摘要： 虎门二桥坭洲水道桥为（548+1688）m双跨钢箱梁悬索桥，其主索鞍半鞍体单件吊装重量达126.2t，具有吊装重量大、吊装高度高、吊装提升时间长以及防扭转难度大等技术难点。本文重点介绍坭洲水道桥主索鞍吊装系统的设计以及对吊装施工过程进行了详细阐述，为类似工程提供一定的借鉴。
关键词： 虎门二桥 悬索桥 主索鞍 吊装系统
1工程概况
虎门二桥工程是广东省高速公路网规划中连接广州和东莞的重要东西向通道，路线起于广州市南沙区东涌镇，经广州市南沙区、番禺区，并先后跨越大沙水道、海鸥岛、坭洲水道后，穿越虎门港进入东莞市沙田镇，终点与广深沿江高速公路相接。
虎门二桥由两座跨江悬索桥组成，其中坭洲水道桥为主跨1688m不对称双塔双跨钢箱梁悬索桥，跨径位居钢箱梁悬索桥世界第一。
图2 主索鞍总成图（西塔，单位：mm）
2吊架、吊装系统的设计及安装
坭洲水道桥主索鞍及其附属构件的吊装通过吊装系统以塔顶吊架为平台予以实现。
2.1塔顶吊架的设计、安装
塔顶吊架在上部施工中，分两个阶段发挥作用：第一阶段承担着主索鞍及其附属构件的吊装工作，第二阶段配合猫道架设、索股架设等工作。
本工程塔顶吊架设计为钢桁架结构，各构件之间采用栓接为主、焊接为辅的方式进行连接，既保证门架的强度及刚度，又利于施工安装。吊架高度为9m，两主桁片之间的中心距为6.7m，顺桥向全长26m，悬臂长度12m。考虑吊装提升系统的自重43.4t，吊架的设计吊装能力为169.8t。吊架结构见图所示3：
图3 塔顶吊架结构图（单位：mm）
吊架主桁的立柱及纵梁等主要受力杆件选用HW400×408mm型钢制作，Q345b钢材。为加强立柱及主斜撑的横向刚度，在其横桥向外侧面加设加劲桁片。柱脚采用“锚板+锚筋+预埋精轧螺纹钢”的形式进行锚固。
吊架力学分析采用有限元计算软件midas-civil进行，根据吊架的施工作用及荷载，分四个计算工况：格栅反力架吊装、半鞍体吊装、索股架设以及极限风荷载状况。计算结果表明，在各计算工况下，吊架各构件的强度、刚度以及稳定性均满足要求。
主桁片划分为5个分块予以吊装，部分腹杆待相应主体结构安装完成后再单独吊装并在现场焊接。吊架主桁安装完毕后，即分别安装吊架横向片架、横梁以及加劲桁片。分块吊装如下图4所示：
图4 吊架主桁分块吊装示意图
2.2吊装系统
吊装系统由吊装平车梁、移运器、纵移轨道及提升系统组成。采用1台294t液压连续千斤顶作为提升动力，最大提升速度为30m/h，入19根直径为18mm的抗扭转钢绞线束；专用吊具由锚盒、主梁、扁担梁以及吊带组成；移运器采用履带式重物移运器，安装于平车梁端部；纵移轨道设于吊架纵梁上，纵移采用千斤顶进行。吊装系统总成见图5。
图5 吊装系统总成图
2.3吊架及吊装系统试验
据以往悬索桥施工经验，吊架用于索鞍吊装作业前，必须进行试验。试验分为空载运行试验、120%静载试验、100%动载试验，确保吊架系统的强度、刚度、稳定性满足要求，并确保吊装系统的提升、制动、纵移都能正常工作。其中重点为120%静载试验，静载试验直接采用吊装系统自带的液压千斤顶提升系统进行加载，在塔座处植入精轧螺纹钢作提供试验反力。
试验过程中对吊架进行变形及应力监测。变形监测点设置于吊架悬臂端的最前端，同时在重要受力杆件上安装振弦式应变计进行应力监测，通过与各状态下的理论变形值以及理论应力增量进行比较来判断吊架的变形及受力状态是否满足设计要求。
3主索鞍吊装施工
主索鞍构件的吊装顺序依次为：格栅反力架、承板组件、两个半鞍体。
3.1主索鞍构件吊装前就位
单个索塔的主索鞍各构件通过水运一次运输并卸船进场及存放。格栅反力架以及承板组件在塔底无法直接放平起吊，故在塔底设转放平台，既可作为格栅反力架的转放之用，又可作为构件吊装前姿态调平之用。塔底转放平台如图6。
图7 塔底半鞍体移运装置构造
移运装置及转放平台平面布置如图8。
图8 移运装置及转放平台平面布置图
首先利用浮吊将格栅反力架提至转放平台上就位；将两个半主索鞍分别吊至布置在承台顶面的移运装置上存放，将上、下承板组件吊至承台上存放。待格栅反力架吊装完成后，再将上、下承板组件吊至转放平台上就位并吊装，然后拆除转放平台，两个半鞍体通过移运装置依次横移至吊点下方就位。
