程敘埕, 段俊鍇, 周 露

(1. 成都興城建設(shè)管理有限公司， 四川成都 610000； 2. 北京場(chǎng)道市政工程集團(tuán)有限公司，北京 100000)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展速度越來(lái)越快，城市的交通壓力也與日俱增，對(duì)城市的通行能力要求也越來(lái)越高，隨之而來(lái)的是越來(lái)越多的立交橋、跨線橋等復(fù)雜的交通建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)始實(shí)施。尤其是在很多城市現(xiàn)行的命脈線上進(jìn)行拓寬改造、新建互通立交以及跨線等建設(shè)，封路及改線繞行等均將帶來(lái)巨大損失，在保障原有道路的更短時(shí)間封閉的同時(shí)如何快速高效且安全可靠的將新建工程完成，是近年來(lái)各大基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施企業(yè)研究的重點(diǎn)。在這一研究背景下，本文以成都市東西城市軸線繞城節(jié)點(diǎn)橋梁第七聯(lián)鋼箱梁為例，結(jié)合周邊環(huán)境、施工條件等因素，系統(tǒng)分析城市復(fù)雜交通環(huán)境中跨越高速路的大跨度鋼箱梁的吊裝技術(shù)，期望積累相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)類似工程提供參考借鑒。

1 工程概況

繞城節(jié)點(diǎn)橋梁全長(zhǎng)2 486 m，總寬度60 m，全斷面跨越繞城高速，最大縱坡4%，最小縱坡0.3%。

橋梁橫斷面設(shè)計(jì)：本跨線橋分為3幅，為20.5 m+19 m+20.5 m=60 m。

橫斷面布置為：3.5 m(花箱)+ 16 m(軸線主道)+6.5 m(公交分隔帶)+8 m(公交車道)+6.5 m(公交分隔帶)+ 16 m(軸線主道)+3.5 m(花箱)=60 m。

斷面效果圖如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)斷面效果圖(單位:m)

其中第七聯(lián)位于跨繞城位置，全長(zhǎng)151 m，共3跨。其位置示意如圖2所示，立面如圖3所示，斷面如圖4所示，工程參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 第七聯(lián)位置示意

圖3 第七聯(lián)立面示意(單位：cm)

圖4 第七聯(lián)斷面(單位：mm)

表1 第七聯(lián)鋼箱梁工程參數(shù) 單位:m

2 施工方案比選

第七聯(lián)2個(gè)邊跨吊裝較為常規(guī)，在此不作分析。主要跨越繞城高速的中跨吊裝復(fù)雜，分片后單片箱梁重達(dá)161 t。目前鋼箱梁施工常用的方法有直接吊裝法、原位提升法、頂推法、滑移法。

2.1 直接吊裝法

直接吊裝法又有單機(jī)吊裝和雙機(jī)抬吊。一般橋梁吊裝中單機(jī)吊裝常采用單臺(tái)大型汽車吊或履帶吊進(jìn)行吊裝，本工程最不利位置為跨繞城部分，單片箱梁重達(dá)161 t，單機(jī)吊裝半徑達(dá)48 m，為避免吊車大臂與繞城碰撞，大臂將超60 m， 800 t以上的超起性能的履帶吊才能滿足吊裝要求，造價(jià)高，設(shè)備利用效率低，吊裝效率低。雙機(jī)抬吊在大跨度的跨線超重吊裝中更常用，常常采用性能相近的2臺(tái)吊車分別站位箱梁兩端進(jìn)行抬吊，這種吊裝方法對(duì)單臺(tái)設(shè)備性能要求大幅降低，吊裝效率更高，安全性更好，造價(jià)相對(duì)較低。

2.2 原位提升法

原位提升法在橋位正下方將整跨鋼箱梁拼裝完成，然后將整跨鋼箱梁整體提升,減少了高空作業(yè)，安全性高，施工便捷，支撐措施較少;缺點(diǎn)是需占用橋位正下方空間，若下方是既有道路，需封閉改道，工期較長(zhǎng)，不適合跨線橋安裝。

