城市跨高速大跨度钢箱梁吊装技术应用探讨

程叙埕, 段俊锴, 周 露

(1. 成都兴城建设管理有限公司， 四川成都 610000； 2. 北京场道市政工程集团有限公司，北京 100000)

随着现代社会的发展速度越来越快，城市的交通压力也与日俱增，对城市的通行能力要求也越来越高，随之而来的是越来越多的立交桥、跨线桥等复杂的交通建设项目开始实施。尤其是在很多城市现行的命脉线上进行拓宽改造、新建互通立交以及跨线等建设，封路及改线绕行等均将带来巨大损失，在保障原有道路的更短时间封闭的同时如何快速高效且安全可靠的将新建工程完成，是近年来各大基础设施实施企业研究的重点。在这一研究背景下，本文以成都市东西城市轴线绕城节点桥梁第七联钢箱梁为例，结合周边环境、施工条件等因素，系统分析城市复杂交通环境中跨越高速路的大跨度钢箱梁的吊装技术，期望积累相关施工经验，为后续类似工程提供参考借鉴。

1 工程概况

绕城节点桥梁全长2 486 m，总宽度60 m，全断面跨越绕城高速，最大纵坡4%，最小纵坡0.3%。

桥梁横断面设计：本跨线桥分为3幅，为20.5 m+19 m+20.5 m=60 m。

横断面布置为：3.5 m(花箱)+ 16 m(轴线主道)+6.5 m(公交分隔带)+8 m(公交车道)+6.5 m(公交分隔带)+ 16 m(轴线主道)+3.5 m(花箱)=60 m。

断面效果图如图1所示。

图1 标准断面效果图(单位:m)

其中第七联位于跨绕城位置，全长151 m，共3跨。其位置示意如图2所示，立面如图3所示，断面如图4所示，工程参数见表1。

图2 第七联位置示意

图3 第七联立面示意(单位：cm)

图4 第七联断面(单位：mm)

表1 第七联钢箱梁工程参数 单位:m

2 施工方案比选

第七联2个边跨吊装较为常规，在此不作分析。主要跨越绕城高速的中跨吊装复杂，分片后单片箱梁重达161 t。目前钢箱梁施工常用的方法有直接吊装法、原位提升法、顶推法、滑移法。

2.1 直接吊装法

直接吊装法又有单机吊装和双机抬吊。一般桥梁吊装中单机吊装常采用单台大型汽车吊或履带吊进行吊装，本工程最不利位置为跨绕城部分，单片箱梁重达161 t，单机吊装半径达48 m，为避免吊车大臂与绕城碰撞，大臂将超60 m， 800 t以上的超起性能的履带吊才能满足吊装要求，造价高，设备利用效率低，吊装效率低。双机抬吊在大跨度的跨线超重吊装中更常用，常常采用性能相近的2台吊车分别站位箱梁两端进行抬吊，这种吊装方法对单台设备性能要求大幅降低，吊装效率更高，安全性更好，造价相对较低。

2.2 原位提升法

原位提升法在桥位正下方将整跨钢箱梁拼装完成，然后将整跨钢箱梁整体提升,减少了高空作业，安全性高，施工便捷，支撑措施较少;缺点是需占用桥位正下方空间，若下方是既有道路，需封闭改道，工期较长，不适合跨线桥安装。

2.3 顶推法

顶推法是在桥体一端设置顶推平台，在顶推平台上进行拼装，然后在钢箱梁前端加设前导梁，最后将钢箱梁逐步顶推至设计原位。可在跨线外将整联钢箱梁拼装完成，拼装过程中不需要占用绕城高速，顶推跨线过程中需临时封闭。对道路封闭占用时间短，操作人员在固定的平台进行施工，安全性高，但是措施量大，技术要求高，工期长，造价高。

