钢箱梁吊装

12.3　钢箱梁吊装

12.3.1　跨缆吊机

跨缆吊机是悬索桥钢箱梁桥面单元提升安装的专用设备。泰州大桥钢箱梁吊装采用的是在润扬大桥自主研发的KLD　370全液压跨缆吊机。

1.跨缆吊机性能及主要构成

（1）跨缆吊机主要性能参数

该跨缆吊机采用智能化中央自动控制系统，可同步/非同步控制整个设备吊装、行走等全部作业。采用模块化设计使得吊机仅需更换少量的部件就可以适应不同跨径、不同缆径悬索桥钢箱梁的吊装工作。跨缆吊机主要技术参数见表12－3。

表12－3　单台跨缆吊机主要技术参数

续表12－3

（2）跨缆吊机主要构成

单台跨缆吊机主要由1个主横梁、2个主缆行走模块、2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。

跨缆吊机整体结构见图12－6。

图12－6　跨缆吊机整体效果图

2.跨缆吊机试验

（1）试验目的

通过对每台跨缆吊机的安装质量检测、运行状况检验、加载试吊（对拉）试验及100%持载观测等，全面检查跨缆吊机的设计、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；全面检验跨缆吊机的整体可靠性、安全性。确保跨缆吊机在泰州大桥钢箱梁的吊装施工中，实现安全、高效施工的目的。

（2）试验内容

跨缆吊机试验分为空载试验和加载（对拉）试验两部分。试验在专门设计的模拟主缆试验架上进行。

空载试验包括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、整机顶升与行走状况等。

加载（对拉）试验是两台185t起重千斤顶按一定比例逐级加载到其最大工作荷载的125%进行试验，即加载到462.5t，分级比例见表12－4。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。

表12－4　跨缆吊机试验荷载分级

跨缆吊机试验内容及检测项目见表12－5。

表12－5　跨缆吊机试验内容及检测项目

3.跨缆吊机安装

跨缆吊机在塔顶主要分四大模块7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，四大模块分别为行走模块、尾端模块、插入段模块、中间段模块。根据塔吊起重能力，各模块可根据构件组成进行适当的分解安装。

跨缆吊机在塔顶安装方法见图12－7～图12－10所示。在安装过程中需注意以下安全事项：

①由于中塔塔顶门架悬臂长度不足，需在门架顶部设置贝雷梁，贝雷梁与门架顶部杆件采用U形螺栓紧固，贝雷之间设置横联以保证贝雷梁稳定。跨缆吊机模块吊装到位后，采用手拉葫芦悬挂于贝雷梁上。

②吊装吊机模块时，模块组成构件之间需临时固定，防止在吊装过程中滑移。

③吊机模块分解安装应根据塔吊起吊能力确定分解方案及安装顺序。

④采用手拉葫芦吊挂时，每个手拉葫芦均需设置保险绳。

图12－7　跨缆吊机在中塔塔顶安装示意图（横桥向）

图12－8　跨缆吊机在中塔塔顶安装示意图（纵桥向）

图12－9　跨缆吊机在边塔塔顶安装示意图（横桥向）

图12－10　跨缆吊机在边塔塔顶安装示意图（纵桥向）

12.3.2　钢箱梁吊装

1.钢箱梁总体吊装顺序

全桥钢箱梁总体安装流程见图12－11。

图12－11　钢箱梁总体安装流程图

2.垂直起吊梁段安装

南北两跨的4＃～61＃吊索对应的A梁段为标准梁段，单个梁段宽16m，重250t。除跨中33＃、34＃吊索对应梁段采用大节段（32m）、2台跨缆吊机垂直抬吊外，其余梁段均采用小节段单台跨缆吊机垂直起吊。4台跨缆吊机分别从两主跨32＃、35＃吊索对应梁段开始对称地向边塔和中塔方向进行钢箱梁垂直起吊安装。

