乌江特大桥钢管拱立式运输及锚泊定位技术∗

郑 永，陈 柯

（中交世通（重庆）重工有限公司，重庆 402160）

0 引言

大跨度钢管混凝土桁架桥拱肋的高宽比一般较大，此类桥梁拱肋运输时宜采用卧式运输，吊装时翻身为立式吊装作业。 当采用立式运输时，由于拱肋重心较高，需对拱肋采取可靠的装载系固措施，确保运输安全。 乌江特大桥位于遵义市凤冈县、铜仁市思南县、石阡县交界处，缆索起重机范围内两侧无空余场地进行翻身作业，空中翻身操作难度极高、安全风险极高，因此乌江特大桥拱肋采用立式运输方式。

通常船舶定位可采用锚泊定位与动力定位2 种方式保证水上施工的稳定性。 工程根据快速、稳定、精确定位的施工需求，结合锚泊定位的基本原理和现场情况，采用岸边锚泊定位及定位船辅助锚泊定位2 种定位方法。

1 工程概况

乌江特大桥主桥桥长504m（计算跨径475m），为上承式钢管混凝土拱桥，为拱、梁、柱刚接协同受力体系（见图1）。 拱肋采用计算跨径475m 的上承式钢管混凝土变截面桁架拱，拱轴线采用悬链线，拱轴线系数为2.2，矢高为90m，矢跨比1／5.278。拱顶截面主弦管中心径向高度为7m，拱脚截面主弦管中心径向高度10m，拱截面径向高度按二次抛物线变化。 单片拱肋由上、下各2 根ϕ1 400 钢管混凝土弦管组成（见图2），弦管横向中心间距2.5m，横桥向2 片拱肋间中心距均为16m。

图1 乌江特大桥三维模型Fig.1 Three-dimensional model of Wujiang River Bridge

图2 拱肋节段三维模型Fig.2 Three-dimensional model of arch rib segment

主拱肋节段划分按构件运输长度和吊重控制，从拱脚至拱顶共划分为GL1～GL15 15 个节段，全桥共60 个节段，最大节段外形尺寸：长×宽×高＝21.1m×2.5m×11.2m，最大节段吊重157.8t。

2 船舶选择

乌江段航道目前为四级航道，只允许通过10.8m 宽度以下的500t 级船舶，无大型船舶可以利用，根据实际情况选择现有乌江流域的500t 级船舶航电2 号进行运输及定位。 航电2 号船体情况如表1 所示，外形如图3 所示。

表1 航电2 号船体情况Table 1 Hull condition of Avionics No.2

图3 航电2 号外形Fig.3 Appearance of Avionics No.2

3 拱肋装载系固技术

3.1 运输计算分析

由于主拱由圆形管状结构组合而成，高宽比较大，重心较高，采用立式运输需制订可靠的装载系固方案，以确保船舶稳定、运输安全。 根据船舶、拱肋情况及乌江地质水文情况，拱肋装载系固采取船舱压载、专用运输装置布设、钢丝绳绑扎系固等多种措施，确保了运输安全、稳定。

1）船舶稳定性分析 根据《内河船舶法定检验技术规则》进行了完整稳定性计算，基于所选用的船舶模型及输入的计算参数，完整稳定性衡准结果均合格。

2）系固强度计算分析 按照《内河重大件运输船舶安全评估指南》要求进行了系固设施强度计算，得出所选用的系固钢丝绳公称直径为30mm、抗拉强度为1 570N／mm2。

3）支架工装计算分析 支架工装为拱肋主要的承力构件，是运输安全的重点位置，工装材料采用Q355D 钢材。 此工装的计算分析采用Midas Civil建模计算，计算时考虑了工装自重和节段荷载及动荷载系数， 经过计算， 工装最大组合应力为42.7MPa，最大变形＜1mm。

3.2 船舱压载

由于主拱肋节段重心较高，装载后船舶整体稳定性降低，因此需在船舱内用混凝土配重块进行压载，确保航行运输安全。 压载时在船舱四周均匀压载2m×2m×0.8m 混凝土38 块，总质量约304t，如图4 所示。

图4 压载Fig.4 Ballast

3.3 专用运输装置

由于拱肋由圆形管状结构组合而成，为固定其在船舱内的位置，设置了一套专用运输装置（见图5），保证运输安全。 运输装置分为基础钢板、限位装置、支架工装等（见图6）。 基础钢板铺设并焊接于船舱底部，方便支架工装焊接固定。 限位装置由底部钢板、工字钢、方木组成，设置于拱肋节段端头，起到限制拱肋节段纵向移动的作用。 支架工装共设置6 套，4 套为使用状态，剩余2 套为适应不同拱肋节段长度调整使用。 支架工装为承载拱肋质量的主要受力构件，也是主要限位结构，由上、下2个半圆形的抱箍组成，下半部分固定在基础钢板上，装船时将拱肋弦管放入工装下半部U 形口，将上半部分盖住拱肋弦管，并通过12 套M30 螺栓拧紧固定，另外工装与钢管间铺设20mm 厚橡胶垫，用于保护拱肋油漆同时增加其摩擦力，防止运输过程中的拱肋节段发生滑动，保证运输安全。 支架工装布设时需保证拱肋重心线与船舶中心线重合，受力应基本均衡。

图5 专用运输装置Fig.5 Special transport device

图6 支架工装Fig.6 Support tooling

3.4 绑扎系固

拱肋装载完成并采用支架工装固定后，仍需采用8 根ϕ30 钢丝绳交叉高低错落地进行绑扎系固（见图7），钢丝绳由上弦管吊装吊耳处及腹杆处拉至船侧柱桩处或单独焊接的系固吊耳处，采用手拉葫芦收紧，钢丝绳夹头固定，钢丝绳收紧后不能产生较大拉力，钢丝绳收紧即可，且所有钢丝绳拉力大小应相等；绑扎过程中应避免对钢丝绳造成损伤；运输过程中，船舶应避免大角度回转。 应定期检查所有绑扎点和焊接点。

