廖萬輝，李明，周大慶，汪杰，許紅勝

（1.貴州省公路工程集團有限公司，貴州貴陽 550008；2.長沙理工大學，湖南長沙 410114）

0 引言

隨著我國交通基礎設施建設的快速發(fā)展，近年來建成的白居寺長江大橋、嘉魚長江大橋、鴨池河大橋、北盤江第一橋、平塘特大橋等橋梁，標志著我國斜拉橋建設水平已經(jīng)跨入國際先進行列。受地形與運輸條件的限制，我國針對山區(qū)特大跨斜拉橋主梁架設，發(fā)展出了散件懸臂拼裝法、纜索吊裝、整節(jié)段縱移懸拼等創(chuàng)新工藝；特別是鋼主梁整節(jié)段縱移懸拼安裝工藝為我國原創(chuàng)新工藝，通過在北盤江第一橋及平塘特大橋的成功應用，取得了良好的國際聲譽。

1 鋼主梁架設工藝

基于斜拉橋的橋型特點，節(jié)段懸臂提升安裝法和頂推法在我國跨江河斜拉橋主梁施工中應用較廣。由于山區(qū)大跨斜拉橋建設受地形和節(jié)段運輸條件的限制，傳統(tǒng)的主梁架設工藝多采用散件懸臂拼裝和連續(xù)頂推法；近年來，隨著我國施工設備大型化和智能化，纜索吊裝和節(jié)段縱移懸拼等新工藝逐漸發(fā)展成熟。

1.1 工藝應用情況

下面針對近年我國建成的部分大跨度斜拉橋工程實例的鋼主梁架設工藝進行了統(tǒng)計和說明。

1.2 工藝適用性分析

下面結(jié)合各主梁架設工藝的特點，對各工藝在地形適用性和施工臨時設施消耗以及工期效率方面的差異進行了分析比較。

通過分析可以看出，雖然節(jié)段懸臂提升安裝法具有最優(yōu)的經(jīng)濟性和成熟度，但無法適用于山區(qū)大跨斜拉橋普遍面臨的橋位環(huán)境，因此適用于山區(qū)大跨斜拉橋鋼主梁架設工藝的主要為散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法和節(jié)段縱移懸拼法。表1為近年建成的部分大跨度斜拉橋鋼主梁架設工藝情況一覽表。表2為各鋼主梁架設工藝適用性和施工臨時設施消耗比較情況。

表1 近年建成的部分大跨度斜拉橋鋼主梁架設工藝情況一覽表

表2 各鋼主梁架設工藝適用性和施工臨時設施消耗比較情況

2 方案比選分析

施工工藝的選擇是前期施工方案準備的重要環(huán)節(jié)，合理的施工工藝不僅能保證工程項目的質(zhì)量和安全，還能降低工程成本和縮短工期。以某大跨斜拉橋為例，進行主梁架設工藝的安全、工期及成本指標比選。該橋橋位處于山區(qū)V形峽谷上，橋面距谷底約280m，橋下無運輸條件。橋型設計為雙塔雙索面半漂浮體系鋼混疊合梁斜拉橋，主梁采用工字形鋼梁，橋面板采用預應力混凝土，主橋全長898m，主跨528m。結(jié)合該項目，對適合山區(qū)鋼主梁架設的散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法和節(jié)段縱移懸拼法三種施工工藝從施工可行性、設備物資使用、工期、施工成本等方面進行經(jīng)濟性比選，以確定適合的綜合優(yōu)選方案。圖1為三種施工方法的施工照片。

圖1 架設工藝施工照片

2.1 主要設備分析

散件懸臂拼裝法與節(jié)段縱移懸拼法雖工藝不同，但兩種施工工藝設備物資投入形式基本一致，僅在運梁裝置和橋面吊機的形式上略有不同，縱移懸拼法采用檢修軌道運梁，需增加垂直起吊系統(tǒng)從地面預拼場提升梁段；纜索吊裝法需要一套獨立的纜索吊機系統(tǒng)，包含錨固系統(tǒng)和纜索系統(tǒng)的施工，但省去了橋面吊機和運梁軌道的設置。

2.2 工期分析

三種施工工藝前期塔位處主梁節(jié)段的架設工藝基本相同，安裝時間均在25d左右，為突出各施工工藝的特點，僅對標準節(jié)段的架設工期進行比較。

（1）散件懸臂拼裝工藝將疊合梁拆分為主梁、縱橫梁、橋面板進行運輸，轉(zhuǎn)運次數(shù)較多。在吊裝時，空中散拼作業(yè)效率低，耗費時間長，架設一個節(jié)段的時間約為9d，總工期約6.5個月。

（2）縱移懸拼工藝梁段架設的輔助設施使用材料少，施工方便，整節(jié)段運輸效率高，并且整節(jié)段吊裝具有剛度大、臨空作業(yè)面少的特點，受惡劣天氣的影響小，對工期的把控更加明確。架設一個節(jié)段的工期在4.5d左右，與空中散拼工藝相比節(jié)省了約4.5d工期，總工期約3.5個月。

（3）纜索吊裝工藝的錨固系統(tǒng)可在前期與其他施工階段平行作業(yè)，纜索系統(tǒng)待主塔封頂后，可以將主塔作為桅桿進行施工以節(jié)省工期。在進行整節(jié)段架設時，兩岸對稱架設一個節(jié)段的工期較縱移懸拼稍短，約為4d，總工期約3個月。表3為各工藝的總工期對比分析表。