跨缆吊机垂直吊装梁段示意图见图12－12所示。

4＃～61＃吊索对应梁段垂直起吊安装施工流程见图12－13所示。

图12－12　跨缆吊机垂直吊装钢箱梁示意图

步骤一：

①跨缆吊机在33＃、34＃索夹处定位。

②驳船运输梁段和吊具在33＃、34＃索夹处吊机正下方精确定位。

步骤二：

①调整吊具使梁段平衡后，两台跨缆吊机同步垂直起吊梁段略高于安装高度，33＃、34＃吊索与梁段永久吊点销接。

②2台跨缆吊机同时同步慢速卸载，将梁段重量逐渐转移到吊索上。

③解除吊具与梁段临时吊点的连接，完成33＃、34＃吊索梁段吊装。

④2台跨缆吊机分别向索塔方向行走至32＃、35＃索夹处定位。

步骤三：

①边塔侧跨缆吊机在35＃索夹处垂直起吊梁段略高于安装高度，连接35＃吊索。

②跨缆吊机慢速卸载，同时手拉葫芦配合，水平牵拉梁段向34＃吊索梁段靠拢。

③连接梁段间顶板临时连接件，解除吊具与梁段临时吊点的连接，完成35＃吊索梁段吊装。

④跨缆吊机行走至36＃索夹处定位准备吊装36＃吊索梁段。

步骤四：

①中塔侧跨缆吊机在32＃索夹处垂直起吊梁段略高于安装高度，连接32＃吊索。

②跨缆吊机慢速卸载，同时手拉葫芦配合，水平牵拉梁段向33＃吊索梁段靠拢。

③连接梁段间临时连接件，解除吊具与梁段临时吊点的连接，完成32＃吊索梁段吊装。

④跨缆吊机行走至31＃索夹处定位准备吊装31＃吊索梁段。

⑤重复步骤三和步骤四，跨缆吊机向索塔方向行走进行4＃～61＃吊索梁段的吊装。

图12－13　4＃～61＃垂直起吊梁段安装施工流程图

3.边塔附近梁段安装

边塔附近F梁段及63＃～66＃吊索对应的4个梁段，采用荡移＋支架安装方案。在61＃吊索对应梁段吊装完成后，从边塔F梁段开始向中塔方向进行吊装。钢箱梁在水平牵引纵移过程中设专人进行指挥，使卷扬机牵引速度一致，同时用测量仪器对梁段的纵桥向轴线位置进行跟踪观测，发现偏移及时进行调整。

边塔附近梁段吊装施工流程见图12－14所示。

图12－14　边塔F梁段及66＃～63＃吊索梁段安装施工流程

4.中塔附近特殊梁段安装

中塔附近有B、C、D和E、C′、B六个特殊梁段（见图12－11），均需要采用跨缆吊机牵引荡移吊装，其中D、E梁段为无吊索梁段，B、C、C′梁段为有吊索梁段。

中塔附近特殊梁段安装方法如下：

（1）跨缆吊机分别在中塔两侧2＃索夹处定位，利用布设在另一主跨4＃吊索对应梁段顶面的牵引设备先后牵引荡移吊装E、D两个梁段至支架上的设定位置，安装梁段临时连接件。

（2）在钢箱梁临时支点位置各布置一台100t千斤顶，微调D、E梁段线形达到设计线形后，进行D、E梁段焊接。

（3）跨缆吊机在2＃索夹处先后荡移吊装C、C′梁段并与1＃吊索连接，C、C′梁段分别与D、E梁段临时连接稳定防止倾翻。

（4）千斤顶同步顶升D、E梁段与C、C′梁段平齐后，连接D、E梁段与C、C′梁段间的临时连接件。

（5）千斤顶同步微调D、E梁段与C、C′梁段的线形达到设计线形，进行D、E梁段与C、C′梁段间的焊接。

（6）千斤顶同步卸载进行D、E梁段落架，完成无索区D、E梁段体系转换。

（7）跨缆吊机在中塔两侧先后垂直吊装B梁段，连接吊索及临时连接件，完成中塔特殊梁段安装。

中塔特殊梁段安装方法及施工流程见图12－15所示。

图12－15　中塔附近特殊梁段安装施工流程图

5.合龙段安装

（1）合龙段长度的确定

由于钢箱梁受日照、温度影响，轴向伸缩变形较大，焊缝自身随着温度降低也会引起收缩，因此需要确定合龙段精确长度及合龙时间。方法如下：

①加强测量，对钢箱梁受温度影响的变形规律及焊缝的收缩规律进行认真的研究分析。

②对靠近索塔的几个梁段连接进行调整，测量合龙段应有的长度。

③由设计单位根据安装温度、焊接收缩量和梁长等因素，计算合龙段长度修正值。

④由钢箱梁制造单位根据长度修正值对合龙段长度进行修正。

⑤选择气温较低的时间段安装合龙段，利用较大的温差使合龙空间增大。

（2）合龙段施工措施

①钢箱梁吊装过程中测量已吊装梁段线形、长度等数据，与模拟施工过程计算结果进行比较，预测和计算合龙空间数据。

②选择在气温较低时进行合龙段吊装，利用温差使合龙空间增大。

③中塔附近第一个合龙梁段（扬中侧3＃吊索对应的A′梁段）的合龙，通过中塔牵引系统牵引预偏，将中塔附近的特殊梁段向北主跨方向牵引预偏，使合龙空间大于合龙梁段长度约30cm后垂直起吊合龙梁段。

