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南京長江第三大橋是我國第一座鋼塔柱斜拉橋，在鋼塔施工過程中通過多方案比選，最終選用法國波坦（Potain）公司生產(chǎn)的MD3600大型塔吊完成鋼塔柱的吊裝工作，取得了圓滿的成功，大大縮短了工程建設(shè)周期。本文結(jié)合南京三橋MD3600塔吊的應(yīng)用研究，針對我國大跨度橋梁施工技術(shù)的發(fā)展和未來橋梁施工對起重設(shè)備的要求，對大型起重設(shè)備MD3600型塔機(jī)在橋梁施工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
1 國內(nèi)大型橋梁建設(shè)展望及常用塔柱施工方法
我國以高速公路為主的五縱七橫國道主干線將在21世紀(jì)初基本形成，各省級干線路網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也將明顯提高，跨越江河、深谷、海峽等的大量橋梁需要建設(shè)，橋梁建設(shè)必將以較高速度持續(xù)發(fā)展。這些建設(shè)任務(wù)十分艱巨，它們不僅數(shù)量多，而且橋梁的規(guī)模、跨徑將越來越大，技術(shù)要求將越來越高。僅就五縱七橫中的同(江)——三(亞)線上就擬建5個跨海工程，分別是渤海灣跨海工程、長江口跨海工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及瓊州海峽工程。此外，還有舟山大陸連島工程、青島至黃島、以及長江、珠江、黃河等眾多的橋梁工程。
正在籌建規(guī)劃的幾座世紀(jì)大橋、跨海大橋以及越江和跨海工程等，設(shè)計(jì)者們大都把目光選擇在了斜拉橋或懸索橋方案上。
懸索橋和斜拉橋雖然因其橋梁類型、規(guī)模、施工地點(diǎn)的地形條件等的不同，而具有各自的施工工藝特點(diǎn)，但在橋塔的施工工藝和設(shè)備配備上卻有很多共同的地方。懸索橋，斜拉橋橋塔設(shè)計(jì)目前普遍采用鋼橋塔和鋼筋混凝土橋塔的型式。對應(yīng)的施工方法有：
1.1鋼橋塔的施工
主要有以下幾種方法：浮式吊機(jī)施工法，塔式吊機(jī)施工法，爬升式吊機(jī)施工法。
(1)浮式吊機(jī)施工法。
這種方法是將橋塔施工的鋼構(gòu)件或鋼橋塔節(jié)段由水上浮運(yùn)吊裝架設(shè)施工。優(yōu)點(diǎn)是可縮短施工工期。依據(jù)浮吊的起吊能力和起吊高度，對于塔高在80米以下的中等跨度懸索橋較為適用。
(2)塔式吊機(jī)施工法。
在橋塔側(cè)旁預(yù)先安裝塔式吊機(jī)，以用作橋塔節(jié)段的起吊架設(shè)施工設(shè)備。因?yàn)槭┕さ鯔C(jī)只需在橋塔上附墻，所以橋塔施工的垂直度容易得到控制。
(3)爬升式吊機(jī)施工法。
在橋塔塔柱上安裝爬升導(dǎo)軌，爬升式吊機(jī)沿此導(dǎo)軌，隨橋塔的施工增高而向上爬升的施工方法。因?yàn)槭┕ぶ械鯔C(jī)的重力和吊機(jī)的爬升是靠塔柱支撐的，所以塔柱施工中的垂度要嚴(yán)格控制。采用爬升式吊機(jī)施工時是先做爬升式吊機(jī)的安裝，而后作橋塔底部的施工，再作塔柱的施工和附屬工程的施工。
對于懸索橋和斜拉橋橋塔的施工，無論采用何種施工工藝，在施工設(shè)備的配備上都有很多共同的地方。他們共同的特點(diǎn)是需配備大型的起重設(shè)備，滿足橋塔施工的需要，特別是對于鋼橋塔的施工，對起重設(shè)備的要求更為突出，往往需要大起重量、大起重高度、大施工幅度的特殊起重設(shè)備。