2.4 滑移法

滑移法用于钢箱梁桥梁安装时常用的是累积滑移，是在待安装钢箱梁桥体下方铺设滑移轨道及轨道支撑支架，钢箱梁一边拼装，一边进行牵引在轨道上滑移前行，逐步就位至设计位置的方法。操作人员作业位置相对固定，安全性较高；措施量大，技术要求较高，工期较长，造价较高，对绕城高速封闭时间长。

几种常用吊装方法优缺点对比见表2。

表2 钢箱梁吊装方案对比

根据绕城高速的通行要求，结合周边环境等因素，综合比较各施工方案，中跨吊装决定采用方案1，通过详细的吊装模拟分析，最终中跨采用500 t+400 t履带吊双机抬吊法对钢箱梁进行安装。

3 施工技术要点

3.1 施工总体部署

第七联钢箱梁上跨绕城高速，梁底距离绕城高速限界高度16.6 m，该跨两侧桥墩距离绕城高速距离分别为9.47 m和11.33 m。此节点处是一个3层的道路空间布置，由于绕城高速需保证不间断运行且桥面板上无法支设用临时支墩，为此，考虑该跨采用长度65 m的一片钢箱梁跨越吊装一次完成。先吊装2片主箱室并做好固定焊接，后分块分片吊装中间横肋和两侧悬挑翼缘板。根据既有地形条件，在架梁场地分别进行地基处理和硬化，形成了梁体拼装、吊车占位区域的场地条件(图5)。

图5 施工总体部署示意

3.2 施工流程

(1)总体施工流程见图6。

图6 施工流程

(2)双机抬吊部分吊装流程见表3。

3.3 吊装工况分析

3.3.1 500 t履带吊单机起吊吊装工况分析

此工况下，钢箱梁重161 t，吊具及钢丝绳重量约7 t，吊装半径20 m，臂长54 m，履带吊额定吊重T=267 t>1.2×(161+7)t=201.6 t，满足吊装要求，如图7所示。

图7 单机起吊吊装分析(单位:m)

3.3.2 500 t履带吊单机旋转构件至换钩位置工况分析

此工况下，钢箱梁重161 t，吊具及钢丝绳重量约7 t，吊装半径最不利位置为26 m，臂长54 m，履带吊额定吊重T=202 t>1.2×(161+7)t=201.6 t，满足吊装要求，如图8所示。

图8 单机旋转吊装分析(单位:m)

3.3.3 500 t吊车脱钩后，400 t履带吊单机抬吊工况分析

此工况下，钢箱梁一端固定于支架上，履带吊侧构件重力分配值约72 t，支架与履带吊受力分配计算如图9所示。吊具及钢丝绳重量约5 t，吊装半径为44 m，臂长72 m，履带吊额定吊重T=104 t>1.2×(72+5) t=92.4 t，满足吊装要求，如图10所示。

图9 支架与履带吊受力分配计算示意(单位:m)

图10 单机抬吊吊装分析(单位:m)

3.3.4 双机抬吊就位工况

此工况下，500 t吊车侧吊重分配值约97 t，400 t吊车一侧吊重分配值约64 t，履带吊受力分配计算如图11所示，两侧吊具及钢丝绳重量均约5 t。500 t吊车吊装半径26 m，臂长54 m，额定吊重为202 t，双机抬吊时其额定限重量T1=202 t×0.8=161.6 t；400 t吊车吊装半径40 m，臂长72 m，额定吊重为116 t，双机抬吊时其额定限重量T2=116 t×0.8=92.8 t；双机总额定限重量Tz=(202+116)×0.75=238.5 t。 500 t吊车一侧T1=161.6 t>97+5=102 t；400 t吊车一侧T2=92.8 t>64+5=69 t；双机抬吊Tz=238.5 t>161+5×2=171 t；满足吊装要求，如图12所示。

图11 履带吊受力分配计算示意(单位:m)

3.4 施工精度控制

钢箱梁在梁段现场吊装前先对箱梁中线箱梁总长进行检测，同时对梁段端头坡口加工情况等进行检查，将所测量数据与梁段匹配工厂预拼装阶段的数据相比较，对尺寸出入较大的构件作好标记，及时给予调整处理。