2.3 頂推法

頂推法是在橋體一端設(shè)置頂推平臺(tái)，在頂推平臺(tái)上進(jìn)行拼裝，然后在鋼箱梁前端加設(shè)前導(dǎo)梁，最后將鋼箱梁逐步頂推至設(shè)計(jì)原位?？稍诳缇€外將整聯(lián)鋼箱梁拼裝完成，拼裝過(guò)程中不需要占用繞城高速，頂推跨線過(guò)程中需臨時(shí)封閉。對(duì)道路封閉占用時(shí)間短，操作人員在固定的平臺(tái)進(jìn)行施工，安全性高，但是措施量大，技術(shù)要求高，工期長(zhǎng)，造價(jià)高。

2.4 滑移法

滑移法用于鋼箱梁橋梁安裝時(shí)常用的是累積滑移，是在待安裝鋼箱梁橋體下方鋪設(shè)滑移軌道及軌道支撐支架，鋼箱梁一邊拼裝，一邊進(jìn)行牽引在軌道上滑移前行，逐步就位至設(shè)計(jì)位置的方法。操作人員作業(yè)位置相對(duì)固定，安全性較高；措施量大，技術(shù)要求較高，工期較長(zhǎng)，造價(jià)較高，對(duì)繞城高速封閉時(shí)間長(zhǎng)。

幾種常用吊裝方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 鋼箱梁吊裝方案對(duì)比

根據(jù)繞城高速的通行要求，結(jié)合周邊環(huán)境等因素，綜合比較各施工方案，中跨吊裝決定采用方案1，通過(guò)詳細(xì)的吊裝模擬分析，最終中跨采用500 t+400 t履帶吊雙機(jī)抬吊法對(duì)鋼箱梁進(jìn)行安裝。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工總體部署

第七聯(lián)鋼箱梁上跨繞城高速，梁底距離繞城高速限界高度16.6 m，該跨兩側(cè)橋墩距離繞城高速距離分別為9.47 m和11.33 m。此節(jié)點(diǎn)處是一個(gè)3層的道路空間布置，由于繞城高速需保證不間斷運(yùn)行且橋面板上無(wú)法支設(shè)用臨時(shí)支墩，為此，考慮該跨采用長(zhǎng)度65 m的一片鋼箱梁跨越吊裝一次完成。先吊裝2片主箱室并做好固定焊接，后分塊分片吊裝中間橫肋和兩側(cè)懸挑翼緣板。根據(jù)既有地形條件，在架梁場(chǎng)地分別進(jìn)行地基處理和硬化，形成了梁體拼裝、吊車占位區(qū)域的場(chǎng)地條件(圖5)。

圖5 施工總體部署示意

3.2 施工流程

(1)總體施工流程見(jiàn)圖6。

圖6 施工流程

(2)雙機(jī)抬吊部分吊裝流程見(jiàn)表3。

3.3 吊裝工況分析

3.3.1 500 t履帶吊單機(jī)起吊吊裝工況分析

此工況下，鋼箱梁重161 t，吊具及鋼絲繩重量約7 t，吊裝半徑20 m，臂長(zhǎng)54 m，履帶吊額定吊重T=267 t>1.2×(161+7)t=201.6 t，滿足吊裝要求，如圖7所示。

圖7 單機(jī)起吊吊裝分析(單位:m)

3.3.2 500 t履帶吊單機(jī)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件至換鉤位置工況分析

此工況下，鋼箱梁重161 t，吊具及鋼絲繩重量約7 t，吊裝半徑最不利位置為26 m，臂長(zhǎng)54 m，履帶吊額定吊重T=202 t>1.2×(161+7)t=201.6 t，滿足吊裝要求，如圖8所示。

圖8 單機(jī)旋轉(zhuǎn)吊裝分析(單位:m)

3.3.3 500 t吊車脫鉤后，400 t履帶吊單機(jī)抬吊工況分析

此工況下，鋼箱梁一端固定于支架上，履帶吊側(cè)構(gòu)件重力分配值約72 t，支架與履帶吊受力分配計(jì)算如圖9所示。吊具及鋼絲繩重量約5 t，吊裝半徑為44 m，臂長(zhǎng)72 m，履帶吊額定吊重T=104 t>1.2×(72+5) t=92.4 t，滿足吊裝要求，如圖10所示。

圖9 支架與履帶吊受力分配計(jì)算示意(單位:m)

