浙江斜拉桥三角形钢塔异型节段平转吊装施工工法(含详细示意图)

'三角形钢塔异型节段平转吊装施工工法1、前言平转施工技术在各种起重设备的吊具设计中应用相当广泛，但起吊重量和高度均较小。随着桥梁事业的发展，桥梁结构趋向复杂化，超大超重构件的吊装越来越广泛，而超大超重构件的平转吊装施工在浮吊船的吊装中应用较多，但其使用条件有所限制。宁波外滩大桥为独塔四索面异型全钢斜拉桥，上塔头TA-9节段重量为347T，为索塔最重吊装节段。因其为异型节段，重量大，船运至现场后，选择适当潮位，将其滑移至钢平台上再通过提升塔提升，空中平转，安装就位。在TA-9的吊装过程中需要空中平转180°，为此宁波外滩大桥项目总经理部自主设计了一套平转系统，顺利完成了TA-9的安装任务。平转吊具构造简单，制造费用低，施工简便。平转施工技术在外滩大桥的应用避免了使用大型浮吊船进行抛锚吊装作业造成航道堵塞的问题，减少了构件安装费用，获得了较好的社会和经济效益。2、工法特点平转吊具主要由扁担梁、临时吊耳、平转轴承和连接滑车组成，提升塔两个提升吊点通过200t临时拉耳与扁担梁连接，临时吊耳中央上下侧布置压力轴承和400t滑轮连接器通过销轴两端螺帽进行联接。平转吊具的转动设计采用卷扬机施加水平力使构件平转，而实际施工时只需人工推动钢构件即能实现平转，施工设备简单，操作简便，即为项目节省了安装费用，又能一次性实现平转和提升就位，简化了施工步骤，降低施工安全风险。有了独塔四索面异型斜拉桥异型节段平转施工工法在宁波外滩大桥的成功应用为各类重大异型构件的平转吊装工程提供借鉴。3、使用范围本工法适用于构件起吊高度大且需要水平平转后方能安装就位的大型吊装工程。在某些特定情况下浮吊起吊高度不足，无法一次性完成完成平转和起吊就位，并且使用浮吊进行平转，吊装费用高，浮吊抛锚定位对航道影响大。设计一套平转吊具简便了施工，节约了成本。4、工艺原理 本工法采用一根高强销轴连接上下两部分，并且上下两部分能通过销轴自由转动，在水平力的作用下即能绕销轴平转。平转过程中，转动轴为整个系统的关键，其竖向荷载达到350吨(TA9+滑轮)，经过计算，采用￠120mm直径销轴作为转动轴(42crmo合金钢)，配套连接螺帽和400t推力轴承。下端连接滑车也通过连接钢箱的螺帽与竖转轴进行联接。4.1平转吊具总体示意图 4.2转动轴结构图5、施工工艺流程及操作要点上塔头节段TA-9空中平转施工，由提升塔两个提升吊点进行提升，采用卷扬机施加水平力，构件绕转动轴平转完成。本工法在外滩大桥上塔头节段TA-9的吊装作业中实现了一次性完成平转和起吊就位，避免了使用浮吊进行平转带来的高额吊装费用和浮吊抛锚定位对航道的影响。5.1施工工艺流程（见图5.1）5.1施工工艺流程5.2上塔头TA-9平转施工步骤及操作要点5.2.1、施工前对提升塔起吊系统的起吊卷扬机工作情况、钢丝绳的磨损情况和各个转向滑轮的焊接固定情况进行检查。设置调平吊索，将塔头节段基本调节至竖直状态（见图5.2.1）。 检查下吊点与TA-9连接的千斤头张紧程度，千斤头与构件连接处卸扣销轴拧紧情况以及卸扣的受力姿态等。起吊塔头节段时，须严格控制塔节段平面位置及姿态，起吊运移尽量平稳，严禁急起急停，并避免出现较大偏心（纵横向歪拉产生竖直倾斜角不超过1.3°）起吊，吊装重物的任何时候，吊点中心不得超出最前排钢管中心。5.2.15.2.2、在Z0a钢箱梁后端设置外挑施工平台，做为塔头TA-9节段转体时的操作平台。提升塔头节段至高出Z0a，将吊车主梁向江东方向滑移，使吊点位置滑移至如图位置（见图5.2.2）。起吊过程中应保持扁担梁处于水平状态，保证提升塔两吊点受力均匀。起吊前后起吊后应对提升塔的压缩和偏位情况进行观测，如超过偏位限值应立即停止吊装作业。 5.2.25.2.3、在扁担梁上施加水平力（大小为7t），水平力朝向上游（反拉力设置于提升塔钢管上），在塔头下端口顺时针作用一力矩，使塔头节段缓慢转动，转过40°角度后（见图5.2.3），使得塔头后斜杆延伸段顺利绕过提升塔钢管。平转过程中应注意平转系统工作情况。塔头后斜杆延伸段即将转到提升塔立柱钢管位置时要随时调整扁担梁的偏拉距离，保证塔头后斜杆延伸段不碰到钢管立柱。