图7 绑扎系固Fig.7 Lashing and fastening

4 拱肋锚泊定位技术

4.1 锚泊定位方式选择

船舶主要采取锚泊定位与动力定位2 种方式保证水上施工的稳定性，偶尔采取锚泊定位与动力定位并用的方式进行定位施工。 而锚泊定位按锚泊线与船体接触点的数目来分类，可分为单点锚泊系统、两点锚泊系统和多点锚泊系统。

采用动力定位时，需投入2 艘辅助动力船，依靠辅助船动力使运输船到达指定位置，由于水流影响，定位精度及稳定性较差，且施工成本较高。

采用多点锚泊定位相较于动力定位投资较少、使用维护方便、定位精度高、稳定性好，在施工中应用广泛。 多锚点定位时需进行多次抛锚施工，逐个调节锚缆钢丝绳长度来实现精确定位，虽可实现安全稳定、高精度定位施工，但每次定位时间较长，而乌江特大桥拱肋吊装频繁，如采用此方式则会导致工期延长。

考虑上述情况，本工程施工时结合多点锚泊定位基本原理，采用岸边锚泊定位和定位船辅助锚泊定位2 种定位方式，既实现了安全稳定、高精度定位，又提高了船舶的定位效率，确保了大桥如期完工。

4.2 岸边锚泊定位

由于南、北岸GL1-5 在乌江两侧岸坡上，结合码头临时系泊原理，该部分拱肋节段采用岸边锚泊定位方式进行施工。 运输前根据缆索起重机吊钩位置，提前对岸边进行处理，将岸边处理为V 形口，使船首能顶靠在此位置。 在船舶停靠位置两侧设置2个预埋地锚， 用于固定运输船， 预埋地锚为1 000mm×1 000mm×2 000mm C30 混凝土块，内设ϕ25 螺纹钢筋骨架，并设连接孔。

运输定位时，运输船由码头行驶至吊装桥位的岸边，船首部分靠岸，船舶两侧通过钢丝绳与预埋地锚连接，并根据缆索起重机吊钩位置，通过自身动力系统及锚泊钢丝绳调整船舶姿态，确保船舶定位位置准确且稳定时方可开始吊装作业。 为防止突发大风浪，吊装时需保持船舶动力系统有效运行，如发现较大位移可进行纠正并调整锚泊钢丝绳。 采用此方法定位时，由于船首部分已靠岸，且与岸边嵌合，通过两侧地锚的锚泊定位（见图8），船舶定位稳定性好、定位精度高、施工效率高、成本低。 由于随着两岸拱脚向跨中逐节段对称安装，已安装部分拱肋遮挡了运输船定位位置，导致无法进行垂直起吊，只可吊装桥梁两侧岸上部分拱肋节段，所以不能满足全桥拱肋吊装要求。

图8 岸边锚泊定位Fig.8 Shore anchoring location

4.3 定位船辅助锚泊定位

吊装中间拱肋节段时，岸边锚泊定位已不满足吊装需求，此时采用定位船辅助锚泊定位的方式进行施工。 总体思路为采用1 艘专用船舶提前定位在吊装位置一侧，运输船行驶至吊装位置靠泊在定位船上并进行连接，通过定位船微调实现运输船精确定位。

拱肋发运前，在南北两岸和桥梁中心线等距离的位置对称设置4 个预埋地锚点，用于固定定位船（见图9）， 预埋地锚为1 000mm × 1 000mm ×2 000mm C30 混凝土块，内设ϕ25 螺纹钢筋骨架，并设连接孔。

图9 预埋地锚点固定定位船Fig.9 Fixed positioning ship at embedded anchor points

定位船选用与航电2 号外形尺寸相近的航电608 号（见图10）。 施工前航电608 号航行至桥中心线偏下游位置，船身平行于桥梁纵向，完成初步定位。 初步定位后将地锚与船舶采用钢丝绳进行连接。 连接时根据安装位置先挂设上游小桩号侧地锚，后挂上游大桩号侧地锚，再挂设下游小桩号和大桩号侧地锚。 连接完成后通过卷扬机顺序调整4 根钢丝绳长度，将船微调至缆索起重机下游位置，空出1 个船位供航电2 号靠泊使用，使航电2 号靠泊后正好位于缆索起重机下方。 定位时航电2 号航行到航电608 号附近，平其船身，使航电2 号缓慢移动直至与航电608 号船身贴紧，通过钢丝绳绑扎牢固，保证航电2 号稳定。 如此时位置仍有偏差，可通过调整定位船钢丝绳长度微调其位置，以满足吊装需求。 吊装完成后航电2 号驶离，定位船即可调整至下一节段吊装位置。

图10 定位船辅助锚泊定位Fig.10 Positioning ship auxiliary anchoring positioning

相较于运输船直接多点锚泊定位方式，采用此种定位方式可有效缩短运输船定位时间，提高施工效率，同时也发挥了多点锚泊定位精度高、稳定性好的优势；缺点为多投入1 艘定位船舶，锚泊定位施工成本略高。

5 结语

拱肋立式运输解决了拱肋吊装前需翻身的问题，同时船舱压载、专用运输装置布置、钢丝绳绑扎系固等多种装载系固措施也确保了运输的安全、稳定。 船舶抛锚定位采用岸边锚泊定位和定位船辅助锚泊定位方式，既实现了安全稳定、高精度定位，又提高了船舶定位效率，确保了大桥如期完工，可为后续类似工程施工提供宝贵经验。