④中塔附近第二个合龙梁段（泰州侧3＃吊索对应的A′梁段）的合龙，采用在中塔和C梁段弹性索锚箱上安装4束钢绞线，千斤顶在中塔处进行张拉，使中塔合龙段至南塔合龙段之间共65个梁段向南塔方向预偏，合龙空间大于合龙梁段长度约30cm后垂直起吊合龙梁段。

⑤边塔附近62＃吊索对应梁段的合龙，通过边塔牵引系统，将合龙段边塔侧的5个梁段向边塔方向牵引预偏，使合龙空间大于合龙梁段长度约30cm后垂直起吊梁段进行合龙。

⑥中塔牵引系统最大容许牵引力为2×50t，边塔牵引系统最大容许牵引力为2×35t，能满足中塔第一个合龙段和边塔附件合龙段吊装预偏牵引力的需要。

⑦中塔第二个合龙段吊装时，由于预偏梁段数量较多，难以准确计算预偏牵引力，同时也要考虑梁段间临时连接件和主缆线形对预偏量的影响，选用张拉钢绞线时，需进行准确模拟计算，并保证预偏牵引力有一定的富余。张拉预偏过程中，同时利用南塔牵引系统对预偏梁段进行辅助牵引，以减小预偏梁段之间的挤压力。

⑧跨缆吊机提升合龙段顶面和相邻梁段底面平齐时，需慢速提升梁段，同时手拉葫芦等配合调整合龙段纵向位置，防止合龙段与相邻梁段碰撞损坏梁段端口，直至梁段就位与吊索连接。合龙段安装施工方法及施工流程见图12－16～图12－18　。

步骤一：

①牵引系统与泰州侧B梁段临时吊点连接。

②启动牵引系统牵拉中塔6个梁段向泰州侧水平纵移预偏，使合龙空间大于梁段长度30cm。

步骤二：

①垂直起吊合龙梁段顶面与相邻梁段底面平齐。

②手拉葫芦调整合龙段纵向位置配合吊机慢速提升梁段至安装高度，连接3＃吊索。

③吊机慢速卸载，将梁段重量转移至吊索受力，连接合龙段与扬中侧4＃吊索对应梁段的临时连接件。

步骤三：

①牵引系统卷扬机慢速放绳，使已预偏的中塔梁段逐渐退回原来位置。

②连接合龙段与相邻C′梁段的临时连接件，完成中塔附近第一个合龙段的吊装。

图12－16　中塔第一合龙段安装施工流程图

步骤一：

①在C梁段和中塔泰州侧的纵向弹性索锚箱之间安装4束张拉钢绞线，千斤顶在中塔纵向弹性索锚箱处同步张拉钢绞线，同时南塔牵引系统辅助牵引，将合龙段扬中侧梁段向南塔方向纵移预偏，使合龙空间大于梁段长度30cm。

