港珠澳大桥江海直达船航道桥索塔吊装工艺研究及应用

2023-11-09麦权想

中国港湾建设 2023年10期

麦权想

（港珠澳大桥管理局，广东珠海 519000）

1 工程概况

港珠澳大桥工程江海直达船航道桥采用中央单索面三塔钢箱梁斜拉桥桥型，桥跨布置达994 m[1-2]。其主塔采用异形钢索塔，结构造型为“海豚”形状，设计分段为Z0—Z12 节段，共计13 个节段；结构主体分为主塔柱、副塔柱、联系杆、装饰块、三角撑，见图1。

目前国内钢索塔架设方案可分为整体安装和节段分段安装2 种主流施工方案[3]。整体安装可分为浮吊整体吊装、平移顶推加塔架整体提升竖转等多种安装法；节段分段安装可分为浮吊分段吊装、塔吊或塔架等施工方案。本文结合本项目所处施工环境、资源调研、项目特点及安全风险等因素[4]，系统介绍钢索塔吊装方案论证、吊装演练、吊装施工及施工监控等全过程控制关键要素和应用效果。

2 整体吊装方案的确立

港珠澳大桥位于珠江口伶仃洋海域，气候条件复杂，海洋环境腐蚀情况恶劣[5]。为减少海上施工工期，确保海上作业安全和钢索塔耐久性要求，同时满足本项目大型化、工厂化、标准化、装配化的建设要求，江海桥钢索塔Z1—Z12 节段设计为工厂整体拼装，桥位一次性吊装，见图1。

江海桥钢索塔整体段先后经历了塔架提升竖转滑移、单浮吊起吊竖转、双浮吊抬吊空中竖转等方案论证与比选，最终确定方案。

3 资源调研

3.1 调研要素

随着国内桥梁建设逐步向大跨度、外海环境纵深推进，大型装备制造水平提升，为桥梁四化理念的发展及应用提供了保障。本桥钢塔整体吊装的核心装备为起重船和运输船舶、塔架（可现场拼装）和大吨位千斤顶等。国内现有起重船的关键性能指标是否满足施工环境和方案的需求，尚需进行市场调研及全面评估。

3.2 调研结果

经调研，目前国内大型起重船能满足整体吊装的船舶包括一航津泰（起重能力4 000 t）、东海工7 号（起重能力2 600 t）等9 种类型。结合钢索塔吊装特性和施工单位租赁难易情况，长大海升、正力较为满足吊装条件，幸福海和宁海拖2001 较为满足运输条件。塔架提升方案可采用8 台550 t的连续千斤顶。

4 方案论证

4.1 调研分析

结合市场调研情况，塔架整体提升加竖转滑移和浮吊整体吊装方案需进行比选、论证，其中浮吊整体吊装应先后论证单浮吊和双浮吊抬吊等施工方案。

4.2 塔架整体提升及竖转滑移方案

4.2.1 设计理念

该方案主要由塔架提升系统和滑移系统两大部分组成，其中塔架提升系统安装在主墩承台；滑移系统设置在运输驳船上，主要由滑移轨道、滑座、顶推千斤顶和横向限位装置4 部分组成。通过滑移系统将钢索塔顶推至主墩承台上，通过提升系统把钢塔整体提升，再通过一升一降配合实现钢塔竖转，调位后完成安装。

4.2.2 系统组成细部构造

塔架设计支架高44 m、塔架高76 m。支架采用横桥向对称布置，由立柱、平联、斜撑组成。塔架由4 个立柱组成，横桥向间距20 m，纵桥向间距32 m，设3 道桁架式平联，塔架顶部设置箱型纵横梁，布置8 台550 t 连续千斤顶组成的提升系统。为释放弯矩，上下箱梁底部互相铰接，如图2 所示。

图2 钢塔提升转体布置Fig.2 Arrangement of hoisting and rotating of steel cable tower

4.2.3 施工工艺流程

钢索塔在拼装厂拼装完成，通过平驳船卧运至桥位现场，通过整体竖转滑移系统将钢索塔滑移到位后，通过塔架提升系统完成竖转安装就位。

4.3 单浮吊起吊竖转

4.3.1 设计理念

该方案主要由大型起重船、滑移系统和锚桩三大部分组成。其中，大型起重船结合市场调研情况，可选择起重能力达3 200 t 的长大海升号等起重船；滑移系统设置在运输驳船上，主要由滑道、滑靴、牵拉或顶推装置等3 部分组成；增设2 个锚桩连接驳船确保稳定；浮吊将钢索塔提升滑移竖转后提升脱离运输驳船，浮吊继续前移、校准下放钢塔完成吊装。

4.3.2 系统组成细部构造

滑移系统设置：幸福海平驳船甲板上布设2道纵向滑轨，间距3.96 m，每条滑轨高约1 230 mm、宽800 mm，长约106 m；平驳船上共设4 台拖拉电动卷扬机，工作负荷16 t，采用φ28 mm 钢丝绳，容绳量1 200 m；滑靴设置在钢塔底部。