在测量钢箱梁对接中心线时，对于超出中心线允许偏差范围的，采用调节环缝间隙和微调梁段端口方法进行处理，修正消除其中心线超差部分。

同时考虑温度对钢箱梁拼接精度的影响，由于现场工地与工厂预拼装时存在温差，温差使梁段产生热胀冷缩现象，最终使箱梁的总长产生误差，因此在拼接前，必须先测量拼接现场的实际温度，再与工厂预接装时温度进行温差对比，利用经验公式计算出梁段长度变形量在拼装时用间隙调整方法消除偏差。

经检查中心线和长度合格后，钢箱梁对接接头组焊工作才能开始，拼装中重点保证焊接点的精度和质量以减少焊接变形。

钢箱梁对接组焊前，应严格按照0.5 mm误差值微调处理环缝间距，同时调准梁段接口处的钢板对接平整度，按0.5 mm的错边误差值控制矫平调整对接处的钢箱梁外板，校正好后用专用定位码板点固相邻梁段。

3.5 卸载

对支撑架卸载前必须检查并满足条件后，方可以进行，条件有：

(1)钢箱梁全桥焊接完成。

(2)各横向接口的嵌补段施工完成。

(3)无损探伤检查完成并100%合格。

(4)在卸载前必须做好每个支撑架的沉测变形观察点，并记录好沉测变形初始观察数据，观察点清楚稳固明显，观察数据一一对应。

拆除顺序与安装顺序相反，逐步拆除。

各支点同时多次卸载，直至支点与钢箱梁脱空位置，每次卸载量约20～30 mm。卸载用25 t螺旋千斤顶布置于各支点旁约50 mm处，千斤顶顶紧，利用千斤顶代替各支点位置，再拆除支点型钢，此时改为全千斤顶支撑。然后在千斤顶顶撑杆上做好标记，用卷尺量取每次卸载量。每个千斤顶一个作业人员，统一指令，每步卸载一阶卸载量，各支点同时卸载。一阶卸载量完成后，再进行二阶卸载。根据本次设计的起拱值，预计分4次卸载。

第一次卸载完成后，稳定5 min，测量记录变形观察点数值，比较前后变化量是否与卸载值同步，若不同步则停止卸载，分析后重启卸载程序；若数据变化同步，则进入第二次卸载。

第二次卸载完成后，稳定5 min，测量记录变形观察点数值，比较前后变化量是否与卸载值同步，若不同步则停止卸载，分析后重启卸载程序；若数据变化同步，则进入第三次卸载。

在第三次卸载后，支架脱空；若此时因部分位置下挠变形大于模拟验算的值，可能存在支架尚未脱空的情况，则稳定5 min后，测量记录变形观察点数值，比较前后变化量是否与卸载值同步，若不同步则停止卸载，分析后重启卸载程序；若数据变化同步，则进入第四次卸载。如此反复直至支架脱空为止。

当全部支撑架同时脱空时，支撑架卸载完成，将最终变形观察数据记录后，进入支架拆除工序。

3.6 安全技术措施

钢箱梁悬挑位置的对接焊接时距离成渝主道较近，矫正码口时产生的火花会对成渝主道行车产生影响，采用悬臂工装架，沿对接焊缝位置下端满铺防火篷布，避免火花溅出影响成渝主道行车安全(图13)。

图13 焊接防护示意

钢箱梁吊装就位完成，第一时间搭设钢箱梁四周的临边防护，桥面两侧永久性临边采用钢管搭设栏杆或工具式栏杆，钢箱梁吊装临时端口位置采用生命线拉设临时临边防护。

上下桥面，采用工具式楼梯，附着于混凝土墩柱上，或采用脚手架搭设上下通道。施工通道的搭设结合现场实际情况，对搭设位置的地基进行处理，换填分层压实后浇筑2.5 m×2.5 m×1 m C25混凝土基础。

