浅谈跨航道超高塔架安装及拆除施工技术

浅谈跨航道超高塔架安装及拆除施工技术

商会江耿进军

  中铁六局集团有限公司工程设计院  北京  100080

中铁六局集团广州工程有限公司广州511400

[摘要] 针对南沙港项目跨洪奇沥水道特大桥工程，在桥梁施工过程采用跨越航道采用提升塔架单桁片最大重量为提升塔架分配梁B重12t，作业半径为28.5m； 根据TC8039-25塔吊的技术参数，在80m臂的条件下，作业半径为30m范围内，可吊装12.5吨；在作业半径为30m范围内塔吊可吊装13.17t。

[关键词] 跨越航道；超高 ；塔架；安装；拆除

0 引言

本文介绍了跨越航道的下承式柔性拱桥梁在施工过程中搭设高塔架，介绍了高塔架的安装及拆除的主要施工关键技术，在高塔架安装及拆除过程中需要注意的事项，主要是保质保量完成主桥的施工。

 1 工程概况

DK53+415~DK54+414的洪奇沥特大桥穿越了洪奇沥水道，而桥址水域状况复杂，洪奇沥、上横沥、下横沥及黄沙沥四河在此交汇，本桥在下横沥水道和洪奇沥水道的交汇处下游0.5km公里处跨越洪奇沥水道，其桥梁的轴线方向与水流的流向大约呈72度角。洪奇沥水道河面宽约760m。桥址上游约1.1km、300m、50m分别为上沙岛、下横沥水道与洪奇沥水道的分流口、陆岛沙场。

图1洪奇沥水道桥主桥地理位置图

主墩位于洪奇沥水道中，采用直径3m桩基，最长桩底距水面约80m。承台尺寸采用低桩承台，尺寸均为25.8×18.8×6m，单承台混凝土方量达约3000m³。

主墩承台施工采用双壁钢围堰作为围挡结构，同时作为承台模板使用。墩身为圆端形直墩，尺寸25m×8m。

采用下承式连续钢桁梁柔性拱结构的桥梁上部，其跨度设定为（138+360+360+138）m，整座桥梁的总长度为998.8m米（含两端支座中心线至梁端悬臂段各1.0m及梁端梁缝各0.4m）。钢桁梁桁高16m，桁中心距15.0m，节间布置节间布置（4×13.5+6×14）+（9×14+8×13.5+9×14）+（9×14+8×13.5+9×14）+（6×14+4×13.5）m。在两个主跨的钢桁梁上，加入了柔性拱，其拱肋的矢高为65米（从钢桁梁上弦的中心线开始计算），拱轴线系数m=1.0（二次抛物线）。主桥的纵向坡度是平的，平面位于直线上。

图2洪奇沥水道主桥总体布置图

2 塔吊安全性能研究

提升塔架单桁片最大重量为提升塔架分配梁B重12t，作业半径为28.5m；

（1）根据TC8039-25塔吊的技术参数，在80m臂的条件下，作业半径为30m范围内，可吊装12.5吨；在作业半径为30m范围内塔吊可吊装13.17t。故TC8039-25型塔吊能够满足塔架吊装作业。塔吊作业半径布置图如图3。

图3  TC8039-25 80m臂长性能特性曲线

（2）提升设备安全性能

根据分析分析，拱肋提升荷载F=1.1×458.2=504.0t。每个提升索有两根，则每根提升索承受荷载F提=1/2F=252.0t。拱肋提升段提升采用8台350t型号油缸，提升油缸准备2台液压泵站。

表1油缸性能参数表

预应力钢绞线的直径为15.2mm，抗拉强度达到1860MPa，单根钢绞线的最大承载能力是26t。依据《重型结构全面液压提升技术规定》的规定，钢绞线承受的压力不应超过所需应力的50%，因此，我们选择使用钢绞线：600/26*2≈47根，实际上，每个装拉顶都会配置32根钢绞线，并且左右旋钢绞线会交替配置。综上，提升设备满足拱肋提升作业要求。