锚桩设置：在平驳船船首位置提前插打2 个锚桩，每个锚桩采用钢管和型钢拼装组合而成。

4.3.3 施工工艺流程

钢索塔运输到桥位现场抛锚定位后，通过斜拉钢塔方式把吊臂角度从63.5°调整到65°，进入主钩垂直提升阶段，稳步滑移提升钢塔、加载平驳船水量，反复进行，如图3 所示，钢塔起升到水平夹角80°后，主钩停止起升，驳船通过调载和牵拉设备移动钢塔根部，将钢塔荷载缓慢过渡到浮吊全部承担。此时拆除滑靴，浮吊继续提升至钢塔离平驳船顶面15 cm 后绞锚稳步前移，移至钢塔底部与Z0 节段顶部水平偏差3.1 m 时，浮吊上两侧40 t 卷扬机对钢索塔进行牵引调直后竖向下放就位完成吊装[6]。

图3 浮吊竖转滑移Fig.3 Vertical sliding by floating crane

4.4 双浮吊抬吊竖转

4.4.1 设计理念

该方案主要由2 台大型起重船直接进行抬吊后，在空中进行转体安装就位。其中1 台起重船作为主吊装设备，其起重能力需满足整塔重量要求，1 台起重船作为辅助吊装设备，主要用于钢塔转体，姿态调整。钢塔出运到桥位后，连接上下吊点，双浮吊同步提升钢塔后，运输驳船离场，双浮吊在空中完成钢塔竖转，解除下吊点连接，辅助船撤离现场，由主吊船完成后续吊装作业。

4.4.2 起重船系统组成细部构造

实际施工时，选择额定起重能力3 200 t 的海升号作为主浮吊，额定起重能力2 200 t 的正力起重船作为副浮吊。其中，长大海升号前后主钩中心间距5.375 m，横向双臂架中心间距24 m，甲板两侧共布设2 台400 kN 移动绞车，横向间距42 m，满载吃水6.5 m；正力号长94 m，宽40 m，型深7.8 m，4 个主钩起重能力4×550 t，满载吃水4.5 m。起重时，海升号挂扣上吊具，采用抗弯扭性能强、吊装工艺方便的箱梁式结构，正力号挂扣下吊具，采用桁架式结构，见图4、图5。

图4 吊点位置图Fig.4 Diagram of lifting points

图5 钢索塔空中竖转Fig.5 Vertical turning of steel cable tower in air

4.4.3 施工工艺流程

钢索塔出运到吊装现场后，2 艘起重船与平驳船呈一字形布置，抛锚定位后进行上下吊点连接，检查无误后进行钢索塔抬吊竖转，整个过程共分为5 个阶段，先后为钢索塔整体提升阶段、主吊点单独起升阶段、浮吊变幅阶段、正力配合主吊点起升阶段、正力下放并前移配合钢索塔完成竖转阶段。钢索塔竖转完成后解除下吊点连接，由海升绞锚移船到安装位置，通过浮吊上的卷扬机对钢索塔进行牵引调校后下放钢塔完成吊装。

4.5 方案比选论证

从施工难度、安全、工期及成本等方面对钢索塔3 种吊装施工方案进行综合对比，具体分析见表1。

通过比选，双浮吊抬吊竖转方案成本虽稍高于其他方案，但更符合本项目施工环境和推行的四化建设理念，后续施工均围绕该方案进行组织[7]。

5 组织实施关键控制要求

5.1 界面协调

由于江海直达船航道桥钢索塔吊装由土建单位负责，钢索塔制造、运输由钢结构单位负责，存在界面协调问题，协调核心要素主要在于钢索塔供吊时间表、钢索塔出运姿态、吊具匹配设计、制造和安装等[8]。

5.1.1 钢索塔供吊时间表

钢索塔吊装是项目关键线路，因此土建单位和钢结构制造单位在制定项目总体计划时，都必须围绕此线路制定相匹配的施工计划。

5.1.2 钢索塔出运姿态

起重船的吊装方向与钢塔出运的姿态息息相关，鉴于江海直达船航道桥桥跨分布（见图6），斜拉桥采用先边跨合龙再中跨合龙的施工组织方案，吊装作业时，供起重船驻位布锚的作业空间仅为2 个通航孔道的宽度，为此，应以起重船驻位方向来协调钢索塔出运姿态。

图6 江海桥桥跨分布Fig.6 Distribution of bridge spans over river-sea direct ship channel

5.1.3 吊具匹配设计、制造及安装

上吊具设计、制造及安装由土建单位完成；下吊具设计、制造由土建单位完成，安装由钢结构单位完成。吊点位置需做局部加强设计，相关部位的结构受力需设计单位审核，加强工装由钢结构单位完成，2 个监理单位完成监造和联合验收工作。

5.2 吊装演练

钢索塔为超大超重异形不规则钢结构，吊装难度极大，吊装工作不具可逆操作，需一步吊装到位，为确保钢索塔吊装过程质量和安全，钢索塔吊装前进行吊装演练，本项目共进行了4 次吊装演练，空载、带载各2 次。

通过演练熟悉钢索塔吊装流程、船舶配合协调性和同步性；检验吊装组织机构及指挥信号系统；推算钢索塔吊装的时长；检验海上风浪流潮影响程度，明确吊装工况条件和吊装时机。

5.3 施工监测

控制好钢索塔的空中姿态是钢索塔抬吊成功的保障，抬吊期间需时刻对浮吊轴线，浮吊主钩高度及吊具倾斜度进行监测。轴线监测可在双浮吊同一轴线上分别布设2 个监测点反复监测防止轴线偏位；主钩高度监测可在主钩正反面粘贴反光用全站仪全程监测高差值；吊具倾斜度监测可使用SHDL 双轴倾斜仪在吊装过程中对吊具倾斜角度实时监测[9]。