双机抬吊在钢桥安装中的应用

双机抬吊在钢桥安装中的应用

张体彪

中铁隧道股份有限公司450001

摘要：新时期下，我国建筑行业发展迅速，尤其桥梁工程方面，工程数量不断增多，规模也在日益扩大。但在工程建设过程中，无论是施工环境、结构特征，还是施工周期、安全规范、经济效益，均对吊装技术提出较高要求。因此，为促进施工效率和质量的提升，需要强化对先进技术的利用。双机抬吊技术在钢桥安装中的应用，不仅可以加快施工进度，还能满足安全施工标准。鉴于此，本文主要围绕双机抬吊展开，以厦门市轨道交通2号线五缘湾站施工为例，深入探究该技术在钢桥安装中的应用。

关键词：双机抬吊；钢梁吊装；结合地铁车站

0引言

厦门市轨道交通2号线五缘湾站位于环岛干道与钟宅路交叉口，为2号线与3号线的换乘站。五缘湾跨线桥沿环岛干道上跨钟宅路，桥桩基位于五缘湾站主体结构范围内。地铁车站施工前，先拆除原有预应力混凝土现浇连续箱梁跨线桥，车站主体施工时，同步完成桥墩施工。还建桥梁主体采用钢箱梁，工厂制造，待车站结构封顶后再进行现场安装，恢复原貌。

1工程概况

地铁设计方案中，既有环岛干线跨钟宅路高架桥基础均与地铁结构相干扰，在地铁结构施工前需要拆除全部高架桥，在地铁车站主体结构施工时，同步完成桥墩施工。重建桥梁上部结构采用钢箱梁，具有工厂制造，现场组合拼装，施工周期短、结构自重轻等优点。

五缘湾跨线桥为厦门市城市快速路组成部分，沿环岛干道方向走向，位于厦门市环岛干道与钟宅路交叉口，桥梁上跨钟宅路。北起安岭路与环岛干道T字交叉口，自北向南沿环岛干道至钟宅村口公交车站与市政道路衔接。

1.1桥梁设计

（1）平面设计

重建桥梁结合桥梁平面与五缘湾车站的平面位置关系，同时结合车站内柱网的布设情况，本着桥墩与车站立柱对应设置的原则，重建桥梁跨径布置如下：（22.240+32.188+25.567）m+（28.772+46.636+31.076）m+（25.010+33.201+ 30.0）m，全桥共设三联九跨，桥梁全长为280.19m，上部结构采用钢结构连续箱梁，钢梁材质均为Q345qD桥梁专用钢，系全焊结构。下部结构采用花瓶墩、薄壁台，钻孔灌注桩基础。重建桥梁宽度为0.5m（边护栏）+8.25m（行车道）+1.0m（中护栏）+8.25m（行车道）+0.5m（边护栏）=18.5m，上跨钟宅路桥跨桥下净空＞5.0m。

（2）钢梁横断面设计

桥梁截面采用单箱双室斜腹板断面，箱梁中心高为2.0m，箱梁底板水平，顶板沿箱梁中心线弯折，设横桥向双向1.5%横坡，顶板宽度为18.5m，底板宽度为8.58m，悬臂长度为4.96m。

1.2工程特点

1.2.1周边管线情况

根据施工图纸及现场实际情况，在五缘湾地铁施工为明挖车站，探明及根据市政部门提供管线已全部移除改迁。

1.2.２周边道路现状与建构筑物

桥梁恢复工程为五缘湾站第四期交通疏解期间重点工程，五缘湾站第四期交通组织模式为环岛干道直行畅通，钟宅路右进右出。周边有国贸润园、亿力·悦海、钟宅畲族社区安置房等高层住宅小区及红星美凯龙商业家具城。

1.2.3施工重点难点

（1）钢箱梁线型控制精度高：钢箱梁为曲线（连续）梁，在制造和现场拼装时需要同时保证梁段平曲线、竖曲线及横坡变化影响，本桥制造精度要求高，控制难度大。

（2）钢箱梁架设难度大：项目位于厦门市环岛干道与钟宅交叉路口，环岛干道为城市快车道，交通量大，施工作业时间段交通管制措施要求高。钢箱梁位于五缘湾地铁站上方，地基承载力要求严格，常规吊装工艺受到制约，如何在不影响工期的前提下，完成本项目的施工是本项目的一个重、难点。

