港珠澳大桥外海三塔斜拉桥施工创新工艺及关键技术

港珠澳大桥外海三塔斜拉桥施工创新工艺及关键技术目录四、吊装过程风险分析五、吊装过程监控措施三、吊装工艺及技术二、主要设备选型一、工程概况四、吊装过程风险分析五、吊装过程监控措施三、吊装工艺及技术二、主要设备选型一、工程概况一、工程概述江海直达船航道桥采用中央单索面三塔钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为110＋129＋258＋258＋129＋110＝994m，两个中跨和次边跨布设斜拉索。钢塔为“海豚”形全钢结构，主塔柱受力部分由下至上共分为Z0~Z12十三个节段，其中138#和140#塔总高度均108.5m，139#塔总高度109.756m。钢塔采用工厂制造，整体吊装方案。一、工程概述各墩位平台之间间距如下图：138#-139#及139#-140#平台间距为210m，137#-138#及140#-141#平台间距85m。通航孔桥137#-141#平台平面布置图一、工程概述综合钢塔吊装高度及施工水域水文条件，“长大海升”起重船是目前国内唯一一艘能够完成该项吊装任务的船舶。受钢塔整体段运输的条件制约（主塔在下，副塔在上），以及长大海升起重船舶的特点（船长110m）；139、140钢塔顺桥向泊位起吊，138#钢塔吊装时，起重船只能垂直于桥轴线吊装，必须分两节才能实现。副塔柱主塔柱钢塔运输装船示意图一、工程概述138#、139#、140#钢塔构造图138#钢塔吊装分节示意图一、工程概述江海直达船航道桥钢塔吊装分节参数表墩号首节钢塔钢塔整体段塔顶段编号高度（m）重量（T）编号高度（m）重量（T）吊具重量（T）编号高度（m）重量（T）140#Z03.45500Z1-Z121052800300138#Z03.45500Z1-Z11(含副塔F1#～F9#节段)83.37912560220Z12(含副塔F10#～F12#节段)21.6209212139#Z03.45500Z1-Z12106.2562800300一、工程概述钢塔制造一、工程概述钢塔整体段吊装难点和重点：整体段吊装高度高（高度105m）、吊装重量大（整体段重量达2800T，吊具300T，合计3100T）。类似大型钢塔吊装在国内外属首次，尚无成熟经验可以借鉴；受主塔结构制约，为适应主塔吊装各种姿态要求，吊具结构设计复杂，吊具与钢塔吊装钻孔匹配精度要求高；受高空作业环境和海况影响，吊具安装和拆除难度大；钢塔吊装和吊具拆除所需船舶众多，船舶组织和协作要求高。四、吊装过程风险分析五、吊装过程监控措施三、吊装工艺及技术二、主要设备选型一、工程概况二、主要设备选型单位：m船舶参数“长大海升”起重船1.“长大海升”起重船钢塔吊装选用“长大海升”3200T起重船，工作角度40°～67°，额定起重能力3200T，主钩4×800t，横向间距24m，前后中心间距5.375m。二、主要设备选型“长大海升”起重船起重作业吊装钢箱梁吊装钢套箱二、主要设备选型2.“幸运海”平驳船•钢塔选用“幸运海”驳船运输，载重量18000T，平驳尺寸125m×35m，满载吃水5m。本运输船在甲板上设二道纵向滑轨，滑轨高约1.23m，滑轨设在两道甲板纵桁上，间距3.96m左右，滑轨宽0.8m，滑道长约106m。塔架对应的甲板进行局部加强，并对塔架稳定性和船舶抗风浪能力进行验算。装载图“幸运海”平驳船二、主要设备选型卷扬机及滑道布置图二、主要设备选型滑靴结构图二、主要设备选型“幸运海”平驳船滑靴结构图二、主要设备选型3.“中南898”起重船••该船船长76米，型宽26.6米，型深5.6米，2个主勾安全工作负荷300T，1个副勾安全工作负荷300T，臂架仰角70°时，副勾起升高度102.5m。用于安装钢塔吊具、配合钢塔吊具拆除。中南898照片中南898参数二、主要设备选型4.139#和140#钢塔吊具吊具采用抗弯扭性能强、吊装工艺方便的箱式结构,分别连接钢塔及可浮动吊臂，通过A168mm高性能无接头绳圈与起重船吊钩连接。