整垮(大节段)钢箱梁吊装施工工法

整跨（大节段）钢箱梁吊装施工工法中交第二航务工程局有限公司周林刚二〇一四年三月目录1.工法产生背景2.工法特点3.工艺原理4.关键技术创新与操作要点5.工程应用情况6.社会经济效益1.工法产生背景1.工法产生背景1.1工程背景崇启大桥，是江苏与上海直接对接的首座特大型长江大桥，主桥采用双幅变截面的六跨连续钢箱梁桥（102m＋4×185m＋102m=944m），跨径和联长均居国内同类桥型首位。崇启大桥主桥采用“整跨工厂无应力制造、整孔整体无合龙段架设、全过程实时监控”的建造理念，该桥185m大节段钢箱梁吊装重量达到2700吨（含吊索具等临时结构）。1.工法产生背景1.2技术背景（难点）根据国内现有起重船的起重能力及钢箱梁制造运输能力，185m大节段钢箱梁由两艘起重船抬吊至墩顶，此项施工工艺是国内桥梁施工中首次采用。1.工法产生背景1.3技术水平根据崇启大桥建设经验与实践，系统全面的编制该工法。该工法的关键技术“大跨变截面连续钢箱梁整跨架设及控制技术研究”于2011年12月27日经湖北省科学技术厅鉴定，鉴定委员会一致认定该成果总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平；同时在该工法研究与实践过程中，考虑实施过程的可行、高效、经济等因素，将取得的科技成果有效转化为具有实用性的专利产品，分别为“带可组合式吊架1.工法产生背景1.3技术水平的自调整拉索装置”（专利号ZL201020516207.1）、“多组重型挂钩定位装置”（专利号ZL201120162757.2）和“起重船刚性连接装置”（申请号201220129136.9）。整跨（大节段）钢箱梁吊装施工开创了我国大跨度变截面钢箱梁桥建设的先河，提升了我国连续钢箱梁桥的建设水平，促进了我国桥梁建设的“大型化、工厂化、装配化、标准化”，代表了我国大跨变截面连续钢箱梁桥建设的最新水平。1.工法产生背景1.3技术水平带可组合式吊架的自调整拉索装置”（专利号ZL201020516207.1）、1.工法产生背景1.3技术水平“多组重型挂钩定位装置”（专利号ZL201120162757.2）1.工法产生背景1.3技术水平“起重船刚性连接装置”（申请号201220129136.9）。1.工法产生背景1.3技术水平2012年度中国公路学会科学技术特等奖。中国交建2011年度科学技术进步奖二等奖2.工法特点2.工法特点2.1两艘起重船抬吊、整跨吊装根据国内现有起重船的起重能力及钢箱梁制造运输能力，185m大节段钢箱梁由两艘起重船抬吊至墩顶，此项施工工艺是国内桥梁施工中首次采用。2.工法特点2.2起重船同步前移为满足运梁船进档作业，故起重船在桥区上游200m处起吊，在将钢箱梁起吊后，运梁船再完成退档，最后两艘起重船需同步前移200m至墩顶。为保证起重船的同步性，在两艘起重船间增设垫挡船，确保起重船前移一致。此项在国内桥梁施工中首次采用。3.工艺原理3.工艺原理3.1工艺原理大节段钢箱梁工厂制作且完成预拼装工序后，运梁船运至安装现场，选择风力较小（不超过6级）的白天，在高潮位平潮时，采用两艘起重船抬吊（小节段只用一艘起重船），采用自平衡吊索具系统确保各吊点受力均衡，通过导向装置及牵引装置搁置位于墩顶的永久支座及已装梁段的临时支座上，在温差变化较小的时段内，通过三向调位千斤顶进行梁段平面位置及高程的精确调整和监测。当全部梁段间接缝栓焊完成后，卸载临时支座以实行支撑体系转换到永久支座。4.关键技术创新点与操作要点4.关键技术创新点与操作要点自平衡吊索具系统大节段钢箱梁抬吊时，吊钩存在不同步性，容易导致吊点受力不均衡，影响吊装安全。为了消除安全隐患，在吊架与吊耳连接的吊索间设置滑车组，通过吊索的自动滑移，保证各吊点均衡受力，根据吊装要求的需要也可进行少量的纵倾角度的调整（调整值不得大于200mm）。自平衡吊索具系统主要包括：吊索、吊架、滑车及拉板等，自平衡吊装布置见图4.1.1-1。4.关键技术创新点与操作要点自平衡吊索具系统4.关键技术创新点与操作要点自平衡吊索具系统为了保证吊耳的孔径满足吊装要求及吊索弯曲折减要求，在吊耳与吊索间设拉板构件，拉板结构见图4.关键技术创新点与操作要点吊架结构为了限制吊装时吊耳横向水平受力，设压杆式吊架，1600t起重船配备吊架1，2200t起重船配备吊架2，吊架结构见图B-BAABBA-A4.