乌江悬索跨越工程钢主塔吊装技术分析

摘要：乌江悬索跨越工程为天然气管道过江通道，由于现场地形环境恶劣，空间狭小，吊装施工难度较大、危险系数高，故对吊装施工安全性、可靠性要求较高。基于此提出一种钢主塔吊装技术，并对吊车荷载、索具卡环受力、抗倾覆、地基承载力等进行计算校核。工程实践表明，此项施工技术安全可靠，整个吊装过程顺利完成，该技术对悬索跨越工程钢主塔吊装奠定了基础，为今后同类工程施工提供了一定借鉴经验。

关键词：乌江;悬索跨越工程;钢主塔吊装技术;索具卡环受力

中图分类号：TU990.3文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2019）04-0046-04

Technical Analysis of Steel Main Tower Lifting in Wujiang Suspension Crossing Project

XIA Zhenwei

（China Railway 18 Bureau Group Construction and Installation Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300308，China）

Abstract： The suspension crossing project of Wujiang River is a natural gas pipeline crossing channel， which is affected by the natural factors of Wujiang River..Due to the harsh terrain environment on the site， the space is narrow， the lifting construction is difficult， and the risk factor is high， so the safety and reliability requirements of the lifting construction are high. Based on this， a hoisting technology of steel main tower was put forward， and the load of crane， the force of cable clamp， anti-overturning and the bearing capacity of foundation were calculated and checked. Engineering practice shows that this construction technology is safe and reliable， and the whole lifting process is successfully completed. It not only lays a foundation for the lifting of suspension across the steel main tower of the project， but also accumulates experience for similar projects in the future.

Keywords： Wujiang; suspension crossing project; steel main tower hoisting technology; cable clamp force

烏江悬索跨越工程，跨越结构采用双塔一跨悬索跨越，材质为钢管桁架桥塔，采用四柱式空间钢管桁架结构，东西两岸桥塔位于桥墩盖梁上，桥塔脚采用10.9级高强螺栓与铰支座连接。受地形条件的影响和工期要求，钢主塔吊装施工难度较大，传统技术难以满足该工程施工对安全性、稳定性的要求[1]，需要创新出一种全新的钢主塔吊装技术，既为本工程提供技术支持，也为今后同类工程施工提供经验。基于此，开展乌江悬索跨越工程钢主塔吊装技术分析和研究具有重要的现实意义。

1 工程概述

乌江悬索跨越工程位于重庆市涪陵区白涛镇三门子村，工程采用悬索跨越方式通过乌江，主跨长度355 m，跨越总长度467.8 m，属于大型跨越，跨越工程设计功能为天然气管道过江通道，天然气管道设计压力为10 MPa，管道设计采用D1016×27 mm的X70M直缝埋弧焊钢管。东西两岸桥墩盖梁高度28 m，钢桥塔高37.5 m，正面底部8 m、顶部3 m，侧面底部3 m、顶部2 m，单个桥塔总质量为79 t，东西岸钢主塔均采用2台400 t吊车一次整体吊装。具体实景图如图1所示。

2 钢主塔吊装前的准备

由于乌江悬索跨越工程工期紧、施工难度大，危险系数高，施工前对钢主塔吊装准备工作有很高的要求。为确保后期吊装工作能高效开展，需要切实做好以下准备工作：

2.1 施工准备

施工准备工作需满足以下要求：1）主塔整体组装完毕，满足吊装要求;吊装前墩顶及作业区域障碍清除完毕;作业区域基础经过验收，符合吊装要求;2）吊装工具准备齐全，满足吊装使用要求;吊车工作状态确认满足工作要求。进场道路整修，满足吊车进场要求;作业区域拉好警示带，严禁无关人员逗留;3）作业区道路畅通，场地尺寸满足吊车站位作业布置;吊车工作区域路面耐压力不小于35 t/m2; 4）吊车状态确认，检查吊车发动机、油量、底盘、起吊平台、吊臂和电气部分，确保满足吊装使用要求;5）吊装工具状态确认，包括钢丝绳、卸扣、绳卡等吊装工具，检查合格后方可使用[2]。