2钢桥制造

本钢箱梁共3联9跨，在对每联钢桥梁制作前，都必须结合现场安装条件，认真分析，进行运输及吊装单元分块。在构件满足运输、吊装就位的前提下，尽可能运输及吊装单元几何尺寸大，对称分块，减少现场安装、焊接工作量。

2.1原设计梁段划分

钢箱梁共3联9跨，原设计将梁段划分为60节段，分为墩顶段、匹配段、挑臂横梁三种形式。其中第一联分为20节段（墩顶段4段、匹配段8段、挑臂横梁8段），第二联分为20节段（墩顶段4段、匹配段8段、挑臂横梁8段），第三联分为20节段（墩顶段4段、匹配段8段、挑臂横梁8段）。

本工程最大跨为第二联第五跨，长46.636m。墩顶段为K节段（4#桥墩）、N节段（5#桥墩）。

2.2原设计运输及吊装单元

最重件：MZ1—高×宽×长（mm）=2000*6510*21541—重量（kg）=90519.7

3钢桥安装方案（施工工艺技术）

为满足施工进度及质量要求，钢箱梁采用场内预制加工的方式，出厂前验收合格后，分节段拆解运输至现场进行吊装、焊接。

3.1施工准备

（１）项目开始前，完成人员调整、资源调谴、并于开工前确保实施就绪。

（２）技术负责人向全体施工班组进行技术交底，实行严格工艺纪律，杜绝违规作业。项目经理强调各岗位人员职责及分工任务，确保梁段的场内吊装、运输、桥位吊装、落梁就位等均能协调一致，保证梁段安装作业有序运作。

（３）组织施工人员对施工现场的周边环境、大型构件运行线路进行再勘察。对桥梁及弯道的通过能力进行再确定，以保证运输作业能顺利进行。

（４）向政府机关职能部门办理超限运输许可证。

（５）吊装前对吊机、钢丝绳、卸扣、吊耳等施工设备的规格和质量再逐一认真检查。

（６）经现场探明吊装作业区域无架空线路，路灯照明情况良好。

（７）依据提供的地下管线图并结合现场对吊装有影响的区域进行保护。

3.2钢梁运输方案

3.2.1运输车辆的选型

根据钢箱梁的重量、外形尺寸和运输道路环境，委托交运大件起重运输公司承担钢箱梁的运输任务。主梁运输工具为重型牵引平板车，既要满足沿途桥梁和道路的轴载要求，同时也要满足运输过程中的机动性要求。运输安排在夜间进行，运梁车进入施工现场行驶至吊机作业半径内停车。本工程选用5台斯太尔王320马力牵引车同时配备与钢箱梁块相匹配的平板车为载运工具。

3.2.2运输车对地压力计算

半挂车 6 轴共 22 个轮胎,每个轮胎接地面积约 0.15m2，

则 22*0.15=3.3m2

则 F=1.1*（20+90.5）*9.8/3.3=361kPa

3.2.3钢箱梁分节段运输安排

本工程主线桥运输路线：翔安旧机场→民安大道→翔安大道→翔安北路→滨海西大道→集美大桥→环岛干道→施工现场。

（1）本工程最大高度为2米，运梁半挂车加枕木高度为1.6米，总高度为3.6米。实地考察此线路限高为4.5米，本运梁车在此线路上均能运输。

（2）梁段运输装车时，将枕木放置于梁段腹板位置下方放置运输过程中梁段变形。

（3）运输线路情况：主梁运输沿途桥梁设计荷载质量和空间高度应符合运输钢箱梁的要求。运输前应进行路线调查，确保运输过程不会超高、超宽、超长后方可进行运输。

（4）运输时由车辆开道，紧接指挥车辆、运梁车辆、一台25t吊车随后，必要时弯道处可协助处理。

（5）运梁车辆必须悬挂红灯和超长警示标志，车辆行走时速控制在直线行驶30km/h以内，转向行驶5km/h以内。

（6）场地进出口要有专人指挥，并设立明显标志。

（7）运输前施工现场做好相应的施工准备措施。钢梁运输时在车箱上设置枕木，钢梁搁在枕木上，设置枕木时应使钢梁尾部高于头部，而且钢梁尾部不应悬挑太长，应控制在6m范围内，为防止钢梁侧向移动，还应在钢梁两侧与车箱之间加焊连接板，使钢梁固定在车厢上不能产生位移，然后将钢梁用倒链与车厢绑紧。