关键技术创新点与操作要点自平衡滑车4.关键技术创新点与操作要点定位架因钢丝绳内力较大，在拉板较重，钢箱梁吊装需在一个潮水完成，为保证拉板与吊耳的位置准确，及连接方便，故在每组吊架处，设计一组定位架，见图4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点（1）起重船抛锚定位a、起重船抛锚起重船到达桥区后，在下游完成编队，由2艘抛锚艇配合完成起重船抛锚作业，抛锚时，采用GPS定位。b、起重船与垫档船绑扎起重船与垫挡船绑扎应牢固，前后四个角绑扎完成后，应严格检查。c、起重船调位通过GPS测量起重船四个角点坐标，通过锚缆，调整起重船船位。4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点—起重船抛锚定位大抓力锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚海军锚大抓力锚大抓力锚大抓力锚4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点（2）运梁船进档、就位a、运梁船进档运梁船在高平潮前完成编队，待潮水平稳后，起锚前往起重船处（Ⅰ~Ⅴ梁段在高平潮进档，Ⅵ号梁段在低平潮进档）。b、运梁船接缆运梁船先接上游侧2号缆绳，然后通过拖轮帮助运梁船打横，通过拖轮稳住运梁船，接上游侧4号缆绳，最后接下游1、3号锚缆。c、运梁船就位待所有锚缆连接完成，微调船身，使船身平行于起重船，同时收紧四边缆绳，见图4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点—运梁船进档就位4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁调位施工工艺A类调位系统布置图4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁调位施工工艺B类调位系统布置图4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁调位施工工艺C类调位系统布置图4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁调位施工工艺接缝处调位系统布置图4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁调位施工工艺调位支座布置图4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点—4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点——调位顺序a、高程调位a-1、实测墩顶标高，根据实际值与理论值的差值进行调整。a-2、先将两端匹配口调平，再进行实测，根据实际值与理论值的差值进行调整。b、横向调位b-1、实测墩顶横向偏位，通过墩顶横向调位千斤对梁体进行调位。b-2、通过墩顶横向千斤顶将待安梁段调至与已安梁段齐平。c、纵向调位通过墩顶纵向调位千斤顶，将待安梁段向已安梁段顶推，直至匹配口纵向吻合。4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点——调位要求a、如钢箱梁调位未能调到位，应根据现场实际情况，再次进行调位，直至匹配口完全吻合。b、调位时，千斤顶及油泵车的操作应排专人进行，操作时，应满足操作规范要求。c、调位时，如发生异常响动，应立即停止调位，认真检查，无误后，再继续进行。d、箱梁调位4台千斤顶由同一泵站并联，同步控制，确保各顶受力顶升同步4.关键技术创新点与操作要点钢箱梁吊装施工要点—调位千斤顶控制系统第五步：缓慢开启截止阀使千斤顶泄油，钢箱梁在自重作用下，压缩千斤顶活塞杆下降，下将速度1/，不需下将时可关闭截止阀。由于4台千斤顶油路串通，油压始终平衡，因此4台千斤顶压力相等，保证了支架体系的均匀受力。第四步：将钢箱梁支撑点钢垫块抽去一层，并在各支撑点上放好防坠落保护钢垫板。截止阀五通阀油管500型千斤顶六通阀自封闭接头换向阀液压泵站第三步：关闭液压泵站,检查各油路连接处、油管、执行元件和操控元件是否有泄漏现象（如有立即停止工作、进行修复）。