论大型钢箱塔竖向转体施工技术

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fyishen
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  摘 要:大型橋梁钢箱塔由于节段重量大,拼装高度高,因此选择一种正确合理的施工方法显得格外重要,这将直接影响到工程的安全、质量、成本和工期。经多方比选,竖向转体施工技术具有安全、可靠,工期短等优点。
  关键词:大型钢箱塔竖向转体施工
  1、工程概况
  本文所述大桥工程位于南平市区闽江上游西溪、建溪汇流口附近,主线桥梁长372米,布局由西至东大致划分为市区侧引桥、主桥及九峰立交桥。市区侧引桥布置一联2×19米预应力混凝土连续箱梁;主桥布置一联38+126+76米自锚式独塔悬索一斜拉协作体系桥。钢主塔采用变截面拱形,桥面以上垂直高度为50.96米,顺桥向边跨倾斜22°,塔墩梁固结,桥面以上30.4米处设置一道横系梁。主塔采用钢箱结构,纵桥向主塔宽度为3~4.2m,横桥向主塔宽度2.2m。钢塔为全焊接结构,主要材料采用Q345 qD。斜拉索共采用10根双层HDPE防护的低应力防腐拉索。主缆采用19股高强镀锌平行钢丝索股(PPWS)组成;全桥共设16对柔性吊杆。钢塔竖向分为预埋段、直线段和曲线段。预埋段底部内灌 c50微膨胀混凝土,并加焊剪力钉,以保证塔梁之间内力平衡过渡。
  2、主塔竖转吊装施工方案及方法
  2.1工程的主要特点、难点
  (1)设计新颖,造型美观,技术先进;
  (2)单节段最重达70多吨,一般起吊设备难以满足;
  (3)竖转体系中竖转铰的设置,焊接质量及安装精度要求高。
  2.2施工方案及技术要点
  2.2.1施工方案
  由于节段重量大,拼装高度高,选择一种正确合理的施工方法,将直接影响到工程的安全、质量、成本和工期。借鉴国内同类型桥梁,决定采用竖向转体施工方法。这是一种新型的施工方法,施工时利用拼装平台及龙门吊在已完成的4#~5#墩混凝土桥面作为施工平台,在平台上安装好胎架,采用龙门吊先拼装好整个钢塔,钢塔在平台平面上拼焊完成后,纵移到位进入转角窝,在塔为水平状态下安装三角拔杆和张拉横梁,通过油缸同步张拉横梁上钢铰线钭拉索将钢塔沿竖直面转到预定位置安装就位。
  2.2.2施工工艺流程
  拼装下部结构工程完工、组装龙门吊→在已完成的混凝土桥面上安装钢箱塔拼焊胎架和顶推滑道→在胎架上拼装2-4#和8#节段钢箱塔→自检及监理验收合格→纵向拖拉前移42m→继续拼装5—7#节段钢箱塔→自检及监理验收合格→纵向拖拉前移到位进入转角窝→安装压杆和压杆横梁,拉杆和横梁地锚穿销连接→布置液压泵站、提升油缸、计算机控制系统→安装临时钢绞线斜拉索→先用千斤顶顶升压杆横梁到一定高度,再启动液压泵站,利用提升油缸张拉钢绞线将拉压杆竖起,穿销将拉杆和钢塔上拉杆支座连接→检查整个提升系统,各环节必须处于完好状态→启动液压泵站,通过临时斜拉索的牵引将钢箱塔沿竖直面旋转到设计位置→塔1#和2#节段梁塔间环焊缝施工→焊缝检测合格→拉压杆拆除,逐根张拉斜拉索、吊杆和悬索。
  2.2.3技术要点
  2.2.3.1钢塔顶推装置和滑道布置
  采用厚度500*1000*20mm不锈钢板作为滑道,编号为R1、R2、R3、……R32,L1、L2、L3……L32,共64个,每侧32个,上涂润滑剂。顶推装置分左右两侧进行,每侧采用50吨千斤顶8个,左右两侧共16个千斤顶同时工作,将钢塔顶推到位,进入竖转状态。
  2.2.3.2胎架布置和钢塔板单元工地组拼
  胎架采用工字钢、槽钢焊接而成;胎架尺寸符合钢塔尺寸大小;钢塔板单元拼焊(此略);
  2.2.3.3钢塔顶推
  钢箱塔在胎架上拼焊完成后,起顶拆除胎架上钢塔支撑,然后卸顶让钢塔落在滑道上,利用已布置好千斤顶装置将钢塔纵向拖拉到位。为了保证钢塔顶推时能够刚好到达指定位置,需在纵向布置钢塔限位装置和通过测量顶推千斤顶行程来实现。
  2.2.3.4钢塔竖转施工
  ⑴竖转设施
  竖转设施包括由拉压杆组成的三角拔杆、横梁、钢绞线后锚点和前端锚点、转动铰、转角窝、拉耳、横向缆风等,另外为保证梁塔安全,对塔2#和4#梁段进行部分加固。
  ⑵拉压杆安装
  安装一个临时起吊支架,然后在该支架上安装地锚。钢塔顶推到位、穿销。用龙门起重机将压杆吊起,穿销安装到钢塔耳板上,然后将压杆用适当支架支撑好;紧接着将钢绞线穿入油缸和地锚之中,并用销轴将油缸与钢梁拉点的耳板连接、拉杆、地锚和压杆横梁的耳板连接。将钢绞线张紧、逐渐提升压杆到位,同样用龙门起重机安装前拉杆,最后使整个体系稳定。此时就可以整体起吊钢塔了,当钢塔与水平面成68度角时停止。
  ⑶提升载荷确定和提升油缸的布置
  根据安装方案,最大拉力(双侧)1243.6吨。在计算提升系统的提升能力时,应充分考虑其它不确定因素,实际提升能力应大于1243.6吨.