表2提升设备表

（3）提升塔架安装关键技术

1）总体安装关键技术

提升塔架安装关键技术：大节段整体安装+散件吊装安装。当桥面吊机退步安装完成Z6拱肋支架及拱肋时，桥面吊机进行提升塔架大节段安装（F、E、D、C段），提升塔架安装完成后，桥面吊机逐节间退步，进行剩余拱肋支架及拱肋的安装。A、B段及分配梁利用塔吊散件吊装安装，当风力超过6级时，安装缆风绳，其中小里程侧杆件通过栈桥汽车运输到待吊装位置，利用桥面吊机、塔吊吊装安装；大里程侧提升塔架C、D、E节段，由工厂制造通过驳船运至吊装区域，利用桥面吊机、塔吊吊装安装。

提升塔架拆除关键技术：拱肋提升合龙完成后即可拆除提升塔架，拆除时先用塔吊拆除钢绞线与千斤顶等提升设备，再采用塔吊对提升塔架的自上而下的分段拆除，最后利用浮吊拆除下部基础结构。

2.施工准备

（1）提升塔架的运输

运输概述：

小里程侧提升塔架C、D、E阶段由平板车运输进场，利用桥面吊机卸车至栈桥上、进行构件翻身后运至吊装区域。A、B阶段及分配梁为散件汽运进场，运至吊装区域进行安装。

大里程侧提升塔架C、D、E阶段由运输船舶运输进场，利用桥面吊机卸车、翻身后放置平板舶上，通过平板舶运输至C、D临时墩处待吊装；A、B阶段及分配梁为散件汽运进场，利用大里程侧提升站提升，通过运梁小车运输至待吊装位置。

图4提升塔架大节段翻身示意图

运输装置：

提升塔架节段宽度7000mm，倒运时需在运输机械上设置运输胎架如图4，运输胎架采用20a热轧普通工字钢制作，其上设置抄垫限位块，运输过程中加设钢丝绳倒链捆绑加固，保证运输过程中稳定性。

图5胎架运输示意图

图6散拼件运梁小车运输示意图

（2）爬梯设置

作业爬梯及平台：

为便于提升塔架的安装、焊接，设置作业爬梯、休息及作业平台，便于工人的上下通行。

在提升塔架节段吊装安装前，将爬梯及作业平台焊接安装完成，其中爬梯踏步用φ16圆钢弯曲与钢管焊接，外部利用2mm钢带制作护圈，并在钢立柱法兰连接处下1.2m位置及散拼焊接下1.2m位置设置一道2500mm*2500mm休息平台。

分配梁操作平台设置：

分配梁操作平台在分配梁上利用L50*50*5角钢及φ16圆钢设置，中间利用花纹板铺设。

图7分配梁上操作平台及栏杆

3.提升塔架安装

（1）安装工艺步骤：

步骤一：桥面吊机安装完成Z6支架及Z6支架上拱肋节段后，利用驳船将提升塔架F节段的钢立柱运输到待吊装位置，在临时墩分配梁上测量划线，利用桥面吊机安装并与临时墩分配梁焊接牢固。

图8提升塔架安装步骤一

步骤二： 利用桥面吊机整体吊装待安装区域提升塔架E节段构件，施工人员通过作业爬梯上至作业平台上进行钢立柱对位螺栓连接。（小里程侧利用栈桥进行翻身、大里程侧通过驳船进行翻身并运输至待吊装区域）

图9提升塔架安装步骤二

步骤三：利用桥面吊机整体吊装待安装区域提升塔架D节段构件，施工人员通过作业爬梯上至作业平台上进行钢立柱对位螺栓连接。（小里程侧利用栈桥进行翻身、大里程侧通过驳船进行翻身并运输至待吊装区域）

