复杂海域悬索桥分离式钢箱梁吊装施工技术

赫勇

摘要 土耳其1915恰纳卡莱大桥现场条件极为复杂，在吊装施工过程中存在一定的安全风险与技术难题。鉴于此，文章以此悬索桥建设项目为背景，对吊装施工过程中的关键技术（定位起吊、钢销过盈、反向牵引、牵引合龙、临时连接安装）进行了探究。通过对钢箱梁节段划分、吊装机械的选择、钢箱梁吊装排序等施工环节的研究，形成了一套适用于复杂海域特大跨径悬索桥钢箱梁的吊装作业方案，可为类似项目施工提供参考。

关键词 悬索桥；分离式钢箱梁；吊装；施工技术

中图分类号 U448.25；U445.4文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）10-0072-03

0 引言

随着大跨径桥梁技术的不断发展，钢箱梁以其优越的性能广泛应用于大跨径桥梁结构。钢箱梁施工需要经过钢箱梁制作、钢箱梁梁段运输、钢箱梁梁段吊装以及钢箱梁梁段拼装焊接等施工工序，该文以土耳其1915恰纳卡莱大桥主桥钢箱梁吊装施工为实例，对钢箱梁吊装施工关键技术进行分析研究。

1 缆载吊机总体设计

土耳其1915恰纳卡莱大桥位于土耳其马尔马拉海西端达达尼尔海峡，距离伊斯坦布尔西南200 km，是恰纳卡莱—泰基尔达—克纳勒—巴勒克西尔高速公路的重要组成部分。大桥全长4 608 m，跨径布置为亚洲侧引桥（680 m）+主桥（3 563 m）+欧洲侧引桥（365 m），其中主桥是目前世界上跨径最长的悬索桥。主桥主跨通航净空为1 600 m×70 m，设计双向六车道，桥面总宽45.06 m，设计车速为120 km/h，大桥设计寿命为100年。

大桥主桥采用跨径布置为（770+2 023+770）m的双塔三跨连续钢箱梁悬索桥。主缆长4 384 m，采用PPWS工艺施工，中跨主缆由144根索股组成，直径为86.9 cm；边跨主缆由148根索股组成，直径为88.1 cm；其中，索股由127根直径为5.75 mm的钢丝组成。主塔采用H形钢塔，高318 m，分为32个预制节段，节段之间通过栓焊结合的方式进行连接，基础设计为矩形截面钢筋混凝土的沉井基础，底部尺寸为83.3 m×74.0 m。锚碇采用重力式锚碇，亚洲侧与欧洲侧的锚碇尺寸分别为92.0 m×80.0 m、85.2 m×74.4 m[1]。主梁采用分离式箱梁，以提高主梁的气动稳定性，两幅箱梁间距为9 m。主桥加劲梁划分为9.8×2 m+16.2×2 m+19.2×2 m+14.2×4 m+15.2×2 m+21.0 m+24.0×8 m+48.0×66 m，共计87个节段。钢箱梁节段重量在323.8～838.8 t范围内，钢箱梁总重高达58 091.6 t。钢箱梁与吊杆采用销接的方式连接。钢箱梁节段安装采用先临时连接，待主塔合龙段以外的箱梁吊装基本完成后，再进行栓焊环形连接。标准箱梁横断面如图1所示。

