跨缆吊机在大跨径悬索桥大吨位钢梁起吊中的应用

2021-04-23曲振宇

中华建设 2021年4期

曲振宇

本文以新田长江大桥钢箱梁吊装施工为依托，就跨缆吊机的工作原理、选型和施工中各工序进行分析，介绍关于跨缆吊机在大跨径悬索桥大吨位钢梁起吊中的应用及注意要点。

一、引言

钢箱梁吊装是悬索桥施工的重要施工阶段，目前常见的钢箱梁吊装方法为跨缆吊机法、缆索吊机法和浮吊法三种吊装方式。新田长江大桥桥址区具有“两高、一陡、一深”的独有特点，即：塔高、钢箱梁吊装高度高、岸坡陡峭及河道水深。为实现高效优质施工，结合施工现场地理情况选用跨缆吊机法进行钢箱梁吊装施工。

二、依托工程概况

新田长江大桥主桥钢箱梁采用流线型扁平钢箱梁，梁高3.0m，宽30.5m（含风嘴）。全桥钢箱梁共计57个梁段，钢箱梁最重梁段为225.6t。大桥桥址位于三峡上游，三峡蓄水后运行水位变幅约为145~175m，工程水段较深。

新田长江大桥采用先跨中梁段向索塔方向对称吊装，南北岸对称施工，然后完成岸坡段钢箱梁荡移并吊装，最后安装合龙段的钢箱梁吊装方式进行施工。

三、跨缆吊机的选用

1.跨缆吊机简介

跨缆吊机是以主缆为支撑，能够在主缆上移动行走，且能够跨越索夹，垂直提升加劲梁的悬索桥专用起重设备。单台跨缆吊机主要由一个主横梁、两个主缆行走模块、两套提升索股千斤顶、液压驱动卷扬机、钢箱梁吊具、中央控制系统、动力模块、2套吊机移动索股千斤顶等部分组成。

工作原理：跨缆吊机行走是通过行走千斤顶和行走脚交替配合，完成吊机行走；跨缆吊机提升工作依靠布置在尾端模块的连续千斤顶实现，通过千斤顶上下夹片交替开合完成钢箱梁吊装工作。

2.跨缆吊机的选用

跨缆吊机的起重能力大，可进行钢箱梁的整体阶段和钢桁梁的主体阶段吊装，施工速度快。跨缆吊机最大的特点是只能空载时移位，重载时定点垂直吊装。

根据跨缆吊机工作结构特点，要求桥位具备一定的水上运输条件，如跨越长江或海峡等通道大跨径悬索桥。不同于与缆索吊机的是，缆索吊机使用时需要单独布设柔性钢索作为大跨距架空承载构件，供悬吊重物的载重小车在承载索上往返运行，主要适用于山区或者峡谷地理条件的钢箱梁或钢桁梁吊装作业。新田长江大桥位于长江黄金航道，有很好的水域工作面及运输条件，因此选用D500全液压跨缆吊机作为钢箱梁吊装设备，D500全液压跨缆吊机最大额定起重量为500t，新田长江大桥钢箱梁最重梁段为225.6t（实际吊装载荷为250.8t，相当于跨缆吊机额定载荷的50%），从而保证了吊装需要，不仅节约了成本，而且保证了安全要求。

四、跨缆吊机的应用

1.地面试验

跨缆吊机进场后，在正式投入使用前，需进行试拼装、行走和荷载试验。通过对每台跨缆吊机的安装质量、运行状况及加载试吊（对拉）试验，进行全面检查该设备的设计、加工制造、改造及配套装置等是否达到设计技术性能及质量要求，是否满足实际施工的需求，以检验跨缆吊机的整体可靠性、安全性，确保在钢箱梁吊装施工中，实现安全、高效施工。

（1）空载试验

空载试验主要检测整体结构主要几何尺寸、联结件关联状况、控制系统、液压系统、整机顶升的检测与行走状况等。选取合适场地进行试验墩布置，依据跨缆吊机结构尺寸设置8个内设置φ10mm钢筋的C40混凝土试验墩。