A168mm高性能钢丝绳139#和140#钢塔吊具图二、主要设备选型4.1139#和140#钢塔吊具验算1、吊具钢结构按许用应力设计法设计由起重机设计规范（GB/T3811-2008）中的4.2.1.1计算载荷和载荷系数，考虑起升冲击系数φ1和起升动载系数φ2。φ1=1.15(海上吊装原因增大)，φ2=1.4。吊具结构和浮吊柔性连接，取吊装浮吊机构驱动加（减）速动载系数φ5=1。2、自重振动载荷=φ1PG，起升动载荷=φ2PQ。其中PG为吊具自重载荷，PQ是额定起升载荷（吊装模块自重）。选载荷组合B1。3、计算时考虑8级风载荷的作用。4、按起重机设计规范（GB/T3811-2008）中的表G.11：安全系数n=1.34。吊具结构材料基本许用应力［σ］=σs/1.34，剪切应力［τ］=［σ］/√3。由起重机设计规范（GB/T3811-2008）表25销轴连接：销轴许用剪切应力［τ］=0.6［σ］,被连接构件许用承压应力为1.4［σ］。5、吊装自重计算载荷：1.15×300+1.4×2800=4265t。二、主要设备选型0°工况吊具UY80结构等效应力云图(2800t)0°工况塔身吊具UY80结构等效应力云图(2800t)0°工况钢塔吊具UY80铰轴等效应力云图(2800t)二、主要设备选型45°工况塔身吊具UY80结构等效应力云图(2800t)45°工况塔身吊具UY80结构等效应力云图(2800t)45°工况钢塔吊具UY80铰轴等效应力云图(2800t)二、主要设备选型45°工况钢塔钢结构塔身吊具UY80结构位移云图(2800t)二、主要设备选型90°工况塔身吊具UY80结构等效应力云图(2800t)90°工况塔身吊具UY80结构等效应力云图(2800t)90°工况钢塔吊具UY80铰轴等效应力云图(2800t)二、主要设备选型90°工况钢塔钢结构塔身吊具UY80结构位移云图(2800t)二、主要设备选型1、吊具端梁吊轴倾斜，吊轴卡板受力计算：吊具总起升载荷：1.15x300+1.4x2800=4265t单侧端梁受力：4265/2=2132.5t吊具按倾斜5°计算端梁水平分力：2132.5xsin5°=185.9t吊轴轴端采用圆卡限位，尺寸如图，圆卡剪切应力：185.9x10^4/(3.14x500x40)=29MPa轴端圆卡选用Q620材质，强度满足要求。4.2139#和140#钢塔吊具销轴验算二、主要设备选型2、吊轴受力计算力臂取675mm，σ=2132.5x10^4x675/(3.14x700^3)x32=427MPaτ=2132.5x10^4/3.14/350^2=55.4MPa合成σ=430.6MPa材料为0Cr2Ni2Mo，屈服强度为590MPa安全系数：n=590/430.6=1.37。139#和140#钢塔吊具验算卡板照片二、主要设备选型90°工况139、140塔身吊具铰轴等效应力云图(2800t×105mgc.st90放大30倍)3、吊具与主塔连接销轴（φ300mm）计算由以上计算吊具总起升载荷4265t。连接销轴共8件，考虑载荷不均，按4个销轴计算，每个销轴受力：4265/4=1066.25t,销轴应力计算τ=1066.25x10^4/3.14/150^2=150.8MPa材料为30Cr2Ni2Mo，屈服强度为635MPa安全系数：n=635x0.6/150.8=2.52二、主要设备选型5、138#钢塔Z1-Z12段吊具吊具采用抗弯扭性能强、吊装工艺方便的箱式结构,分别连接钢塔及一级通用吊具，一级通用吊具通过A168mm高性能无接头绳圈与“长大海升”吊钩连接。138#钢塔Z1-12段吊具图高性能钢丝绳一级吊具吊具二、主要设备选型5.1138#钢塔塔身整体段吊具验算钢塔吊具结构等效应力云图(2600t)塔身吊具铰轴等效应力云图(2600t)钢塔吊具结构等效应力云图(2600t)二、主要设备选型钢塔钢结构塔身吊具UY80结构位移云图(2600t)二、主要设备选型6、138#钢塔塔顶段吊具塔顶段钢塔自重220T,采用梁式结构吊具吊装。