2 钢箱梁吊装难点

（1）该桥桥址靠近公海，复杂风场对钢箱梁的运输和吊装的影响很大。

（2）该桥位于达达尼尔海峡，是黑海通往地中海、大西洋以及印度洋的重要通道，通航的大型船舶多，钢箱梁吊装的安全风险大。

（3）该桥为双塔三跨连续钢箱梁结构，桥跨之间的线形和内力相互影响，线形控制是钢箱梁施工的重点和难点[2-3]。

（4）钢箱梁安装涉及航道管制、驳船运输、驳船定位、吊装和测量等多个工序，多个工序之间需要紧密配合，施工组织协调要求高[4]。

3 钢箱梁吊装方案

3.1 钢箱梁节段划分

根据主梁吊装的特点，钢箱梁的类型可划分为：无索区梁段、标准梁段、跨中梁段、2#梁段和塔区合龙段。节段具体划分见表1所示。

3.2 缆载吊装机械的选择

大桥位于马尔马拉海的南入口，是北部临黑海的唯一路线，每年有超过4万只大型集装箱船在大桥下通行，航运交通繁忙[5]。为最大限度地减少对海上航道的干扰，保证项目施工进度，钢箱梁标准梁段、跨中梁段、2#梁段以及塔区合龙段均采用450 t液压提升式缆载吊机进行吊装。而受地理条件限制的无索区梁段则采用5 000 t的浮吊进行吊装。其中，塔区合龙段是先用5 000 t浮吊将3片钢箱梁吊运至承台，后将3片钢箱梁焊接成整体后再利用450 t液压提升式缆载吊机进行整体吊装。450 t液压缆载吊机的主要性能参数见表2所示。

3.3 钢箱梁吊装顺序

考虑索塔偏位、主缆的线形变化、施工工序以及施工工期安排的影响，钢箱梁节段吊装采取的总体顺序为：中跨梁段由跨中往欧、亚两岸索塔对称进行，边跨梁段则由欧、亚两岸锚碇处向索塔对称进行。各梁段的具体吊装顺序见表3所示。

4 钢箱梁吊装关键技术

4.1 定位起吊

为满足钢箱梁梁段吊装的顺利进行，同时尽可能地减少对航道的影响，钢箱梁梁段的吊装采用定位起吊技术。除采用浮吊吊装的无索区梁段E/AS33-29以及塔区合龙段E/AS01、E/AT00、E/AM01外，其他钢箱梁梁段均采用动态定位驳船运至安装位置的正下方，作为缆索吊机垂直起吊的位置。钢箱梁梁段均从动态定位驳船起吊，提升至桥面高度后，再调整钢箱梁梁段位置，匹配吊杆与钢箱梁梁段吊耳；待鋼箱梁梁段之间的间隙满足施工要求后，安装钢制销轴。动态定位驳船具有自主定位功能，减少了定位船的辅助，同时整个吊装期间占用航道较窄且时间较短，在保障航道通航的同时，也大大节省了航道维护费用。通过定位起吊技术，可以有效解决钢箱梁梁段吊装的诸多难题，保障了钢箱梁梁段吊装作业的顺利完成。动态定位驳船运输钢箱梁梁段见图2所示。

4.2 钢销过盈

缓慢下放缆载吊机，提升扁担梁至一定高度；待装有钢箱梁的动力定位驳船就位后，继续下放缆载吊机提升扁担梁至合适高度，与钢箱梁吊耳连接；垂直提升待安装梁段至设计高度，匹配好吊杆与吊耳后，先利用自行设计的钢销过盈配合安装装置进行引导销的安装，以固定定位环，再安装插销[6]。钢销过盈配合的安装装置见图3所示。

4.3 反向牵引

对于E/AS02、E/AM02的吊装，由于索塔位置的限制，动力定位驳船不能将其运至安装位置的正下方，因此钢箱梁梁段在未提升到承台上一定高度时，需通过反向牵引系统对钢箱梁梁段反向牵引。当钢箱梁梁段提升到承台存梁区的一定高度后，再垂直提升，直至提升到设计位置后安装插销，最后安成钢箱梁梁段的吊装。具体施工步骤如下：

（1）在已安装的E/AM03、EA/S03梁段边缘的指定位置焊接钢绞线导轨；同时在E/AM07、EA/S07梁段的指定位置焊接30 t的卷扬机、水平导向装置以及抑制环板。

（2）利用动力定位驳船将E/AS02、E/AM02梁段分别运输到E/AM07、EA/S07梁段的正下方时，暂停前进，将反拉钢绳连接在E/AS02、E/AM02梁段上；然后动力定位驳船继续前进，其间反拉钢绳保持松弛状态，当驳船接近承台时，动力定位驳船停止前进。

（3）将下放到位的提升扁担梁、提升吊具分别与钢箱梁梁段的吊耳相连，向主塔承台的存梁区反方向牵引提升E/AS02、E/AM02梁段。在这期间，使用反向牵引系统将E/AS02、E/AM02梁段下坡缆载吊机提升钢绞线的最大夹角分别控制在4 °和12.5 °以内；当钢箱梁梁段提升到承台上一定高度后，慢慢释放反向牵引系统，随后垂直提升钢箱梁梁段。