圖10 單機(jī)抬吊吊裝分析(單位:m)

3.3.4 雙機(jī)抬吊就位工況

此工況下，500 t吊車側(cè)吊重分配值約97 t，400 t吊車一側(cè)吊重分配值約64 t，履帶吊受力分配計(jì)算如圖11所示，兩側(cè)吊具及鋼絲繩重量均約5 t。500 t吊車吊裝半徑26 m，臂長(zhǎng)54 m，額定吊重為202 t，雙機(jī)抬吊時(shí)其額定限重量T1=202 t×0.8=161.6 t；400 t吊車吊裝半徑40 m，臂長(zhǎng)72 m，額定吊重為116 t，雙機(jī)抬吊時(shí)其額定限重量T2=116 t×0.8=92.8 t；雙機(jī)總額定限重量Tz=(202+116)×0.75=238.5 t。 500 t吊車一側(cè)T1=161.6 t>97+5=102 t；400 t吊車一側(cè)T2=92.8 t>64+5=69 t；雙機(jī)抬吊Tz=238.5 t>161+5×2=171 t；滿足吊裝要求，如圖12所示。

圖11 履帶吊受力分配計(jì)算示意(單位:m)

3.4 施工精度控制

鋼箱梁在梁段現(xiàn)場(chǎng)吊裝前先對(duì)箱梁中線箱梁總長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)梁段端頭坡口加工情況等進(jìn)行檢查，將所測(cè)量數(shù)據(jù)與梁段匹配工廠預(yù)拼裝階段的數(shù)據(jù)相比較，對(duì)尺寸出入較大的構(gòu)件作好標(biāo)記，及時(shí)給予調(diào)整處理。

在測(cè)量鋼箱梁對(duì)接中心線時(shí)，對(duì)于超出中心線允許偏差范圍的，采用調(diào)節(jié)環(huán)縫間隙和微調(diào)梁段端口方法進(jìn)行處理，修正消除其中心線超差部分。

同時(shí)考慮溫度對(duì)鋼箱梁拼接精度的影響，由于現(xiàn)場(chǎng)工地與工廠預(yù)拼裝時(shí)存在溫差，溫差使梁段產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，最終使箱梁的總長(zhǎng)產(chǎn)生誤差，因此在拼接前，必須先測(cè)量拼接現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際溫度，再與工廠預(yù)接裝時(shí)溫度進(jìn)行溫差對(duì)比，利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出梁段長(zhǎng)度變形量在拼裝時(shí)用間隙調(diào)整方法消除偏差。

經(jīng)檢查中心線和長(zhǎng)度合格后，鋼箱梁對(duì)接接頭組焊工作才能開(kāi)始，拼裝中重點(diǎn)保證焊接點(diǎn)的精度和質(zhì)量以減少焊接變形。

鋼箱梁對(duì)接組焊前，應(yīng)嚴(yán)格按照0.5 mm誤差值微調(diào)處理環(huán)縫間距，同時(shí)調(diào)準(zhǔn)梁段接口處的鋼板對(duì)接平整度，按0.5 mm的錯(cuò)邊誤差值控制矯平調(diào)整對(duì)接處的鋼箱梁外板，校正好后用專用定位碼板點(diǎn)固相鄰梁段。

3.5 卸載

對(duì)支撐架卸載前必須檢查并滿足條件后，方可以進(jìn)行，條件有：

(1)鋼箱梁全橋焊接完成。

(2)各橫向接口的嵌補(bǔ)段施工完成。

(3)無(wú)損探傷檢查完成并100%合格。

(4)在卸載前必須做好每個(gè)支撐架的沉測(cè)變形觀察點(diǎn)，并記錄好沉測(cè)變形初始觀察數(shù)據(jù)，觀察點(diǎn)清楚穩(wěn)固明顯，觀察數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。