②垂直起吊合龙梁段顶面与相邻梁段底面平齐。

③手拉葫芦调整合龙段纵向位置，配合吊机慢速提升梁段至安装高度，连接3＃吊索，安装合龙段与相邻4＃吊索梁段间的临时连接件。

步骤二：

①4台千斤顶同步慢速释放钢绞线，同时南塔牵引系统卷扬机放绳，使合龙段南侧预偏梁段依靠自重自动回位。

②安装合龙段与相邻B梁段的临时连接件，解除吊具与梁段的连接，完成中塔第二个合龙段的吊装。

图12－17　中塔第二个合龙段安装施工流程图

步骤一：

①边塔牵引系统与63＃吊索梁段临时吊点连接，将合龙段边塔侧的5个梁段向边塔方向牵引预偏，使合龙空间大于合龙梁段长度超过30cm。

②垂直起吊合龙梁段顶面与相邻梁段底面平齐。

步骤二：

①连接合龙段与相邻61＃吊索梁段的临时连接件。

②慢速释放牵引力，使已预偏的梁段逐渐退回原来位置，连接合龙段与相邻63＃吊索梁段的临时连接件。

③手拉葫芦调整合龙段纵向位置，配合吊机慢速提升梁段至安装高度，连接吊索。

③解除吊具与梁段连接，完成边塔合龙段的吊装。

图12－18　边塔附近合龙段安装施工流程图

6.临时连接件安装

钢箱梁吊装就位后，梁段和梁段间通过临时连接件相连接。

（1）钢箱梁吊装就位后，先完成箱梁顶板A型、C型临时连接件的螺栓连接，然后完成B型临时连接件的螺杆连接。

（2）在钢箱梁吊装初期，梁段下部呈开放状态。随着箱梁节段吊装的进行，相邻梁段的下部间隙开始闭合，E型连接件的止顶板顶紧，即可开始梁段底板D型临时连接件的螺杆连接。

（3）随着梁段继续吊装，闭合梁段数量增加，钢箱梁线形基本形成，即可进行钢箱梁现场焊接作业。如不进行箱梁焊接则将临时连接件连接拉杆螺栓紧固。

（4）梁段吊装阶段，严禁紧固箱梁底板D型连接件的螺栓，使梁段下口闭合。

7.索鞍顶推

（1）索鞍顶推依据及原则

边塔主索鞍顶推时间、次数和各次的顶推量，根据索塔塔顶偏位监测结果，并按照监控单位提出的参数实施。

（2）顶推方法

边塔主索鞍采用安装在格栅边跨侧的2台YSD　5000型千斤顶顶推。

在钢箱梁吊装前期，主索鞍顶推采用固定拉杆预留空间、依靠主缆水平力差的方法使索鞍自动向主跨相对塔顶位移。在梁段吊装后期，在索鞍无法依靠固定拉杆预留空间自动滑移以后，采用安放在格栅边跨侧的2台YSD　5000型千斤顶进行索鞍顶推。索鞍预留自动滑移的空间和顶推位移量按多次少量的原则实施，并且控制南、北边塔和左右幅对称作业，防止边塔偏位不对称和索塔扭转。

12.3.3　钢箱梁吊装的安全控制技术与管理

钢箱梁吊装过程中的关键安全控制技术主要包括跨栏吊机的安装与拆除、钢箱梁吊装控制、水上运输及通航安全等。下面将逐一进行阐述，并说明安全控制措施的要点。

1.吊装前的准备工作

钢箱梁吊装中超高处作业、水上作业、立体交叉作业等高危作业形式众多，且占用航道，对过往船舶的通航安全造成严重影响。吊装前，泰州大桥重点做好以下安全准备工作：一是优化施工作业方案，尽量减少危险作业时间；二是提前编制通航安全方案，加强同海事部门的沟通，将对通航的影响降至最低；三是选用身体条件合格、有丰富经验的施工作业人员作业；四是做好安全技术交底，坚持班前例会制度；五是加强设备及现场检查，保证设备使用安全，防止人员坠落和高空坠物。

为确保地面作业人员安全，防止发生高处坠落及打击伤害，对地面作业施工区域进行警戒，设置安全通道、防护顶棚、戒严绳旗及临边护栏等。防护顶棚设置高度为2.0～2.5m，安全通道宽度为1.0～1.5m，临边护栏由上下两道横杆组成且高度不低于1.2m。对于塔顶、门架顶等高处作业平台，拓展施工站立区域，安装钢丝网及不低于18cm的踢脚挡板。

2.跨栏吊机安装与拆除

泰州大桥采用自主研发的KLD　370全液压跨缆吊机，其智能化中央自动控制系统、模块化设计、自提升安装方式都大大方便了吊装施工过程。但是跨缆吊机的安装与拆除仍是安全控制的重点。

（1）吊机安装

跨缆吊机先在地面拼装，经检测合格后解体，再利用塔吊将各模块起吊至塔顶后进行组装。安装前需制定详细的安装方案，根据塔吊特点和起吊能力确定模块分解方案、组拼顺序，拼装过程中应防止发生碰撞、倾斜、倾覆等意外事故。