3.2.4运输时间的安排

运梁时间选在晴朗天气，避免恶劣天气对运输、吊装作业的影响。运梁时间避开车辆、行人高峰期。

钢梁运输在夜晚进行，22：00于工厂出发，次日1：30左右达到施工现场。由于钢梁超长、超宽，因此在运输时应设置信号灯，运输前应将运输方案报交管局审查，运输时请交管局协助开道、引车及封路，以保证钢梁安全、及时运到现场。

3.2.5运输安全措施

（1）由于运输的部件为超宽超长部件，因此应上报交警部门审批。必要时必须进行分段的道路临时封闭。

（2）梁块装上运输车辆后，梁段与车板间放置枕木或木条防滑，并应根据梁块的外型特征，重心点平稳放置在车板上不得出现单边倾覆现象，放置平稳后合理选择捆扎点，用4个3吨葫芦捆扎加固，在确认捆扎牢固后，才能起运。梁块装车后进行限高检查，高度不得超过4.5米，并避免前后高低不一致而造成高的一端超过限高高度。

（3）在运行过程中，车辆应保持匀速行进，运输过程中避免出现车辆急刹，防止梁段出现前冲现象。由于梁块超长、超宽，宜选择转弯半径大的线路行驶，同时运输车辆的前后应有引路车和监护车随行。

（4）运输前夕再次对道路进行勘察，确保路线的可通行性。运输过程前后安排引导车协助警戒。

（5）在运输之前，制定好各个块件的装车方向，防止到达现场后因方向不对而无法调头。

4钢桥现场吊装

4.1安装流程

从第三联钢箱梁开始吊装施工，第一联紧随开始施工，之后根据第三联、第一联施工进展情况，开始第二联的吊装施工，建设施工总工期约240天。

4.2钢梁吊装方案

钢梁第一联、第三联在制造完成后，均可按施工安排，顺利完成构件吊装施工。

钢梁吊装的难点在第二联施工。

钢梁吊装的难点分析：

（1）第二联位置为五缘湾站车站主体结构中心位置，吊车布置位置距安装位置距离较远，同时。吊装时运输车停放在已施工结构物上，必须满足地基承载力要求。

（2）吊装构件分块尺寸较大，重量较重。

（3）构件分块临时支架安装高度大，稳定性要求高。

结合钢梁吊装的场地，进行吊装设备选择，分析安全经济可行方案，调整第二联钢梁制造、运输分段。

第二联原设计分为20节段（墩顶段4段、匹配段8段、挑臂横梁8段），最重件：MZ1—高×宽×长（mm）=2000*6510*21541—重量（kg）=90519.7

调整后分为22节段（墩顶段4段、匹配段10段、挑臂横梁8段），最重构件：OZ1—高×宽×长（mm）=2000*6510*22118—重量（kg）=82596

4.2.1吊装前准备工作

（1）钢箱梁起重吊装前，仔细检查每个墩顶支座的位置与设计是否相符，并仔细复核墩顶支座标高，对墩顶支座必须严格检查后才能吊装钢箱梁。

（2）每次吊装吊车站位的地基承载力均进行复核确认。

（3）准备好所需的吊具、吊索、钢丝绳、电焊机及劳保用品，为调整构件的标高准备好各种规格的铁垫片。

4.2.2临时支架

（1）第二联支架选型

根据施工现场的实际情况，拟选用Ø609焊接钢管、2I63a双拼工字钢及[20槽钢组合支架，并采用200*250*12的矩形截面钢板做调节支墩，横梁与立柱焊接连接，系杆与立柱满焊连接最小角焊接6mm。根据支架定位和临时支点位置，钢管主要承受轴向压力。根据计算选用Ø609*16的钢管轴向力可满足最不利条件下的承载力。根据支架长细比的验算，支架侧向支撑的间距不大于5m均可满足要求。（选用软件为清华大学土木结构力学求解器（Structural Mechanics Solver，简称SM Solver）分析上部分配横梁反力和弯矩及剪力。力学计算式根据《GB50017-2003钢结构设计规范》选用计算式计算。