2.2 吊装工具准备

乌江悬索跨越工程钢主塔吊装过程中，涉及到的吊装工具包括：QAY400 t汽车式起重机2台;6 mm×37丝Φ65 mm×4 m钢丝绳8根;2.0 m×2.0 m×0.1 m路基板4块;安全警示带2卷;通话对讲机6部;大锤、撬杠、螺丝刀、活动扳手2套。

3 钢主塔吊装施工工艺

3.1 钢主塔吊装流程

乌江悬索跨越工程钢主塔吊装流程如图2所示。

3.2 吊装进场站位

因为现场东西两岸原进场道路多处有急弯，修筑吊车进出场道路时需要对急弯进行加宽处理，部分路段换填坚石后浇筑混凝土路面，确认现场满足吊车进出场要求。将吊车作业区域范围障碍物拆除，保证吊车作业范围无障碍。提前换填吊装作业区域基础，保证地基承载力满足吊装要求后，将400 t吊车按指定位置进行站位[3]。西岸拼装、吊装平台修筑剖面图和东岸吊装平台修筑剖面图如图3和图4所示。

3.3 挂钩

400 t吊车各使用4条6 mm×37丝Φ65 mm×4 m钢丝绳分别通过21型卡环锁挂至主塔吊点处，共计4股绳受力。确认挂钩牢固后，指挥吊车微微提升至钢丝绳受力后停止，检查塔架是否已与其他构件解除连接[4]。

3.4 吊装步骤

第一步：将主塔绞支座吊装就位，安装后调平做临时固结。

第二步：钢主塔拼装完成后，放置于指定位置，400 t吊车按照图示位置站位，主吊吊车大臂伸长至41.7 m，辅助吊车大臂伸长至36.4 m，系好钢丝绳，准备试吊。

第三步：指揮2辆吊车缓缓提升，将塔架提升离地约20 cm，静止10 min进行试吊;试吊期间检查吊机、设备、吊具、地基等受力情况，确认安全后方可正式吊装[5]。

第四步：正式吊装，主吊吊车将塔架顶缓缓提升，辅助吊车抬起塔底并保持塔底离地面0.5 m高度，主吊吊车缓慢提升塔架顶，辅助吊车慢慢递送主塔，直至主塔垂直，并保持主塔底部高于地面0.5 m。

第五步：解除辅助吊车挂钩，调整主塔方向，确保主塔宽面平行于桥墩。主塔方向调整完成后，将主塔立放于桥墩外侧混凝土墩台上，确保主塔放置稳定牢固。

第六步：解除主吊吊车与塔架顶部的链接，重新调整2辆吊车站位。站位调整完成后，2辆吊车吊钩重新钩挂于主塔22 m高位置，指挥吊车缓缓抬升主塔，试吊10 min[6]。

第七步：试吊完成后，确认满足正式吊装条件，开始正式吊装。指挥2辆吊车缓缓同步提升主塔，直至主塔平稳坐落于铰支座安装位置上，保持吊车保持吊装受力状态[7]。

第八步：及时将主塔安装完毕并焊接牛腿等稳固措施，确保主塔安全稳固。

第九步：主塔安装完毕后，解除吊车吊钩，收回大臂，吊车退场。

第十步：清理作业现场杂物，保持作业现场干净整洁[8]。

4 吊装施工各项参数校核

4.1 吊车荷载验算

1）主吊400 t吊车

最大作业半径8 m，主臂长度41.7 m工况，额定起重能力84 t，吊装质量按主塔质量1/2计算，即39.5 t，吊钩及索具质量1 t;负荷率：η=（39.5+1）/84×100%=47.03%。

2）辅助400 t吊车

最大作业半径20 m，主臂长度36.4 m工况，额定起重能力53 t，吊装质量按主塔质量1/2计算，即39.5 t，吊钩及索具质量1 t;负荷率：η=（39.5+1）/53×100%=76.42%。

4.2 索具卡环受力验算

4.2.1 钢丝绳拉力计算

其中：N为每根钢丝绳索具的受拉力;K1为吊装时动载系数，取1.2;G为钢主塔质量，790 kN;n为吊索根数，4;α为吊索钢丝绳水平夹角，一般为45°  。由此可得：

