孫業(yè)發(fā)，張乃受，蔣健，胡明方，馬云杰

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002；2.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

科技發(fā)展水平日新月異，跨海橋梁建設正向裝配化、大型化、標準化方向發(fā)展[1]，裝配化程度越來越高。從箱梁節(jié)段拼裝、墩柱預制拼裝發(fā)展到港珠澳大橋大型承臺及墩柱預制安裝[2]、鋼箱梁整跨加工安裝[3]。部分項目，因毗鄰機場等原因，施工區(qū)域有限高要求，影響大型船舶使用，增加了裝配式結構施工難度。本文以廈門第二東通道跨海橋梁為例，介紹限高條件下裝配式跨海橋梁吊裝工藝研究。

1 橋梁結構選型

廈門第二東通道跨海橋梁全長2.91 km，通航孔橋與引橋均為多跨連續(xù)鋼箱梁橋。該項目位于中華白海豚保護區(qū)，環(huán)保要求高[4]；早晚高峰進出廈門島交通擁堵，盡快建好該項目意義重大。基于環(huán)保、工期、質量等因素考慮，該項目借鑒港珠澳大橋經(jīng)驗，選用裝配化程度高的承臺及墩柱預制安裝、鋼箱梁整跨加工安裝結構。采用該結構施工工期2.5 a，工期優(yōu)勢明顯；大部分橋梁建設任務在廠房內完成，標準化程度高；承臺及墩柱安裝、鋼箱梁安裝占用海域時間非常短，對海洋環(huán)境影響?。槐窘Y構不需要海上棧橋，避免了棧橋施工對海洋環(huán)境的影響，同時避免了棧橋對該海域的通航影響。

該橋梁雙向8車道，橋面寬37 m，整幅橋墩、整幅箱梁結構。墩臺32座，均為兩節(jié)式，分為承臺與下節(jié)墩柱、上節(jié)墩柱2部分，共64件；鋼箱梁34榀。墩臺、鋼箱梁單件最大重量2 700 t，考慮吊裝系統(tǒng)，所需起重船起吊能力不少于3 000 t。通航孔橋橋面高度+47 m，通航凈高33 m。本項目位于廈門高崎機場航空限高區(qū)內，橋位距離起飛爬升面在810～1 200 m之間，航空限高58 m。限高對大型船舶使用的影響是制約本項目實施的關鍵。

2 施工工藝流程

廈門第二東通道跨海橋梁施工主要包含樁基施工、墩臺預制、墩臺運輸安裝、鋼箱梁加工和鋼箱梁運輸安裝等分項工程，主要工藝流程見表1。所需大型船舶有起重船、半潛船、打樁船、混凝土拌合船等。經(jīng)調查，除起重能力3 000 t以上起重船外，國內有充足的滿足限高要求的其他船舶。限高條件下大型起重船方案是本項目研究重點。

表1 廈門第二東通道跨海橋梁主要工藝流程Table 1 Major technological process of the second East Passage cross-sea bridge in Xiamen

3 利用現(xiàn)有起重船施工分析

3.1 國內起重能力3 000 t以上起重船調查情況

對國內起重能力3 000 t以上起重船情況進行了調查，均不滿足限高58 m要求。3 000～5 000 t起重船調查情況如表2所示（起重架頂部高程按潮高+3 m計算）。

表2 起重能力3 000～5 000 t起重船調查情況Table 2 Investigation of crane ships with lifting capacity of 3 000 t to 5 000 t

3.2 利用夜間航空限高開放窗口方案

申請夜間1：00～6：00航空限高開放窗口，利用該時間段完成吊裝作業(yè)。根據(jù)港珠澳大橋工效統(tǒng)計，承臺及下節(jié)墩柱、鋼箱梁安裝工效4～5 h/件，單件利用1個夜間開放窗口可完成作業(yè)。上節(jié)墩柱因存在與下節(jié)墩柱豎向預應力系統(tǒng)連接及接縫處涂抹環(huán)氧樹脂工序，安裝工效8～9 h/件，可利用2個夜間開放窗口完成單件安裝。第1個夜間窗口將上節(jié)墩柱吊到下節(jié)墩柱上方，放置在臨時支墩上進行預應力系統(tǒng)連接，拆除吊具并移走起重船；第2個夜間窗口利用起重船再次起吊上節(jié)墩柱，完成接縫處環(huán)氧涂層施工及上下節(jié)對接。利用航空限高開放窗口方案存在以下問題：

1）考慮到航班延誤等因素，能申請到單次5 h航空限高開放窗口的數(shù)量不能滿足工期要求。結合港珠澳大橋墩臺及鋼箱梁安裝情況，開放時間低于5 h的作業(yè)窗口對本項目意義不大。