（2）支架布置

临时支架布置原则：均位于梁段纵向分界处，分段焊缝两端腹板和隔板交叉位置。

（3）临时基础

临时基础采用C30钢筋混凝土结构，根据不同基础位置，共分3种基础形式：1.5*1.5*0.3、1.5*3.0*0.3、12*3.0*0.3。

（4）支架验算

按MZ2+MZ1+MY1+MY2：29.4t+90.5t+79.7t+29.2t为两段相邻主梁最大重量为最不利位置 ，钢梁按5个支点考虑。

横梁受集中荷载为：

F1=(MZ2+MZ1+MY1/5)*9.8=391.2KN

F2=(MZ1+MY1/5)*9.8=333.6KN

F3= (MZ1+MY1+MY2/5)*9.8=390.8KN

1.调节支墩采用200*250*12的矩形截面，上下采用端封板焊接封闭。

(f钢材的抗弯强度；An钢管净截面积)

δ=391.2KN/10800mm2=36.2MPa≤f=210MPa

2. 截面形式HM300*150*6*8双拼工字钢，材质Q235B。

1）横梁正应力校核：

δ=391.2KN/50000mm2=7.8MPa≤f=210MPa

2）横梁剪力校核：

由于32a双拼工字钢在受剪力时，大部分剪力由腹板承受，且腹板中的剪力较均匀，因此剪力可近似按计算。为腹板承载接触宽度为300mm，为腹板厚度9.5mm。

=391.2KN/（2*300mm*9.5mm)=68.6MPa<=120MPa

3）立柱轴力校核:

立柱采用φ609*16的圆管，材质为Q235B,按轴心受压构件进行强度校核：

(f钢材的抗弯强度；An钢钢管净截面积)

δ=391.2KN/15072mm2=25.96MPa≤f=210MPa

强度校核满足要求！

1）长细比验算:

圆管柱截面双轴对称：

（允许长细比）

（l为计算长度，i为截面回转半径，查表可得i=14.78cm）

为增加稳定性最大计算长度计算长度取l=500cm;

λ=l/i=500cm/14.78cm=33.8<150

长细比校核满足要求！

2）整体稳定性校核:

单个支墩的最大压力为N=391.2KN,按轴心受压杆件进行稳定性校核：

(f钢材的抗弯强度；ψ轴心受压杆件的稳定系数，A截面面积)

查《钢结构设计规范》GB50017-2003附录C表C-1可得：ψ=0.989

δ=391.2KN/0.989*15072mm2=26.2MPa≤f=210MPa

整体稳定性验收满足要求！

3）基础验算：

单个钢管撑最大受力391.2KN,基础混凝土采用C25现浇钢筋混凝土条形基础宽度为1.5米。

混凝土墩的承受的压力为：

P1=Fmax /A1=391.2KN/(0.9*0.9)m2=0.483Mpa<20Mpa，混凝土基础满足抗压要求。（A1为预埋板与基础接触面积）。基础尺寸为1.5m*3m。按60°扩散角单根柱子的承载面积约为1.5*1.5m。

地基最大承载力验算：

P1=F2/A2=391.2KN/(1.5*1.5)=173Kpa（A2为基础面积）

支架位置地面承载力应大于173kPa.

4. 3第二联吊车选型验算

（1）单台400吨吊车施工方案(备用方案500吨汽车吊)：

（1）单台400吨吊车施工方案(备用方案500吨汽车吊)：

本工程墩顶段吊装最重梁段第二联I节段，重量为81.7吨

吊装重量估算：

Gj=KG0

式中：G0---被吊物的重量，81.7t+钢丝绳、吊钩等重量3t=84.7t；

K---动载系数，K=1.1。

Gj=KG0

                =1.1×84.7

                =93.17t

（2）双台500t+350t双机抬吊施工方案：

4#-5#墩因现场工况比较不利，吊车作业半径较远（靠近4#墩吊车作业半径为24.5米，靠近5#墩吊车作业半径为20米），考虑双击抬吊，需抬吊梁段为L2Z1节段，重量为61.5吨，长度为14.2米。双机抬吊时，按吊车性能表中额定起重量80%进行计算（取不均匀系数K2=1.25，与吊车性能表中额定其中重量降为80%进行计算一致）。