拆除順序與安裝順序相反，逐步拆除。

各支點(diǎn)同時(shí)多次卸載，直至支點(diǎn)與鋼箱梁脫空位置，每次卸載量約20～30 mm。卸載用25 t螺旋千斤頂布置于各支點(diǎn)旁約50 mm處，千斤頂頂緊，利用千斤頂代替各支點(diǎn)位置，再拆除支點(diǎn)型鋼，此時(shí)改為全千斤頂支撐。然后在千斤頂頂撐桿上做好標(biāo)記，用卷尺量取每次卸載量。每個(gè)千斤頂一個(gè)作業(yè)人員，統(tǒng)一指令，每步卸載一階卸載量，各支點(diǎn)同時(shí)卸載。一階卸載量完成后，再進(jìn)行二階卸載。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的起拱值，預(yù)計(jì)分4次卸載。

第一次卸載完成后，穩(wěn)定5 min，測(cè)量記錄變形觀察點(diǎn)數(shù)值，比較前后變化量是否與卸載值同步，若不同步則停止卸載，分析后重啟卸載程序；若數(shù)據(jù)變化同步，則進(jìn)入第二次卸載。

第二次卸載完成后，穩(wěn)定5 min，測(cè)量記錄變形觀察點(diǎn)數(shù)值，比較前后變化量是否與卸載值同步，若不同步則停止卸載，分析后重啟卸載程序；若數(shù)據(jù)變化同步，則進(jìn)入第三次卸載。

在第三次卸載后，支架脫空；若此時(shí)因部分位置下?lián)献冃未笥谀M驗(yàn)算的值，可能存在支架尚未脫空的情況，則穩(wěn)定5 min后，測(cè)量記錄變形觀察點(diǎn)數(shù)值，比較前后變化量是否與卸載值同步，若不同步則停止卸載，分析后重啟卸載程序；若數(shù)據(jù)變化同步，則進(jìn)入第四次卸載。如此反復(fù)直至支架脫空為止。

當(dāng)全部支撐架同時(shí)脫空時(shí)，支撐架卸載完成，將最終變形觀察數(shù)據(jù)記錄后，進(jìn)入支架拆除工序。

3.6 安全技術(shù)措施

鋼箱梁懸挑位置的對(duì)接焊接時(shí)距離成渝主道較近，矯正碼口時(shí)產(chǎn)生的火花會(huì)對(duì)成渝主道行車產(chǎn)生影響，采用懸臂工裝架，沿對(duì)接焊縫位置下端滿鋪防火篷布，避免火花濺出影響成渝主道行車安全(圖13)。

圖13 焊接防護(hù)示意

鋼箱梁吊裝就位完成，第一時(shí)間搭設(shè)鋼箱梁四周的臨邊防護(hù)，橋面兩側(cè)永久性臨邊采用鋼管搭設(shè)欄桿或工具式欄桿，鋼箱梁吊裝臨時(shí)端口位置采用生命線拉設(shè)臨時(shí)臨邊防護(hù)。

上下橋面，采用工具式樓梯，附著于混凝土墩柱上，或采用腳手架搭設(shè)上下通道。施工通道的搭設(shè)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)搭設(shè)位置的地基進(jìn)行處理，換填分層壓實(shí)后澆筑2.5 m×2.5 m×1 m C25混凝土基礎(chǔ)。

在箱內(nèi)施工作業(yè)過(guò)程開(kāi)設(shè)必要的施工透氣孔(施工透氣孔大小宜為350 mm×400 mm，孔為近圓形或方形，方形孔四角必須設(shè)置半徑不小于50 mm的圓角)。兩處透氣孔間距14～20 m，相鄰兩透氣孔之間一個(gè)為進(jìn)氣孔，一個(gè)為出氣孔，設(shè)置大功率鼓風(fēng)機(jī)于透氣孔處，以保證箱內(nèi)空氣流通。

3.7 BIM技術(shù)應(yīng)用

應(yīng)用BIM技術(shù)，將吊車和周邊障礙物按1∶1的比例建模后進(jìn)行仿真模擬，真實(shí)還原現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行吊裝碰撞模擬分析、雙機(jī)抬吊吊裝模擬分析以及合龍段數(shù)據(jù)模擬分析，保障現(xiàn)場(chǎng)吊裝安全順利地進(jìn)行。