选用6 mm×37丝，钢丝绳Φ为65 mm，公称抗拉强度为1 700 N/mm2，破断拉力总和为2 665 kN。

其中：Sp为钢丝绳实际破断拉力，kN;∑Si为钢丝绳理论破断力的总和，kN;Ψ为钢丝捻制不均折减系数，对6 mm×37绳，Ψ=0.82。由此可得：

Sp=0.82×2 665=2 185.3 kN

因为，安全系数=SP/N=2 185.3/335.169=6.52>6，满足大于6倍安全系数的要求。

所以，选用6 mm×37丝，钢丝绳Φ为65 mm，破断拉力总和2 665 kN钢丝绳满足安全要求。

4.2.2 卡环的选择计算

卡环最大支撑拉力N=197.5 kN（桥塔质量的1/4），拟选用21型卡环，查《路桥计算手册》15-15表可知，安全荷重[Fk]=205.8 kN>197.5 kN，满足要求。

因此，采用汽车吊时选用21型卡环满足要求。

4.3 抗倾覆验算

为保证吊车在吊装过程中的稳定性，需进行抗倾覆验算，即需使稳定力矩大于倾覆力矩[9]。以38 m钢桥塔为验算对象，查GB/T 3811—2008《起重机设计规范》可知：

其中：Kg为自重加权系数，取1;Kq为起升荷载加权系数，取1.15;Kw为风动载加权系数，取1。Mg、Mq、Mw分别为汽车自重、起升荷载、风动荷载对倾覆边的力矩，N·m;由此可得：

4.4 地基承载力验算

汽车吊工作时最不利的情况是2点着地，即2个支腿支持着整台吊车的质量（包括自重和荷重）：

单个支腿最大支承力=1/2（G+Q）=1/2（204+79）=141.5 t（5）

其中：G取400 t汽车吊自重及配重总和204 t（吊车自重84 t，配重120 t）;

Q为汽车吊最大荷重（额定荷重），为79 t。

汽车吊对路基的压强应为：

P=141.5/2×2=35.375 t/m2=0.353 8 MPa（6）

其中：P为汽车吊对路基的压强。

因此，400 t吊车工作时地基承载力的要求为35.38 t/m2（即0.353 8 MPa），现场换填处理后的地基承载力大于35.375 t/m2，满足要求。

5 结束语

由于悬索跨越工程钢主塔吊装施工难度较大，所以对施工的安全性和可靠性等方面有较高的要求。本文结合工程实例，详细阐述了乌江悬索跨越工程钢主塔吊装施工前的准备工作、吊装施工工艺、各项参数计算，通过对吊装施工过程的严格控制，确保了吊装过程的安全受控，并对吊车荷载、索具卡环受力、抗倾覆、地基承载力等进行详细计算校核，结果表明此种施工方法安全可行，为钢主塔安全吊装提供了有力的保障，达到了指导现场施工的目的，同时为以后同类工程施工提供了一些可借鉴的经验。

参考文献：

[1]谌世华.钓鱼台大桥缆索吊装系统主塔稳定性分析[J].公路与汽运，2018（3）：133-136，147.

[2]鄭育林，杨益波，百顺.大体积大吨位主塔钢锚箱高空吊装施工技术[J].施工技术，2017，46（S2）：910-913.

[3]余立志，管湘宏.港珠澳大桥超重异形钢索塔整体吊装计算仿真分析[J].广东公路交通，2017，43（5）：19-23，31.

[4]彭小亮.超重异形钢索塔吊装吊具安装关键技术[J].海峡科技与产业，2017（5）：138-140.

[5]方乃平.太原摄乐大桥钢主塔吊装施工技术[J].建筑机械，2017（5）：110-113.

[6]谭昱，陈儒发，荣国城.整体式重型异形钢索塔吊装吊具设计与仿真分析[J].广东公路交通，2016（4）：29-33.

[7]于喜年，崔亮，孙伟.港珠澳大桥中央单索面斜拉桥全钢索塔吊装受力分析[J].大连交通大学学报，2016，37（4）：80-84，104.

[8]荣国城，陈儒发，杨磊，等.港珠澳大桥江海直达船航道桥钢索塔吊装施工全过程监测[J].公路，2016，61（5）：267-271.

[9]丁得志.悬索桥曲面弧形钢塔定位安装施工技术[J].安徽建筑，2016，23（2）：106-109，112.

收稿日期：2019-04-21

作者简介：夏振崴（1989—），男，助理工程师，学士，研究方向：桥梁施工，电子邮箱：273469910@qq.com。