吊机安装的安全技术要点包括：

①吊装模块时，模块组成构件之间需临时固定，防止吊装过程中滑移。

②吊索是跨缆吊机的主要受力部位，发现有损伤一律更换。

③保证紧固力矩，用专用填充抱箍将锚固索夹与结构索夹间间隙填满，以防止发生跨缆吊机滑移事故。

④用缆风绳将跨缆吊机锚固于主缆上，以防止恶劣天气的影响而引起事故。

（2）荷载试验

安装完成之后、使用之前需要进行荷载试验，对整套电气系统、液压系统进行试运行测试。试验首先对吊机进行预加载，回复到空载状态后逐级加载到额定荷载。在各级载荷状态下，分别检测设定点的变形和主要杆件的应力，确保在设计容许范围内。

（3）吊机拆除

当跨缆吊机完成所有的钢箱梁吊装工作后，将吊机进行临时锚固和悬挂，严格按照拼装反程序进行逐段、逐节拆除。各模块通过塔吊、电梯运输下放，禁止直接抛落。

3.钢箱梁吊装安全控制

（1）吊机行走

吊机到达起吊区域后，吊机行走脚除与主缆抱箍紧固外，还必须用合适的定位垫块与索夹顶紧，以抵抗主缆线型倾角变化引起的吊机向跨中滑移分力。在起吊位置行走时，除防止碰到横向通道外，还要保持不小于50m的通航净空，征得海事部门同意后，方可把吊具放下。

（2）梁段吊装

梁段吊装时应设专人指挥，发现梁体偏移时应及时进行调整，确保钢箱梁平稳起吊。起吊完成后，还需设置平衡保险绳，防止梁段倾翻。此外，吊装过程中要定期检查吊机，加强对吊具、吊索的维修、保养，确保各部件处于安全可用状态。

（3）梁段安装

梁段起吊至指定高度，连接好吊索后才能慢慢卸载，并用手拉葫芦配合吊机牵拉该梁段向已安装好的梁段靠拢。安装好箱梁顶面临时连接件后，跨缆吊机才能全面卸载，解除吊具与梁体的连接。安装就位后，除把临时连接件连接好外，还应在梁段与索股上设置4根防倾斜保险钢丝绳。

4.水上运输及通航安全

泰州大桥采用南北两侧同步对称吊装。通过对泰州大桥所在航段通航环境、船舶交通流组成形式、桥区通航分道及其两侧可通航宽度、运梁船定位作业安全水域范围、钢箱梁吊装作业组织形式，以及吊装工艺、吊装顺序、吊装作业对通航的限制要求和气象条件等多方面综合分析，决定采用“非作业桥跨单向通航，作业桥跨内的吊装作业船舶的一侧通航、另一侧禁航”的管制方式。

钢箱梁吊装占用航道，对过往船舶的通航安全造成严重影响，再加上施工中使用了大量运料船、交通船等，水上运输繁忙，是安全控制的重点。

（1）驳船定位

根据长江潮汐情况合理组织钢箱梁装载，避免因桥区驳船定位困难而长时间占用航道。吊机垂直起吊要求驳船定位误差不大于50cm。运梁船舶进入桥区后，提请海事部门通知过往船舶减速慢行，控制波浪对起吊的影响，防止运梁船走锚及过往船舶失控航向。

（2）警戒护航

钢箱梁提升的过程中需进行警戒护航，从跨栏吊机下发吊具至钢箱梁吊装就位，每片梁护航时间不少于6小时，并做好以下工作：

①通知海事部门向过往船只发布航行信息，提醒注意避让、安全通行。

②吊具上设置环保、高效的太阳能蓄电爆闪红色警示灯，防止由于能见度降低造成过往船舶碰撞事故。

③施工作业带设置通航警示标识，避免船舶碰撞水中建筑物，且要注意避免强光直射江面，以防影响船舶驾驶人员的瞭望。

（3）通航管制

在吊装期间，需配合海事部门对长江航道实施管制，其要点包括：

①交通船、运料船都必须办理航行签证，且需在船舶的前后方均设立警示标志。

②施工过程严禁向长江水域乱抛、乱卸施工材料及其他杂物，散落水下且对通航造成影响时，应及时打捞、疏浚。

③及时掌握天气情况，选择在风浪较小的状态下进行吊装。

桥塔跨边吊装作业基本不占用通航分道，实施一般性作业警戒维护，海事部门对其警戒维护工作进行监管。遇有特殊情况，申请海巡艇现场临时交通管制，从整体上缩短了吊装作业和交通管制时间。