①最重梁段

经进一步梁段划分，原设计最重梁段由第二联匹配段MZ1节段（90.5t）调整为第二联匹配段OZ1（82.6t），考虑吊装工作需求，需保证吊车的作业半径R为9.5米（9-10米间作业半径的吊装性能查吊车性能表能满足作业要求），起重高度为13米（臂长18.3米满足本次作业要求），梁段长度L为21.5米，吊车打腿需12米，则吊车间距K=13.54（>9.5米），为方便起吊，运输车辆可直接倒车至两个吊车之间进行起吊。避免吊臂相碰，两台吊车需由专业司索指挥协同作业。

②最不利梁段

最不利工况梁段为第二联挑臂横梁MY2节段，重量为29.3t，考虑现场条件，需保证吊车的作业半径R为9.5米，起重高度为13米，梁段长度L为12.5米，因吊装梁段重量为30.3t，工作半径在18米内，臂长31.3米，吊装重量为33.5t能满足本次作业要求，结合现场实际情况，考虑吊车站位。

4.4吊车站位

根据现场施工场地条件，为了更高效的完成吊装施工，从预制加工厂运输到架设现场施工，可节省转运时间和安放场地。采用大吨位汽车吊起重的方式，将梁段直接吊装到位组拼。五缘湾站周边现状交通组织平面布置详见图4.4.3-1.

（1）第二联吊装

①第二联选用两台400t的汽车吊进行第一阶段按KNIP进行墩顶段吊装，吊机作业半径为12m;第二阶段选用500t+350t汽车吊按照JZ1JY1LZ1 LY1MZ1MY1OZ1OY1进行匹配段吊装，吊机作业半径为9.5m~12m。第一二阶段400t、220t吊机摆位布置图详见图4.4.3-8

5钢桥现场验收

5.1钢梁安装验收

5.1.1吊装前验收内容及标准

表1吊装前条件验收

5.1.2焊缝质量验收内容及标准

1）首次焊接之前必须进行焊接工艺评定试验。

2）焊工和无损检测员必须经考试合格取得资格证书后,方可从事资格证书中认定范围内的上作,焊工停焊时间超过6个月，应重新考核

3）焊接环境温度,低合金钢不得低下5℃,普通碳素结构钢不得低于0℃。焊接环境湿度不宜高于80%

4）焊接前应进行焊缝除锈,并应在除锈后24h内进行焊接。

5）焊接前,对厚度25mm以上的低合金钢预热温度宜为80~120℃,预热范围宜为焊缝两侧80mm

6）多层焊接宜连续施焊,并应控制层间温度。每一层焊缝焊完后应及时清除药皮、熔渣、溢流和其他缺陷后,再焊下一层

7）钢梁杄件现场焊缝连接应按设计要求的顺序进行。设计无要求时,纵向应从跨中向两端进行, 横向应从中线向两侧对称进行。

8）现场焊接应设防风设施,遮盖全部焊接处。雨天不得焊接,箱形梁内进行C02气体保护焊时必须使用通风防护设施。

6结语

4.3.7.1梁段分段参数

根据吊装及运输条件，将整体钢箱梁划分成60个节段进行运输

在第二联钢箱梁吊装之前，５＃＼６＃桥墩均已在五缘湾站主体结构施工完成后，同时，临时支架Ｚ１１已同步完成。

图1   6#桥墩位置桥梁与车站结构横断面

临时支架Ｚ１１位置处于5#桥墩与6#桥墩位置中间，为整个车站基坑最深处，其中2个支架需搭设20多米。为本工程桥梁施工重点。

为确保MZ1构件双机抬吊顺利实行， 2号线小里程与3号线大里程交叉点布置1台吊车，2号线大里程与3号线大里程交叉点布置1台吊车，2台吊车都处在实体结构开挖边缘，可满足吊装吊车稳定性要求。

参考文献：

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