图10提升塔架安装步骤三

步骤四：利用桥面吊机整体吊装待安装区域提升塔架C节段构件，施工人员通过作业爬梯上至作业平台上进行钢立柱对位螺栓连接。（小里程侧利用栈桥进行翻身、大里程侧通过驳船进行翻身并运输至待吊装区域）

图11提升塔架安装步骤四

步骤五：利用塔吊分桁片安装提升塔架B节段构件,施工人员通过作业爬梯上至作业平台上进行钢立柱对位螺栓连接及连接系焊接。

图12提升塔架安装步骤五

步骤六：利用塔吊分桁片安装提升塔架A节段构件,施工人员通过作业爬梯上至作业平台上进行钢立柱对位螺栓连接及连接系焊接。

图13提升塔架安装步骤六

步骤七：利用塔吊分桁片安装提升塔架A节段连接系,施工人员通过作业爬梯上至作业平台上进行钢立柱对位螺栓连接及连接系焊接。

图14提升塔架安装步骤七

步骤八：利用塔吊分桁片安装提升塔架分配梁,施工人员通过作业爬梯上至作业平台上进行分配梁进行安装、焊接

图15提升塔架安装步骤八

步骤九：利用塔吊进行分配梁上液压提升系统、检查梯及缆风绳锚固的安装。

图16提升塔架安装步骤九

图17提升塔架现场安装图

（2）连接方式

主管法兰连接：

提升塔架与临时墩分配梁之间进行焊接固定，提升塔架整节段之间通过法兰盘连接，散拼桁片之间进行焊接连接，提升塔架分配梁A的节段A与节段B之间通过螺栓连接，分配梁A与分配梁B之间为焊接连接。法兰结构图与栓接连接结构图如图4-84所示。

图18提升塔架法兰盘结构图

图19分配梁A栓接接头图

连接系焊接连接：

提升塔架连接系为焊接,整节段在制造时焊接，A、B散拼段在高空现场焊接。

图20连接系连接方式图

与钢桁梁的连接设置：

提升塔架与钢梁为铰接，通过销轴连接为稳定结构。

图21提升塔架与钢梁连接示意图

塔架连接系设置：

提升塔架安装时，同步安装横向连接系。但拱肋提升时，提升塔架中间连接系需打开，便于拱肋的提升施工。开、关连接系的结构示意如下。

图22提升塔架连接系示意图

（3）提升塔架缆风绳施工

根据设计图纸要求，缆风绳采用Φ56纤维芯钢丝绳，规格为6×37S+FC，单束长135m，公称抗拉强度1870MPa，单束缆风绳破断拉力为194t。

每个提升塔架采用两根缆风绳，临时墩A、D处提升塔架缆风绳固定在A10、A23节点处，临时墩B、C处提升塔架缆风绳固定在A23、A36节点处。

单根缆风绳重量为1.5t，采用塔吊施工。在提升塔架分配梁肋板上开φ100mm圆孔，孔周设2块环形加劲板，利用塔吊将栈桥上放置的缆风绳一端提升到待安装位，通过50t U型卡环穿φ100mm圆孔将缆风绳固定提升塔架分配梁上，缆风绳另一端通过50t U型卡连接转换结构，利用100t穿心千斤顶45t力张拉转换结构上的4个φ15.2钢绞线，待转换结构到达预定位置穿入销轴，放张千斤顶，保证缆风绳张拉力不小于40t。

图23提升塔架缆风绳固定示意图

图24上弦杆上缆风绳固端示意图

4.2.4提升塔架拆除关键技术

1.总体拆除关键技术

拱肋提升合龙完成后，提升塔架与其他结构不受力的状态下即可拆除提升塔架，拆除时用塔吊拆除钢绞线与千斤顶等提升设备，后进行提升塔架的自上而下分段拆除施工。拆除施工中单层结构先进行上游侧提升塔架拆除，后进行下游侧塔架拆除，塔吊随拆除进度自上而下下降，塔架拆除完毕后拆除水中临时墩。小里程侧塔架拆除的散件吊装至栈桥利用汽车倒运；大里程侧拆除的散件利用驳船倒运。