压力表显示压力无明显下降，证明系统可保压，无泄漏。第二步：关闭截止阀，启动液压泵站（换向开关旋至）供油，油压通过六通阀同时传递给4台千斤顶。4台千斤顶同步顶升钢箱梁1。第一步：按图示油路连接液压泵站系统。检查各管路、各执行元件和控制元件连接是否正确。液压泵站换向阀自封闭接头六通阀500型千斤顶油管五通阀截止阀截止阀五通阀油管500型千斤顶六通阀自封闭接头换向阀液压泵站5.工程应用情况工程应用实例标准节段施工5.工程应用情况“整跨（大节段）钢箱梁吊装施工工法”在国内最大跨径的连续钢梁桥——崇明至启东长江公路通道工程（江苏段）中应用，该桥主桥为双幅102m+4×185m+102m的六跨连续钢箱梁桥，主跨跨径为185m，无论联长还是单跨跨径均为国内第一，桥梁结构示意见图12.1所示。主梁采用双幅变截面直腹板钢连续箱梁，全桥梁宽33.2m。钢箱梁边跨端部梁高3.5m，中跨跨中梁高4.8m，主墩处根部梁高9.0m，根部梁高与中跨跨径比值为1/20.6。钢箱梁单幅梁宽16.1m，箱体宽度7.5m，39工程应用实例标准节段施工5.工程应用情况梁底曲线采用二次抛物线。两幅主梁间设置1m的间隙。根据主桥跨度、钢箱梁结构设计（不改变小节段划分）、起重船起吊性能参数等因素，全桥钢箱梁分为6×2=12个大节段钢箱梁，146.8m有2个节段，185m有8个节段，55.6m有两个节段。分别在厂内组装，然后整体运输至现场采用浮吊整跨安装。本工程于于2010年10月开始吊装，2011年3月顺利吊装完成。40应用效果及评价标准节段施工5.工程应用情况整跨（大节段）钢箱梁吊装施工工法”为崇启大桥主桥优质、安全、高效、精准地实施钢箱梁的架设提供完备的整套技术，其中两艘起重船联合吊装185m大节段钢箱梁、自平衡吊装系统、三向调位系统及与之配套的调位与匹配技术等的研发和应用为国内首创。该工法取得了显著的经济效应和社会效应，对我国桥梁建设向“大型化、工厂化、装配化”迈进起到重要的示范作用，具有很强的推广和应用价值。其应用效果与先进性如下：41应用效果及评价标准节段施工5.工程应用情况1）基于结构受力要求和国内现有制造安装水平，首次系统提出了变截面连续钢箱梁桥制造及架设精度标准；基于几何控制法理论，建立了适于整跨架设的设计-制造-运输-架设全过程控制方法和控制系统，实现了主梁标高误差≤L/9250高精度的控制效果。42应用效果及评价标准节段施工5.工程应用情况2）首创了大跨变截面连续钢箱梁无合龙段的整孔逐跨架设技术，避免了复杂的合龙段施工工序，提高了架设精度；在国内首次研发了两艘起重船联合吊装整跨钢箱梁技术，解决了超长、超重梁段的吊装难题，并获得了两项国家级实用新型专利。3）针对整跨钢箱梁的高空、高精度调位与拼接难题，研发了集钢箱梁临时连接与调位于一体的牛腿构造及接缝口连接技术，保证了高强螺栓100%通过率，精度在2mm以内，并获得了一项国家级实用新型专利。436.社会经济效益大跨度钢箱梁桥架设采用大型起重船舶，整跨架设，作业效率高、设备数量需求相对较少，施工组织容易，安装顺序可根据下部结构施工进展自由安排，架梁作业周期短，应变能力强，可靠性高。采用整架设的施工方法可避免海上大风、大雾引起的工期延误,施工速度快。该工法在国内尚未见报道和应用，处于技术领先水平。同时研发了自平衡吊索具系统，成功的解决了各吊点力不均衡问题。6.社会经济效益社会效益整跨（大节段）钢箱梁吊装施工工法可以广范应用跨江、跨海特大型桥梁施工中，大大减少水上或海上的施工作业内容，将部分现场施工转为厂内加工，大大提高施工质量和施工速度、降低了施工风险；同时，下部结构与上部结构可同步平行作业，缩短了工期；整跨钢箱梁预制吊装无论在施工质量还是在施工速度方面都有很大的优势，这给桥梁工程大节段建造技术带来了广阔的前景，推动了我国桥梁建设事业的进一步发展。6.社会经济效益社会效益“整跨（大节段）钢箱梁吊装施工工法”为崇启大桥主桥优质、安全、高效、精准地实施钢箱梁架设提供完备的成套技术，钢箱梁整跨吊装可大大减少水上或海上的施工作业内容，将部分现场施工转为厂内加工，大大提高施工质量和施工速度、降低了施工风险；同时，下部结构与上部结构可同步平行作业，缩短了工期；整跨钢箱梁预制吊装无论在施工质量还是在施工速度方