5.2.35.2.4、继续在扁担梁上作用水平力，保持塔头后斜杆延伸段与提升塔斜撑 的距离，保证后斜杆延伸段不与提升塔斜撑发生碰撞（见图5.2.4）。5.2.45.2.5、平转过程中，提升塔吊车主梁向江北方向缓慢滑移，同时在塔头节段的顶板上设置朝上游方向的牵引力，以绕过提升塔钢管及前塔柱（见图5.2.5）。 5.2.55.2.6、在反拉力的作用下，同时滑移吊车主梁，将塔头TA-9节段平转至如下图状态（见图5.2.6），利用提升塔起吊至设计位置进行安装。5.2.65.3吊装人员组织前塔头安装时，共分五个作业区：卸船滑移平台作业区、卷扬机起吊作业区、提升横梁纵移作业区、塔吊辅助作业区、提升塔位移观测区；涉及的作业组包括：测量、塔吊、船舶、滑移、卷扬机提升、纵移、转体等；参与单位包括：业主、施工、设计、监理、施工监控、前塔柱加工等。整个吊装过程涉及的作业点与参与单位相当多，需要良好的协调与沟通，同时吊装时必须由有安装经验的调度员统一指挥，避免指令混乱酿成事故。表5.3劳动力组织情况表序号名称单位数量备注1总指挥人1项目经理2技术负责人人1项目总工3现场调度人1工长4技术员人4 5船长人26大副人27船员人108安全人29卸船作业人员1310起吊及提升横梁纵移作业人员人1011平转、偏拉作业人员1412塔吊辅助作业人员413提升塔位移观测411合计人686.材料与设备本工法采用的材料、机具设备见表6.1。表6.1材料、机具设备表序号设备名称规格型号单位数量使用部位1滑车组320t个4提升吊点滑车组2滑车组20t个4调平滑车组3卷扬机20t台4起吊卷扬机4卷扬机10t台4牵引卷扬机5吊具个2TA9节段平转6推力轴承400tφ120mm42crmo合金钢套1TA9节段平转7钢丝绳φ40m500上千斤绳8钢丝绳φ40m200起吊千斤绳9钢丝绳φ36m7000起吊绳、24线10钢丝绳φ22m400牵引钢丝绳11钢结构t80滑移钢平台12转向滑轮φ920个15提升吊点转向13卸扣100t个4提升吊点与节段连接 7.质量控制7.1工程质量控制标准三角形钢塔异型节段平转吊装质量控制主要指标见表7.1表7.1三角形钢塔异型节段平转吊装质量控制主要指标序号项目允许偏差检查频率检验方法1提升塔偏位±200mm不定时观测或每提升10米或吊车横梁纵移全站仪2提升塔压缩量±10mm3扁担梁左右吊点高差±150mm5米/次全站仪7.2双吊点同步控制与保证措施上塔头节段重量大，为保证吊点均匀受力，起吊安装过程应基本保持水平，这就要求提升系统两吊点基本同步。拟采用以下措施：(1)设备选用交流电机驱动，线速度恒定的摩擦式卷扬机；(2)一个起吊点采用两台卷扬机同步提升，保证上塔头节段吊装过程的平稳安全；(3)通过精确测定钢丝绳出入绳长度以反应吊点提升高度，间接来控制两吊点的同步性：当测出四根钢绳出入绳长度相差达到限定值，则说明吊点间出现了高差，此时可用人工控制其中卷扬机开启的方法进行调整。7.3提升塔荷载试验起吊吊点的试验荷载，按最大吊重乘以1.15倍的荷载冲击系数进行计算。上塔头TA9节段重347t，试验总荷载选取为400t（根据实际情况，采用TA8节段加+临时型钢进行加载）。荷载试验在TA-8节段转体完成以后，在其正式吊装之前进行。两个提升吊点同时进行荷载试验，每个吊点试验荷载200t。试验时，提升吊点需完成垂直起吊、滑移牵引和外力偏拉动作，外力偏拉转角1o（按照TA9段梁的安装位置进行控制）,具体试验步骤如下：(1)准备阶段在TA-8节段的四个空余吊耳处分别加载17.5t临时型钢荷载，共计70t 重，以桥轴线为对称轴对称分布，设置外力偏拉卷扬机2台，受力点布置在构件顶板底口处吊耳上，并将提升塔钢绳对称设置于TA-8顶口吊耳上，确保每个吊点荷载为200t。(2)垂直起吊将试验构件整体起吊100mm，停留10分钟，观测提升塔钢管应力变化、钢管沉降情况、转向滑车运转情况及吊车主梁挠度等。(3)滑移牵引使用千斤顶对吊车主梁进行滑移牵引，顺桥向试滑移5~8m。牵引时，注意观察吊车主梁两支点的滑移是否同步进行，观测塔顶处钢管应力变化情况。