12根枕木。通过三维千斤顶的调节，使吊具精确定位，安装吊具与钢塔塔壁连接的8根销轴，完成吊具主梁安装（如图13）。

4 结语

港珠澳大桥江海直达船航道桥140钢塔主吊具吊装施工，通过制定完整的施工技术方案方案，配备现代化、专业化的作业设备，在保证了施工安全的前提下加快了施工进度，为140#钢索塔的顺利吊装打下了坚实的基础、创造了良好的先行条件。此方案的有效实施，可为类似施工作业提供一定的参考。