2.提升塔架拆除步骤

步骤一：提升塔架顶部设备及平台拆除

提升塔架顶部设置了提升设备和施工平台，先进行设备和平台的拆除。

在两组分配梁之间的X型连接系上放置了两个分配梁大平台，大平台上焊接了吊点，塔吊可直接将大平台用钢丝绳吊住，再用火焰切割掉相应焊点。塔吊就可直接吊到栈桥或者平板船上。

图25步骤施工简图

步骤二：分配梁的拆除

分配梁拆除先，先拆除两个分配梁之间的X型连接系。分配梁X型连接系是镶嵌在两组分配梁之间的，所以分配梁X型连接系需用火焰切割、散拆。

每组分配梁可以分为上游侧节段A为一吊，剩下的节段A和节段B为一个整体吊装。其中上游侧远离塔吊的那组节段A的吊装中心距离塔吊中心约为27米，根据图4-92可以得出该吊装重量为13吨，大于节段A的重量。剩下的节段A和节段B组成的整体的吊装中心距离塔吊中心约为14米，根据图4-92可以得出吊装重量为25吨，大于节段A和节段B重量之和。首先解掉上游侧节段A与节段B之间的高强度螺栓与拼接板，先吊单独的节段A，然后吊节段A与节段B的整体。同理，靠近塔吊的一组分配梁也可以用相同的关键技术拆除。

步骤三：横向连接系拆除

两片横向连接系中的最远吊距约为18米，塔吊在该吊装距离的吊重约为21吨，远大于单片的横向连接系，所以横向连接系只需按照相应顺序先后拆除。

图26步骤三施工简图（一）

步骤四：提升塔架A～E段拆除

提升塔架A-E段拆除时，每一层先拆除上游侧，后拆除下游侧。

下游侧的支架距离塔吊吊装的最远距离为12米，在该吊距内塔吊可以吊25吨，所有的支架中最重的为支架为支架D,单重为35吨，因此所有的支架可以用一分为二的关键技术拆除。首先把所有的过道单独吊出，然后把用塔吊吊着吊篮把支架的连接系管桩从中间割断，接着把塔吊吊住支架的一半，解掉下一层支架与之连接的高强度螺栓。

上游侧的支架距离塔吊吊装的最远距离约为27米，在该吊距内塔吊可以吊13吨，所有的支架中最重的为支架为支架D,单重为35吨，因此所有的支架可以用一分为四的关键技术拆除，使一根支架的主管带一片支架连接系。首先需要把所有的过道拆除，然后用塔吊吊着吊篮割与第一根主管相连的连接系，接着割与第二根主管相连的连接系（非第一根主管和第二根主管之间的连接系），最后用塔吊吊住第二根主管，解掉第二根主管的相应的高强度螺栓，就可以吊出第二根主管和一片连接系。重复以上步骤进行A～E段拆除

图27步骤四施工简图（二）

图28步骤四施工简图（三）

图29步骤四施工简图（四）

小里程侧需要用一台平板车与一台50吨的汽车吊配合，把拆下来的材料倒运到后场去。大里程侧需要用一艘平板船、一台平板车和一台50吨的汽车吊配合，把拆下来的材料倒运到后场去。

步骤五：拆除塔吊

提升塔架拆除过程中，塔吊自上而下进行下降，塔架全部拆除完毕后，小里程在栈桥上利用50t汽车吊拆除塔吊，大里程利用小型浮吊进行塔吊的拆除施工。

图30步骤五施工简图

4 结论

本文主要以根据南沙港铁路跨洪奇沥水道特大桥施工为实例，通过现场的施工情况及特殊结构的施工，采用了跨越航道超高塔架施工柔性拱钢桁梁，在主体施工前对塔架进行安装，施工完毕后对塔架进行了拆除工作，本文简析了跨越航道超高塔架安装及拆除的施工过程，并在保证安全的前提下完成了整个施工过程。

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