待试验墩达到强度后依次安装试验支架，行走模块，尾段模块和插入段，中间段模块等。安装完成后进行试验检测，试验检测内容主要包含主桁结构检测和行走机构检测。

其中主桁结构检测：主缆两尾段销接板中心距离、两台提升千斤顶间距离、主桁与相关联接件状况、主桁构件联接状况。

行走机构检测：荷载转移千斤顶收回后，行走架底部距主缆距离、荷载转移千斤顶顶出后，行走体底部距主缆距离、行走机构中行走架与行走体相对滑移状况、控制系统、液压系统工作状况。

（2）加载试验

加载试验是两台294t起重千斤顶按一定比例逐级加载到其（新田长江大桥钢箱梁最重225.6t，单套吊具12.6t）最大工作荷载的125%进行试验，即按照加载到313.5t，单次加载10%，逐级加载，每级加载完成后保持10min观察。在各级载荷状态下，分别检测设定点的变形量和主要杆件的应力。试验通过在主桁结构设置变形观测点进行变形观测，同时在各测试点粘贴电阻应变片，利用应变仪实测各测试点的内应力。在各级加载过程中实时监测千斤顶锚块夹片中钢绞线、扁担梁锚块夹片中钢绞线是否有滑移现象，电器液压控制系统是否操作灵活可靠、液压系统是否有渗漏现象。

2.缆上安装

跨缆吊机在塔顶主要分三大模块、5个节段进行起吊安装，各模块在起吊到位后采用拼接系杆和拼接板进行连接，三大模块分别为行走模块、尾端模块、桁架模块。依据现场起重机起重能力，各模块可根据构件组成进行适当分解安装，新田长江大桥采用主塔门架系统+贝雷架+卷扬机组合起重形式进行吊装，首先进行行走模块安装，通过门架内侧第一套起吊系统垂直提升跨缆吊机行走模块，起吊至距离门架立柱低4500mm时就位，启动门架中心位置卷扬机，将起吊系统下放，将第二套起吊系统与跨缆吊机行走模块连接，连接完成且固定后，两套起吊系统同时起吊，第一套起吊系统放绳，第二套起吊系统收绳，最终将行走模块荡移至主缆位置，就位后采用手拉葫芦及钢丝绳将行走模块进行临时固定。然后采用相同吊装方式完成桁架尾部L型模块安装，最后采用抬吊方式完成桁架模块安装。

3.吊机行走

跨缆吊机完成上述所有安装作业后，进行全面检查及验收确认，确认无误后方可解除原安装悬挂、保险钢绳开始向跨中钢箱梁吊装作业指定位置行走。在主缆上坡侧安装跨缆吊机移动行走防下滑保险反拉钢绞线锚固装置。反拉保险钢绞线锚头用2根φ36钢绳锚固于主索鞍或采用锚固装置固定在索夹上，形成反牵，行走千斤顶采用3根18mm钢绞线进行牵拉。行走过程中注意对跨越索夹的保护。

4.钢箱梁吊装

跨缆吊机行走至跨中指定位置后通过行走脚和临时抱箍一同固定于索夹处，待首片钢箱梁定位完成后，下放吊具进行连接。首段钢箱梁提升后，进行跨缆吊机的试吊，进一步检测跨缆吊机的工作性能及准备情况是否满足施工要求。

钢箱梁吊装控制主要由跨缆吊机中央控制室的电脑进行，中央控制系统高智能化可实现计算机同步；非同步自动控制，并可在中央控制室内通过微机对吊装过程进行全程监控。新田长江大桥钢箱梁吊装分深水区和岸坡区梁段吊装，深水区梁段安装采用垂直起吊形式，岸坡区梁段安装采用跨缆吊机+永久吊索+长吊索方式重力荡移施工。

5.跨中钢箱梁吊装工效分析

表1 一个钢箱梁梁段垂直吊装施工工效分析（提升高度85-90m）

表2 船舶定位时间统计

由表1表2可知，钢箱梁吊装工效表中跨缆吊机所在位置影响行走时间，水位变化影响吊具下方和提升时间；表2中船舶定位时间为变量，如何提高船舶定位效率和精度是一项重要内容，与船长操作水平以及施工天气情况有关，经过摸索和总结，采用辅助船等方法，最终将船舶定位时间控制在2~3h。在整个钢箱梁吊装过程中，充分利用共同交叉时间，如：吊机更换夹片和船舶定位可同时进行，可节约部分时间。