表3 各工藝的總工期對比分析表

2.3 施工成本分析

基于材料用量、設備安裝拆卸、機械設備使用數(shù)量、人工、管理等，利用一次投資和工期成本分析各工藝方法的綜合成本。一次投資包括材料和設施安裝拆卸費用，月支出主要由設備租賃、人工、管理等費用組成，可通過工期長短來進行成本控制。

2.3.1 材料、機械及人工對比

以該項目為例，統(tǒng)計各施工方法的鋼材和混凝土用量、機械設備使用數(shù)量、人工數(shù)量，可得到僅纜索吊裝工藝涉及混凝土的使用，用量約為2 000m3，且鋼材的使用量也很大，約800t，而散件懸拼工藝和節(jié)段縱移懸拼工藝鋼材使用量分別為80t和30t；從機械使用情況來看，纜索吊裝工藝主要使用纜索吊系統(tǒng)，散件懸拼工藝和縱移懸拼工藝在機械設備投入形式方面基本相同，主要采用橋面吊機；散件懸拼工藝后場無需設置預拼裝場地，后場使用設備較少。散件懸臂拼裝工藝人工需求量最大，纜索吊裝工藝次之，節(jié)段縱移懸拼工藝最小。

纜索吊裝系統(tǒng)相對獨立，錨固系統(tǒng)和纜索系統(tǒng)的施工需要大量混凝土和鋼材，增加了材料使用數(shù)量；散件懸臂拼裝法和節(jié)段縱移懸拼法無需使用混凝土，其鋼材的消耗主要是用于運梁軌道的架設，并且縱移懸拼工藝利用梁底檢修車軌道運梁，僅需對軌道不足部分進行定制，節(jié)省了大量材料；散拼相較于整節(jié)段，在預拼時所需的機械設備少，通過橋面運梁后用橋面吊機空中散拼，節(jié)省了垂直起吊設備的使用；纜索吊裝工藝因梁段的運輸和吊裝都交由前期安裝完成的纜索系統(tǒng)，機械設備多在預拼裝時使用；散件懸臂拼裝工藝因其桿件轉(zhuǎn)運次數(shù)多，空中散拼接頭多，臨空作業(yè)時間長，對人工的需求最高。

2.3.2 成本對比

從每月投入費用和一次投資費用對比分析各工藝的費用投入情況，散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法、節(jié)段縱移懸拼法在每月機械設備租賃、管理和人工的投入費用分別為：157.2萬元、126.1萬元、142.6萬元；一次投資費用分別為：47.3萬元、742萬元、17.3萬元。

圖2 各工藝費用類型對比

通過綜合對比散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法、節(jié)段縱移懸拼法三種工藝不同的費用類型，在引入工期的前提下，進行組合后得到各工藝總成本，分別為：1 069.1萬元、1 120.3萬元、516.4萬元。節(jié)段縱移懸拼法一次投資費用最少；纜索吊裝法由于投入大量材料并且安裝費用高，在總成本中占比大；散件懸臂拼裝法由于消耗人工較多，且工期較長，其一次投資費用處于中間位置。

3 安全風險分析

山區(qū)特大跨斜拉橋的建設具有施工風險大、施工工藝復雜等特點，安全風險始終伴隨橋梁工程的施工進度，對橋梁施工過程安全風險源進行辨識是必不可少的一項內(nèi)容。結(jié)合上述三種施工工藝，對該項目中可能存在的風險源進行綜合分析。

各工藝主要安全風險類型均為高空作業(yè)、設備條件、結(jié)構(gòu)安全。散件懸臂拼裝法受峽谷不規(guī)則風環(huán)境因素影響大，且吊裝作業(yè)臨空面多，空中作業(yè)工作量大；纜索吊裝法纜索控制系統(tǒng)、臨時結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要；節(jié)段縱移懸拼法待安裝節(jié)段在縱移過程中對已架設主梁節(jié)段的影響需進行計算分析。散件懸臂拼裝法高空作業(yè)時間長，風險最高，纜索吊裝法及節(jié)段縱移懸拼法空中只對接節(jié)段接頭，將大部分拼裝工作轉(zhuǎn)移至地面拼裝場地，從根本上降低了安全風險。

為有效降低施工風險，在施工前，應對施工臨時結(jié)構(gòu)進行驗算分析，對設備進行試吊試驗及驗收，加強技術(shù)交底；施工過程中，應加強對施工人員的班前教育和安全防護措施檢查，及時跟蹤監(jiān)控施工設備的運行狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)局部受力與位移較大的部位進行臨時加固和實時監(jiān)控測量并設置預警值，加強日常巡查及設備維保工作。

4 結(jié)語

本文從適用性、物資設備使用、工期、施工經(jīng)濟性等方面對山區(qū)大跨斜拉橋鋼主梁三種常用架設工藝進行經(jīng)濟性比選，并分析其安全風險，得出結(jié)論如下：

（1）節(jié)段縱移懸拼法較散件懸臂拼裝法相比，能有效減少空中作業(yè)量和降低施工人員安全風險，且整節(jié)段具有較大的剛度，能降低惡劣天氣的影響。

（2）從物資設備使用方面看，散件懸臂拼裝法和節(jié)段縱移懸拼法的設備投入形式相對合理；纜索吊裝法前期需投入大量費用來進行錨固系統(tǒng)和纜索吊機設備的施工。

（3）結(jié)合工程經(jīng)濟性分析表明，節(jié)段縱移懸拼法一次投資費用相對較少，總工期占用相對較短，從總體施工成本核實角度分析，該方法在施工經(jīng)濟性方面最優(yōu)。

通過分析，節(jié)段縱移懸拼法在保證質(zhì)量安全的前提下，可有效縮短工期和節(jié)省施工成本，經(jīng)濟性優(yōu)良，可作為綜合比選的推薦方案。