  在提升载荷确定之后,根据结构空间来确定提升油缸的数量和布置的位置。后锚点设置在3#墩顶处,必须对后锚的安装角度严格控制,其轴线与提升时钢绞线的受力方向一致。根据竖转角度,选择利用钢材加工专用后锚,锚箱应预埋在混凝土箱梁结构中,与主筋连接,锚箱内安装长螺杆,螺杆一头锚固在锚箱内,另一头同油缸支架底坐连接,为适应竖转过程中角度的不断变化,油缸支架同底座采用销轴连接,地锚横梁耳板处连接形式相同,这样就能使油缸、钢绞和横梁耳板始终在一条直线上。
  在提升工程中,采用4台350吨提升油缸,分别布置在锚点上,4台提升油缸最大提升能力为1400吨,以保证足够的安全系数。每台提升油缸的平均载荷为:1243.6吨/4=310.1吨,这样提升油缸的储备系数为:350/310.1=1.23。每台提升油缸中使用31根钢绞线,每根钢绞线承受的平均载荷为:310.1吨/31=10.0吨,这样每根钢绞线的利用系数仅为:10.0/26=38.5%。
  ⑷液压泵站的布置
  根据提升油缸数量和位置,以及要求的提升速度来布置液压泵站。液压泵站的布置应遵循以下的原则:
  ●泵站提供的动力应能保证足够的提升速度;
  ●就近布置,缩短油管管路。
  提升工程中共使用2台泵站,每台泵站驱动2台提升油缸。每台泵站的额定流量为:160L/Min,这样提升系统的最高提升速度可达10米/小时。
  ⑸计算机控制系统的布置
  ① 传感器的布置
  ●长距离传感器:在每个提升吊点处,选择适当的位置,安装2台长距离传感器。长距离传感器放置在地面上,钢丝绳接在提升结构上,随着被提升结构的提升,长距离传感器的测量距离越来越长。长距离传感器量程为20米,测量精度可达1.5mm;
  ●压力传感器:在提升过程中,为了监视每台油缸的载荷变化,在每台油缸上安装一个压力传感器,这样计算机控制系统可以实时地感知油缸载荷大小。根据采集的载荷数据,计算机控制系统可以准确地协调整个提升系统的工作,并对提升系统载荷的异常变化作出及时处理;
  ●锚具及油缸位置传感器:在每台提升油缸的上下锚具油缸上各安装1只锚具传感器,在主缸上安装1只油缸位置传感器。通过这些传感器,计算机控制系统可以实时地知道当前提升油缸的工作状态,根据当前状态来决定下一步动作。这是提升系统动作同步的基础。
  ②现场实时网络控制系统的连接
  ●地面布置1台计算机控制柜,从计算机控制柜引出泵站通讯线、油压通讯线、油缸信号通讯线、激光信号通讯线、工作电源线;
  ●通过泵站通讯线将所有泵站联网;
  ●通过油缸信号通讯线将所有油缸信号盒通讯模块联网;
  ●通過激光信号通讯线将所有激光信号通讯模块联网;
  ●通过油压通讯线将所有油压传感器联网。
  ⑹提升吊点同步控制的措施
  ①提升油缸动作同步
  现场网络控制系统根据油缸位置信号和锚具信号,确定所有油缸的状态,根据提升油缸的当前状态,主控计算机决定提升油缸的下一步动作后,向所有液压泵站发出同一动作指令,控制相应的电磁阀统一动作,实现所有提升油缸的动作一致,同时锚具动作、同时伸缸、缩缸或同时停止。
  ②提升吊点位置同步
  在每个提升吊点处,各安装一台激光测距仪,用于测量各提升吊点的高度。在提升过程中,设定某一点为主令点,其余点为跟随点。根据用户希望的提升速度设定主令点的比例阀电流恒定,进而主令点液压泵站比例阀开度恒定,提升油缸的伸缸速度恒定,主令点以一定的速度向上提升,其余跟随点通过主控计算机分别根据该点同主令点的位置高差来控制这点提升速度的快慢,以使该跟随点同主令点的位置高度跟随一致。现场网络控制系统将各激光测距仪的高度信号采集进主控计算机,主控计算机通过比较主令点同每个跟随点的高度得出跟随点同主令点的高差。如果某跟随点与主令点的高差为正,表示跟随点的位置比主令点高,说明该跟随点的提升油缸速度快,计算机在随后的调节中,就降低驱动这点提升油缸的比例阀控制电流,减小比例阀的开度,降低提升油缸的提升速度,以使该跟随点同主令点的位置跟随一致。反之,如果某跟随点比主令点慢了,计算机控制系统就调节该点的提升油缸伸缸快一些,以跟随上主令点,保持位置跟随一致。