3.7.1 吊裝碰撞模擬分析

吊車吊裝過(guò)程中需要進(jìn)行起鉤及大臂的旋轉(zhuǎn)以達(dá)到鋼箱梁就位，由于鋼箱梁尺寸大、重量重，設(shè)備為大噸位吊車，現(xiàn)場(chǎng)有臨時(shí)支撐、橋墩以及原有道路等，對(duì)吊車的站位、起鉤及轉(zhuǎn)臂等要求很高，一不小心將會(huì)導(dǎo)致與周邊物體的碰撞發(fā)生不安全隱患，其次箱梁的吊裝順序安排不合理也將會(huì)導(dǎo)致不必要的碰撞發(fā)生。通過(guò)BIM碰撞模擬分析，現(xiàn)場(chǎng)吊車精準(zhǔn)站位，合理安排鋼箱梁安裝工序，避免了因碰撞反復(fù)調(diào)整機(jī)位導(dǎo)致的功效損失，也避免了因工序安排不合理造成的返工損失(圖14)。

圖14 碰撞模擬分析

3.7.2 雙機(jī)抬吊吊裝模擬分析

根據(jù)本文第3.3節(jié)可知，主跨吊裝過(guò)程中存在單機(jī)吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換、單機(jī)向雙機(jī)吊裝轉(zhuǎn)換等復(fù)雜的吊裝工況，此過(guò)程中對(duì)鋼箱梁過(guò)程中落梁點(diǎn)位、支撐轉(zhuǎn)換等要求高，需保證一次完成，操作難度大，對(duì)操作人員的要求高，且沒(méi)有一模一樣的雙機(jī)抬吊工況，雖然安排了有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的操作人員，但還是有很多不可預(yù)料的情況，危險(xiǎn)系數(shù)大幅增加。通過(guò)BIM對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行全真模擬，將整個(gè)吊裝過(guò)程進(jìn)行推演，對(duì)最不利工況的吊車站位和距離障礙物位置進(jìn)行驗(yàn)證，確保了整個(gè)吊裝實(shí)施過(guò)程的安全。同時(shí)對(duì)每個(gè)吊裝步驟進(jìn)行可視化展示，使現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的每一個(gè)人提前預(yù)演每一步驟的操作要領(lǐng)，做到心中有數(shù)。提高了實(shí)施效率，縮短了封道時(shí)間，對(duì)繞城高速的影響降到了最低。

3.7.3 合龍段數(shù)據(jù)模擬分析

通過(guò)本文第3.4節(jié)可知，合龍段的精度要求是相當(dāng)高的，僅靠人工現(xiàn)場(chǎng)把控，難度大，且校正時(shí)間長(zhǎng)。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，先現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)合龍段兩側(cè)梁段端部參數(shù)(保證測(cè)量時(shí)與合龍時(shí)的溫度接近，減少溫度因素對(duì)梁段的影響)，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM模型中，將現(xiàn)場(chǎng)合龍段的實(shí)測(cè)線形數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行對(duì)比分析，確定合龍段的修正參數(shù)，提前在加工時(shí)完成對(duì)合龍部位箱體尺寸的細(xì)部矯正，確保中跨吊裝合龍一次到位，無(wú)需調(diào)整。

通過(guò)精心的技術(shù)準(zhǔn)備和精準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，使重達(dá)161 t的合龍段梁體，在雙機(jī)協(xié)作吊裝方式下，在33 m的高空精準(zhǔn)合龍，平面線形及標(biāo)高參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，整個(gè)施工過(guò)程僅用6 h，在有限的斷道時(shí)間內(nèi)圓滿完成了合龍段吊裝施工任務(wù)，為繞城高速的按時(shí)順利開(kāi)通提供了保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

成都東西軸線繞城節(jié)點(diǎn)橋第七聯(lián)在跨繞城高速安裝過(guò)程中，無(wú)一例安全事故發(fā)生，整聯(lián)全部施工完成僅用了一個(gè)半月，其中鋼箱梁吊裝僅用時(shí)15 d，繞城高速僅兩側(cè)應(yīng)急通道半夜封閉8 h，獲得了一致好評(píng)，取得了良好的社會(huì)效應(yīng)。

市政工程的高架橋一般都會(huì)跨越既有道路、橋梁和既有構(gòu)筑物建設(shè)，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工將面臨極大的施工難題，本文以實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行分析，闡述了直接吊裝法對(duì)類似工程的積極意義，為以后同類橋梁的安裝提供了一定的參考與借鑒，值得推廣和應(yīng)用。