4.4 牵引合龙

塔区合龙段（ES01-ET00-EM01、AS01-AT00-MM00）是先将3片钢箱梁（E/AS01、E/AT00、E/AM01）利用浮吊吊运至索塔承台上的焊接平台；随后通过三向调梁支座与千斤顶调整钢箱梁的线性，调整完成后将3片钢箱梁梁段进行整体焊接，待全桥已安装的钢箱梁梁段全部焊接完成。

考虑该桥吊索与索夹、钢箱梁与索夹均通过钢销轴连接，具备顺桥向变位的储备空间，故可以采用牵引法进行合龙[7]。利用4台450 t缆载吊机联合整体提升合龙，合龙前利用边跨临时索夹提供反拉力使边跨钢箱梁向锚碇侧偏移，保证两端合龙之间有700 mm的间隙；最后缓慢释放反拉力，进行索塔钢箱梁的焊接。当焊接完成80%后，慢速卸载缆载吊机以提升扁担梁的吊点，随后继续焊接直至完成。

4.5 临时连接安装

在钢箱梁梁段吊装时，已安装钢箱梁梁段应与吊装钢箱梁梁段之间预留一定的间隙，大约50～85 cm，大部分维持在50 cm。待安装钢箱梁梁段与吊杆之间的销轴安装完毕，慢速卸载缆载吊机提升梁的吊点。同时，利用固定在已安装梁段上的链子滑车，牵引吊装钢箱梁梁段，调整钢箱梁梁段匹配。待两片钢箱梁梁段高度一致后，安装钢箱梁梁段之间的临时连接。

临时连接共有5种类型，类型A共计40处，类型B共计4处，类型C共计9处，类型D共计26处，X撑共计6处，其中，设置X撑的目的是释放钢箱梁梁段安装过程中风荷载作用下的横向弯矩以及竖向剪力，适应钢箱梁梁段水平偏转产生的钢箱梁梁段之间的相对位移和转角。

5 结语

根据达达尼尔海峡的地理环境、气候条件与通航要求，土耳其1915恰纳卡莱大桥主桥钢箱梁采用浮吊与缆索吊机进行吊装。其中，缆载吊机吊装钢箱梁的数量占比较高，高达88.5%。通过定位起吊、钢销过盈、反向牵引、牵引合龙等技术，以及钢箱梁临时连接安装的应用，顺利完成钢箱梁吊装工作，在2个月内完成了约3.3 km长的钢箱梁安装工程。实践证明，“浮吊+缆载吊机”吊装组合技术应用于达达尼尔海峡区特大跨径悬索桥施工，可达到优质高效、安全可控、绿色环保的目的，应用推广性强。土耳其1915恰纳卡莱大桥于2022年3月18日顺利通车，桥梁结构整体安全可靠，其采用的吊装组合技术可为类似工程提供借鉴。

参考文献

[1]罗扣， 舒思利， 万田保. 土耳其恰纳卡莱大桥方案设计[J]. 交通科技， 2017（6）： 47-50.

[2]赵晓晋， 景强， 贺拴海， 等. 港珠澳大桥青州航道桥主梁合龙施工技术[J]. 桥梁建设， 2017（5）： 117-121.

[3]邹力， 聂振龙， 魏俊. 牌楼长江大桥钢箱梁“梁重转移”吊装技术应用分析[J]. 世界桥梁， 2020（4）： 21-24.

[4]劉源， 李鸥， 林吉明. 复杂海域条件下大跨悬索桥钢箱梁安装关键技术[J]. 世界桥梁， 2021（2）： 36-42.

[5]张妮. 土耳其1915恰纳卡莱大桥桥塔基础[J]. 世界桥梁， 2021（1）： 118.

[6]黄靓， 卢伟， 虞业强， 等. 一种桥梁钢销过盈配合安装装置：CN202220797354. 3[P]. 2022-07-15.

[7]张勇. 重庆长寿长江二桥钢箱梁吊装关键技术[J]. 世界桥梁， 2023（2）： 34-38.