  ⑺施工准备
  ①液压提升系统
  液压提升系统中所有元件、部件必须经过严格的检测后才能进场使用,并保存所有的试验原始记录。
  ② 钢绞线安装
  ●根据各点的提升高度,考虑提升结构的状况,切割相应长度的钢绞线;
  ●钢绞线左、右旋各一半,要求钢绞线两头倒角、不松股,将其间隔平放地面,理顺;
  ●将钢绞线穿在油缸中,上下锚一致,不能交错或缠绕,每个油缸中的钢绞线左右旋相间;
  ●钢绞线露出油缸上端30厘米;
  ●压紧油缸的上下锚;
  ●将钢绞线的下端根据油缸的锚孔位置捆扎作好标记;
  ●用起重机将穿好钢绞线的油缸安装在提升平台上;
  ●按照钢绞线下端的标记,安装钢绞线地锚,确保从油缸下端到地锚之间的钢绞线不交叉、不扭转、不缠绕;
  ●安装地锚时各锚孔中的三片锚片应能均匀夹紧钢绞线,其高差不得大于0.5mm,周向间隙误差小于0.3mm;
  ●地锚压板与锚片之间应有软材料垫片,以补偿锚片压紧力的不均匀变形。
  ③疏导板和安全锚就位
  ●为了保证钢绞线在油缸中的位置正确,在安装钢绞线之前,每台油缸应使用一块疏导板;
  ●安装安全锚的目的是油缸出现故障需要更换时使用,另外它也可以起安全保护作用;
  ●疏导板和安全锚在安装时,应保证与油缸轴线一致、孔对齐;
  ④油缸安装以及钢绞线的疏导
  ●所有油缸正式使用前,应经过负载试验,并检查锚具动作以及锚片的工作情况;
  ●油缸就位后的安装位置应达到设计要求,否则要进行必要的调整;
  ●油缸自由端的钢绞线应进行正确的导向;
  ●钢绞线预紧,在地锚和油缸钢绞线穿好之后,应对钢绞线进行预紧,每根钢绞线的预紧力为15KN。
  ⑻整体提升实施
  ①试提升
  ●解除钢结构与地面的所有连接;
  ●认真检查钢结构,并去除一切计算之外的载荷;
  ●认真检查整体提升系统的工作情况(结构地锚、钢绞线、安全锚、液压泵站、计算机控制系统、传感检测系统等);
  ●运用前述的控制策略,采用顺控方式完成油缸第一个行程,行程结束后,认真检查钢结构、提升平台、提升地锚的情况,确认一切正常后,再完成第二、第三行程,此即试提升阶段;
  ●试提升结束,经指挥部确认后,提升至预定高度,空中停滞24小以上,观察钢结构和整个系统的情况;
  ②正式提升
  ●在正式提升过程中,控制系统运行在自动方式;
  ●整体提升过程中,认真做好记录工作;
  ●按照安装的要求,整体提升至预定高度;若某些吊点与支座高度不符,可进行单独的调整;
  ●调整完毕后,锁定提升油缸下锚,完成油缸安全行程。
  ⑼结构最终就位
  ●在单点下降过程中,严格控制下降操作程序,防止油缸偏载;
  ●在单点卸载过程中,严格控制和检测各点的负载增减状况,防止某点过载;
  ●钢塔在竖向转体过程中,应在TZ1#塔段顶设置导向和限位装置,确保钢塔在转到68度时止。钢塔最终就位后,拉好横向调节缆风(缆风绳拉在什么位置应事先确定,根据确定好的位置计算好缆风长度),用全站仪观测塔上标记,如有误差用缆风绳进行调节,直到符合要求为止。然后利用外法兰在合拢环缝处进行临时锁定,以防止钢绞线在温度变化下伸缩引起缝宽变化,导致焊缝开裂。最后进行环缝焊接实现钢塔固结,为保证环缝四周应力基本一致,消除转角窝应力集中,应继续驱动350吨油缸,通过张拉钢绞线来达到消除应力集中的目的(钢绞线拉力需通过计算确定,由计算机自动控制)。环焊缝焊接完成后拆卸转角窝部件,焊接好TZ1和TZ2之间的焊缝,焊缝检测合格,拆除提升结构,此时钢塔竖转施工全部完成。
  
  
  
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