經(jīng)調查，廈門2018年1～11月份在中國大陸千萬級機場中準點率排名有9個月位列后5名，其中2個月位于最后1名。

2）墩臺及鋼箱梁安裝受施工環(huán)境等因素影響，安裝工效存在不確定性。除上節(jié)墩柱預應力連接可臨時放置在支墩上作業(yè)外，其他作業(yè)必須借助起重船連續(xù)進行。一旦單次安裝超過5 h，會妨礙機場正常通航，造成嚴重的社會影響。

3）大型構件吊裝作業(yè)安全風險高，夜間作業(yè)不利于風險管控。

綜合以上因素，不建議采用夜間航空限高開放窗口方案。

4 利用新造起重船施工方案

4.1 起重船設計

1）基本要求①起重船高度

經(jīng)統(tǒng)計，2019年廈門高潮水位超過+3 m的天數(shù)為8 d，最高水位+3.2 m。結合本項目施工進度計劃，+3 m潮位以下保證率滿足工期需要。按照限高+58 m、+3 m潮位以下作業(yè)考慮，起重船高度≤55 m。

②被吊物參數(shù)

綜合墩臺、鋼箱梁構件數(shù)據(jù)，按最不利情況考慮，被吊物單件最大重量2 700 t，最大起吊高度+47 m，頂部最大寬度37 m。

2）起重船選型

常見的雙臂架變幅式大型起重船[5]難以同時滿足限高與吊高、吊距要求。結合項目特點，重點考慮了固定臂架起重船?；谶m應性以及經(jīng)濟性考慮，推薦船艏固定臂架起重船。固定臂架起重船船型適應性分析見表3。

表3 固定臂架起重船船型適應性分析Table 3 Adaptability analysis of fixed boom crane ship type

3）起重船參數(shù)

①構筑物頂端距水面55 m。為適應今后其它項目，臂架設計為可更換桿節(jié)，改變高度以適應不同吊高要求。

②起重能力3 200 t，滿足構件吊重要求。4個主鉤間距：左右間距 26 m，前后間距15 m。起吊系統(tǒng)中心舷外跨距22 m，滿足37 m寬鋼箱梁吊距要求。

③為提高起吊高度，動滑輪組與吊裝架一體化設計，滑輪組設置在吊裝架內。因鋼箱梁與墩臺吊裝受力差異大，吊裝架分別配置。動滑輪組與吊裝架連接設計考慮了快速拆裝方案。吊裝架最大起升高度距水面45 m。

起重船設計模型見圖1、圖2。

圖1 上海佳豪設計的船艏固定臂架起重船F(xiàn)ig.1 Ship bow fixed boom crane designed by Shanghai Jiahao

圖2 振華重工設計的船艏臂架微變幅起重船F(xiàn)ig.2 Ship bow boom micro-variable-amplitude crane designed by Zhenhua Heavy Industry

4.2 吊裝方案

1）鋼箱梁吊裝

吊裝架下鋼絲繩垂直穿過鋼箱梁吊裝孔，與鋼箱梁底部托底鋼梁連接固定[7]。鋼箱梁頂面緊貼吊裝架底面，最大起升高度水面以上45 m?？紤]+2.5 m潮位（乘潮1 h，30%保證率）作業(yè)，鋼箱梁起吊高度可達到+47.5 m，可滿足本項目最高橋面（+47 m）鋼箱梁安裝吊高要求。鋼箱梁精確就位后拆下底部鋼托梁，移走起重船，然后進行鋼箱梁對接及體系轉換。鋼箱梁吊裝見圖3。

圖3 鋼箱梁吊裝Fig.3 Hoisting of steel box girder

2）墩臺吊裝

墩臺吊裝要更換墩臺專用吊裝架。在墩臺重心以上1 m處設置下吊架，下吊架為具有較大剛度的鋼箱梁結構。下吊架與墩柱通過水平支撐固定，以保證吊裝時墩臺穩(wěn)定。下吊架與上方吊裝架及下方承臺吊點通過豎向鋼絲繩相連。安裝時下吊架放置到鋼管復合樁頂部三維千斤頂上，通過下吊架臨時承受墩臺重量。墩臺精調位置并止擺加固后拆開吊裝架與下吊具連接鋼絲繩，移走起重船[7]。墩臺吊裝見圖4。

圖4 墩臺吊裝Fig.4 Hoisting of pier and platform

5 結語

1）基于環(huán)保、工期、質量等因素考慮，廈門第二東通道跨海橋梁采用承臺及墩柱預制安裝、鋼箱梁整跨加工安裝的裝配化結構。限高條件下大型起重船方案是本項目研究重點。

2）現(xiàn)有大型起重船均不滿足本項目航空限高要求；利用夜間航空限高開放窗口施工，存在諸多風險，不建議采用該方案。

3）基于適應性以及經(jīng)濟性考慮，推薦建造船艏固定臂架起重船。通過采取起重船動滑輪與吊裝架一體化設計以及鋼箱梁托底吊裝工藝設計等措施，可以同時滿足限高和吊高要求。

4）本研究可為類似橋梁建設提供借鑒，有利于裝配式橋梁結構的推廣。