挂点位置直接与“长大海升”吊钩连接。138#钢塔塔顶段吊具图四、吊装过程风险分析五、吊装过程监控措施三、吊装工艺及技术二、主要设备选型一、工程概况三、吊装工艺及技术浮吊吊装整体段就位索塔整体段与Z0段全截面栓接附属结构安装整体吊装段加工运输Z0节段吊装就位承台施工时预埋Z0节段锚杆Z0节段加工运输承台顶与承压钢板间隙压浆锚杆第一次张拉锚杆组件加工、静载试验待桥面铺装等二期恒载施加完成进行锚杆第二次张拉锚箱内填充M55水泥砂浆和9501D不干性阻蚀密封膏139#和140#钢塔吊装工艺流程138#钢塔吊装施工工艺流程浮吊吊装整体段(Z1#～Z11#)就位索塔整体段与Z0段全截面栓接附属结构安装整体吊装段(Z1#～Z11#)加工运输Z0节段吊装就位承台施工时预埋Z0节段锚杆Z0节段加工运输承台顶与承压钢板间隙压浆锚杆第一次张拉锚杆组件加工、静载试验待桥面铺装等二期恒载施加完成进行锚杆第二次张拉锚箱内填充M55水泥砂浆和9501D不干性阻蚀密封膏浮吊吊装整体段(Z12#)就位整体吊装段(Z12#)加工运输三、吊装工艺及技术1.吊装前清淤疏浚“长大海升”吊装3200T时，船首吃水6.2m，因此疏浚后水深应确保低潮时达到7m要求。设计最低通航水位为-1.18m，则疏浚后底标高为-8.18m。疏浚宽度方向为138-140#墩桥轴线以南250m，138-140#墩桥轴线以北50m。疏浚长度方向为138#墩横桥向中心线以东50m，140#墩横桥向中心线以西50m。清淤疏浚范围三、吊装工艺及技术•2.Z0节段安装Z0节段效果图Z0节段螺杆定位支架Z0节段螺杆图（定位架拆除后）三、吊装工艺及技术•2.Z0节段安装•Z0节段重500T，采用“长大海升”3200T浮吊吊装，Z0节段吊具用一级通用吊具与浮吊连接。Z0安装就位后，以东西两侧提前安装的钢管（内灌砼）为基础，采用4台650T三维千斤顶对Z0节段进行精确调位。•Z0节段临时固定后对该预留空隙进行灌浆处理。待水泥砂浆（M50）强度达到要求后，外圈50根锚杆进行第一次张拉，张拉力为3500KN。桥面铺装等二期恒载施加完成后进行第二次张拉，张拉到4000KN。内圈24根锚杆在整体段吊装前张拉至4000KN。Z0节段安装侧面图Z0节段安装立面图三、吊装工艺及技术•3.钢塔导向设计与安装(整体段)•在Z0节段外腹板外顶面4个角栓接定位导向钢板进行钢塔的平面定位。导向结构采用5cm厚钢板焊接而成，加劲板采用4cm钢板，与整体段交汇处设置2mm的间隙。单面用56根10.9级M24螺杆连接。三、吊装工艺及技术3.钢塔导向设计与安装（塔顶段）在Z11节段外腹板外顶面4个角栓接定位导向钢板进行钢塔的平面定位。导向结构采用5cm厚钢板焊接而成，加劲板采用4cm钢板，与整体段交汇处设置2mm的间隙。单面用56根10.9级M24螺杆连接。三、吊装工艺及技术139#、140#钢塔吊点设置在Z10节段底部以下0.86m（距离钢塔顶部36.76m），吊具连接轴组件中心线紧贴钢塔侧面。与钢塔重心偏差距离：高度方向21.55m，顺桥向1.37m。吊点与重心位置关系吊具结构与吊点布置图4.钢塔吊装4.1139#、140#钢塔整体段吊点设置三、吊装工艺及技术•4.2138钢塔塔身整体段吊点•138#钢塔吊点设置在Z8节段底部已下0.86m（距离钢塔Z1节段底部53.5m）。吊具连接轴组件中心线紧贴钢塔侧面。与钢塔重心处于竖直线上。吊点与重心位置关系吊具结构与吊点布置图三、吊装工艺及技术第一步：在幸运海驳船甲板上安装吊具临时支撑钢管（三维调节千斤顶预置在钢管里面），中南898号浮吊就位，吊臂70度角起吊吊具（用副钩起吊2、2’和3、3’吊点）4.3吊具安装吊具安装吊点布置图吊具安装示意图三、吊装工艺及技术第二步：浮吊铰锚前移，使吊具重心尽量靠近钢塔（钢丝绳距副塔边缘1m左右处），将吊具落于钢管支撑，转换吊点，将898的大臂仰角