在箱内施工作业过程开设必要的施工透气孔(施工透气孔大小宜为350 mm×400 mm，孔为近圆形或方形，方形孔四角必须设置半径不小于50 mm的圆角)。两处透气孔间距14～20 m，相邻两透气孔之间一个为进气孔，一个为出气孔，设置大功率鼓风机于透气孔处，以保证箱内空气流通。

3.7 BIM技术应用

应用BIM技术，将吊车和周边障碍物按1∶1的比例建模后进行仿真模拟，真实还原现场情况，进行吊装碰撞模拟分析、双机抬吊吊装模拟分析以及合龙段数据模拟分析，保障现场吊装安全顺利地进行。

3.7.1 吊装碰撞模拟分析

吊车吊装过程中需要进行起钩及大臂的旋转以达到钢箱梁就位，由于钢箱梁尺寸大、重量重，设备为大吨位吊车，现场有临时支撑、桥墩以及原有道路等，对吊车的站位、起钩及转臂等要求很高，一不小心将会导致与周边物体的碰撞发生不安全隐患，其次箱梁的吊装顺序安排不合理也将会导致不必要的碰撞发生。通过BIM碰撞模拟分析，现场吊车精准站位，合理安排钢箱梁安装工序，避免了因碰撞反复调整机位导致的功效损失，也避免了因工序安排不合理造成的返工损失(图14)。

图14 碰撞模拟分析

3.7.2 双机抬吊吊装模拟分析

根据本文第3.3节可知，主跨吊装过程中存在单机吊点转换、单机向双机吊装转换等复杂的吊装工况，此过程中对钢箱梁过程中落梁点位、支撑转换等要求高，需保证一次完成，操作难度大，对操作人员的要求高，且没有一模一样的双机抬吊工况，虽然安排了有相关经验的操作人员，但还是有很多不可预料的情况，危险系数大幅增加。通过BIM对吊装过程进行全真模拟，将整个吊装过程进行推演，对最不利工况的吊车站位和距离障碍物位置进行验证，确保了整个吊装实施过程的安全。同时对每个吊装步骤进行可视化展示，使现场实施的每一个人提前预演每一步骤的操作要领，做到心中有数。提高了实施效率，缩短了封道时间，对绕城高速的影响降到了最低。

3.7.3 合龙段数据模拟分析

通过本文第3.4节可知，合龙段的精度要求是相当高的，仅靠人工现场把控，难度大，且校正时间长。实际实施过程中，先现场实测合龙段两侧梁段端部参数(保证测量时与合龙时的温度接近，减少温度因素对梁段的影响)，将实测数据导入BIM模型中，将现场合龙段的实测线形数据与理论值进行对比分析，确定合龙段的修正参数，提前在加工时完成对合龙部位箱体尺寸的细部矫正，确保中跨吊装合龙一次到位，无需调整。

通过精心的技术准备和精准的现场实施，使重达161 t的合龙段梁体，在双机协作吊装方式下，在33 m的高空精准合龙，平面线形及标高参数均满足设计要求，整个施工过程仅用6 h，在有限的断道时间内圆满完成了合龙段吊装施工任务，为绕城高速的按时顺利开通提供了保障。

4 结束语

成都东西轴线绕城节点桥第七联在跨绕城高速安装过程中，无一例安全事故发生，整联全部施工完成仅用了一个半月，其中钢箱梁吊装仅用时15 d，绕城高速仅两侧应急通道半夜封闭8 h，获得了一致好评，取得了良好的社会效应。

市政工程的高架桥一般都会跨越既有道路、桥梁和既有构筑物建设，周边环境复杂，施工将面临极大的施工难题，本文以实际应用案例进行分析，阐述了直接吊装法对类似工程的积极意义，为以后同类桥梁的安装提供了一定的参考与借鉴，值得推广和应用。