3.2防扭转限位钢索的设置
吊装系统配备的吊装钢绞线束具备防扭转功能，可在一定程度上防止所吊装的构件在吊装过程中产生较大扭转。但考虑到吊装高度高、吊装时间长，吊装期间内可能会突遇大风，若此时构件已吊至较高的高度，既不适合下放停止吊装，也不适合继续提升。故针对此种情况设置限位钢索，限制其在大风下发生较大偏移以及扭转，亦可对吊装过程中构件的姿态起到限制和调节作用。
在塔顶主跨侧悬挑出两根HM588型钢作为限位钢索的悬挑梁，两根限位钢索之间间距为5m。在悬挑梁上吊一根φ22mm钢丝绳至塔底塔座上，在塔座的垂吊点处钻孔植入2根精轧螺纹钢作为锚固点。钢丝绳与底部锚固点的连接之间增设一个5t的手拉葫芦，通过手拉葫芦施加约3~5t的拉力，使钢索绷紧。
格栅及反力架及半鞍体等构件吊装时，在与限位钢索对应的位置临时焊耳板，通过一个卸扣将限位钢索与吊装构件的临时耳板连接。当构件吊至距离塔顶1m处的位置时，停止提升，解除构件与限位钢索之间的联系。防扭转限位钢索布置如图9。
图9 防扭转限位钢索布置图
3.3主索鞍构件吊装施工
格栅的安装精度直接影响主索鞍的安装精度，为了确保格栅的安装精度，在塔顶和格栅底面划出纵、横向轴线，并在塔顶预留槽内预埋定位钢筋及安装楔形钢垫块。
格栅反力架吊装前下放吊装系统吊具与格栅相连，同时格栅通过卸扣与限位钢索连接，开始起吊提升作业。当提升至高出塔顶约20cm时停止提升，吊装平车纵移至设定的位置，缓慢下放格栅及反力架。此时吊装系统仍然承受一部分力，以便于调整格栅。
格栅位置采用精密水准仪及全站仪控制，选择在气温条件较好、风力相对较小等对索塔总体位置影响较小的的情况进行轴线位置调整。格栅调整时，用楔形垫块调整精确定位格栅的高程和平面位置，调整过程中使用手拉葫芦调整格栅的纵、横轴线。格栅高程及平面位置均符合要求后浇筑格栅混凝土，浇筑过程中应确保格栅位置保持不变。
格栅反力架吊装完成且格栅混凝土强度达到设计强度90%后，接着依次吊装上、下承板组件以及两个半鞍体，吊装方法与格栅反力架吊装基本一致。主索鞍半鞍体吊装前，通过塔底的移运装置横移至吊点下方处，此时鞍体重心位置不在吊点正下方的投影点上，其与吊装垂线偏差2.346m，偏角为0.52°。为了防止起吊后鞍体自由荡移至塔座处，从起吊至提升4m高度的范围内，设卷扬机进行反拉。提升4m高度后即可解除反拉，进入垂直起吊状态。两个半鞍体均吊装就位后，用高强螺栓将其连接为整体。在主桥上部结构的安装过程中，随着钢箱梁的吊装和桥面铺装的完成，索鞍逐步顶推到位，最后割除反力架。
4总结
本文主要介绍了虎门二桥坭洲水道桥主索鞍吊装的关键技术。作为目前国内最重、吊装高度最高的主索鞍，其技术难度较大，通过对塔顶吊架、吊装系统以及吊装工艺等进行设计及优化，各项吊装工作得以顺利完成。在本超重、超高主索鞍的吊装实践中，以下经验可供类似工程借鉴：
①塔顶吊架主桁立柱及主斜撑上设加劲桁片，可有效提高吊架的横向平面外刚度；
②吊装系统采用液压连续千斤顶作为提升动力，其提升过程平稳，提升速度可精准数控，并具备抗扭转功能，不足之处为提升速度较慢；
③塔底处设转放平台及鞍体移运装置，可实现主索鞍构件一次卸船转放完成，且后续不再需要大型浮吊配合就位，具有较高的经济性；
④防扭转限位钢索的应用可有效防止在大风下发生较大偏移以及扭转。
参考文献
[1]姚志安，张建平，田欣.广州珠江黄埔大桥悬索桥主索鞍吊装施工技术[J].世界桥梁，2007（02）：15-17.
[2]屈加林，靖振帅，唐有为.驸马长江大桥悬索桥索鞍吊装施工技术[J].施工技术，2017，46（22）：19-21+57.
[3]喻胜刚，沈良成，牛亚洲，武召奇，张永福.润扬大桥悬索桥索鞍吊装施工技术[J].桥梁建设，2004（04）：21-24.
论文作者:郑波涛1,罗超云1 王晓佳1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/7
标签：吊架论文; 格栅论文; 构件论文; 钢索论文; 塔顶论文; 悬索桥论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;