(4)外力偏拉使用外力偏拉卷扬机，将构件整体往江心侧偏拉2m，停留10分钟，观察两台外力偏拉卷扬机的牵引速度是否同步、构件姿态的变化情况，并观测提升塔偏位与吊车主梁挠度情况。试验过程中，使用全站仪对提升塔的沉降、垂直度、塔顶位移变化情况等进行观测，加强对各节点部位观测和提升塔受力的观测。检查两吊点起吊的同步性、吊点主梁处有无异常形变和声响、提升塔重要节点连接是否牢固等，对试验过程中出现的问题提出针对性措施。8.安全措施8.1、TA-9节段重347t，提升到B6a钢箱梁上后需要进行平转再起吊到60米的高度上进行安装，我部针对TA-9节段重量大，工序复杂，提升高度高的特点制定了专门安全措施计划。8.2、现场施工人员、现场机械设备及现场用电进行统一管理。参加施工的特种作业人员必须是经过培训，持证上岗。施工前对所有施工人员进行安全技术交底。进入施工现场的人员必须戴安全帽、穿防滑鞋，电工、电气焊工应穿绝缘鞋。8.3、前塔柱安装所用提升塔高约90米，虽然拉了缆风绳，但是对风荷载仍然比较敏感，因此六级风以上就停止吊装作业。项目部分派专人收集天气情况数据，并将数据及时传达给吊装指挥人员，以利在灾害天气来临前，做好相关防范措施。 8.4、作业前应对使用的工具、机具、设备进行检查，特别是提升塔螺栓进行全面检查、紧固，确保无安全隐患。8.5、作业时应对塔头节段进行保护，避免操作过程中对成品的损坏。8.6、重点把好高空作业关，工作期间严禁喝酒及打闹，作业必须系好安全带，在特殊施工环境安全带没有地方挂，这时更需要想办法使防护用品有处挂，并要安全可靠。尽量避免立体交叉作业，立体交叉作业要有相应的安全防护隔离措施，无措施严禁同时进行施工。8.7、吊装作业范围内设安全警戒线，非操作人员禁止入内。8.8、起吊过程中有专人指挥，每个联络点必须有对讲机并保持畅通。8.9、在吊装过程中随时观察提升塔的变形，提升塔吊车主梁挠度，栈桥施工平台的沉降，卷扬机及转向滑车的运转等情况，一旦发现异常情况，必须立即停止起吊，并向现场指挥或技术员反应。9.环保措施施工中应注意保护水源，施工垃圾严禁直接倒入江中，保证施工场地整洁。施工机械运转中产生的油污水，采取隔油池等措施处理，不得超标排放。10.效益分析10.1、本工法采用平转吊具一次性实现构件的平转和吊装就位，避免了用大吨位浮吊船抛锚作业对航道的影响，也避免了吊装过程中多次换吊点的麻烦。浮吊施工需要向海事部门申报，耽误工期。10.2、使用平转吊具后避免了繁琐的申报手续，节省了工期，更给项目节约了100余万费用。11.应用实例宁波市外滩大桥三角形钢塔异型节段平转吊装施工。宁波外滩大桥西起大庆南路，向东上跨开明桥北延支路、人民路、中马路，再跨越甬江，过江后上跨滨江大桥、江北东路、向东与曙光路平交。大桥全长约1396m。大桥主桥采用独塔四索面异型斜拉桥，全长337m。跨径布置自西向东为主跨225m+边跨82m+30m。索塔为三角形索塔，主要由前塔柱、后斜杆、水平杆、上塔头四部分组成。 结合工程实际情况，前塔柱采用竖拼竖转法施工，后斜杆采用一端提升一端滑移法施工。根据转体施工初步计算，前塔柱重量为1648吨，前塔柱负转后背索最大拉力为176吨＋283吨，176吨为两边墩共同受力，283吨为两中墩共同受力。后斜杆重量为517吨，提升时提升索受力为260吨，后背索最大拉力为171吨＋265吨。上塔头锚固区为前塔柱的延伸，为斜拉索的锚固区段，采用刚性的单箱四室截面，上塔头内部设有斜拉索的锚箱构造。上塔头TA-8、TA-9节段重量分别为330T、347T，为索塔最重吊装节段，针对其节段尺寸、重量大的特点，采用钢平台滑移提升、平转方案。提前将原前塔柱滑移平台加宽5.5m，布置好滑移轨道和限位装置。 运输船到现场后，选择在适当潮位时，将船慢慢靠近施工栈桥平台，并可靠固定于平台，将设置在运输船上的滑移轨道的一端延伸至栈桥平台前横梁上，通过卷扬机的牵引，将塔头节段像平台方向慢慢滑移，直至塔头节段完全滑移至栈桥平台上。上塔头TA-8节段的吊装需做竖向90°翻身，翻身采用上端口起吊下端口滑移的施工方法；上塔头TA-9节段的吊装先需做竖向90°翻身，之后还需在空中做180°平转。'