2 南京三橋鋼橋塔安裝施工方案研究
2.1 南京三橋的基本特點(diǎn)和橋塔安裝施工方案
南京長江第三大橋是交通部“五縱七橫”國道主干線之一，上海至成都(GZ55)國道于南京跨越長江的快速過江通道。其位于南京市郊外大勝關(guān)下游，距離南京長江大橋19km，南起劉村互通，北接寧淮高速公路，全長15.6 km。計(jì)劃施工總工期為26個月，即2003年8月29日～2005年10月9日。
南京三橋主橋?yàn)殇撍撓淞弘p索面五跨連續(xù)斜拉橋，主橋長1288米，主孔跨648米，索塔為“人”字形塔，塔柱外側(cè)圓曲線部分半徑720米，高215米，設(shè)四道橫梁，其中下塔柱及下橫梁為鋼筋混凝土塔身，其他部分為鋼塔身，屬國內(nèi)首創(chuàng)。下塔柱高37.2米，截面尺寸為：橫橋向?qū)?.2～8.4米，順橋向?qū)?.0～12.0米。鋼塔柱高179.8米，截面尺寸為：橫橋向?qū)?.0米，順橋向?qū)?.8米。
2.2 南京三橋橋塔安裝施工技術(shù)方案的比選
如前所述，鋼塔架設(shè)中一般多采用如下所示的架設(shè)方法。
2.2.1 通過大型浮吊進(jìn)行的整體架設(shè)法(大塊吊裝法)
這是一種利用大型浮吊對地面組裝后的主塔整體或整體的一部分進(jìn)行架設(shè)的方法。此方法現(xiàn)場的工期較短，但由于大型吊機(jī)受起吊能力、起吊高度等因素的影響，可適用的主塔規(guī)模受到限制，一般多用于中等規(guī)模大型橋梁的架設(shè)。
實(shí)例：名港西大橋、東京灣彩虹橋、白鳥大橋。
2.2.2 自立式塔機(jī)架設(shè)法
自立式塔機(jī)可以獨(dú)立于主塔單獨(dú)設(shè)置，并通過此塔機(jī)對塔柱節(jié)段進(jìn)行分段架設(shè)。采用這種方法時，單位架設(shè)量的大小(重量)取決于吊機(jī)能力。
實(shí)例：南備贊瀨戶大橋6P、明石海峽大橋、多多羅大橋、來島大橋。
2.2.3 自爬式塔機(jī)架設(shè)法
在塔柱主體部設(shè)置吊機(jī)，根據(jù)架設(shè)進(jìn)度升高吊機(jī)設(shè)備，對塔柱節(jié)段進(jìn)行分段架設(shè)。與浮吊架設(shè)法及自立式塔機(jī)法相比較，此方法的工期較長，且需要考慮主塔加固措施以便能對吊機(jī)設(shè)備提供足夠的支持力。
實(shí)例：大鳴門大橋、北備贊瀨戶大橋、南備贊瀨戶大橋5P、大島大橋。
由于南京三橋的主塔高度約達(dá)到218米，因此塔柱主體不可能采用大型浮吊的整體架設(shè)，我們對自立式塔吊法和自爬式塔吊法進(jìn)行對比分析如下。
?。?）自立式塔機(jī)方案
a.方案特點(diǎn)：
在鋼箱梁主梁、下橫梁、承臺或鋼圍堰或鋼管樁基礎(chǔ)上設(shè)置自立式塔機(jī)；在塔柱節(jié)段上安裝腳手架，然后運(yùn)到吊裝處；利用塔機(jī)把塔柱節(jié)段從駁船上起吊，繼續(xù)進(jìn)行卷升吊裝直至架設(shè)位置處；根據(jù)架設(shè)進(jìn)度，相應(yīng)升高塔機(jī)位置。
b. 吊裝設(shè)備：
塔機(jī)1臺，吊裝能力應(yīng)滿足南京三橋鋼塔吊裝的要求：160t×22m＝3520tm。
c. 吊裝設(shè)備的供應(yīng)情況：可提供選擇的現(xiàn)有塔機(jī)有3600tm和 5600tm。
d. 架設(shè)工期:
可通過1臺塔機(jī)對2個主塔按先后順序分別架設(shè)。塔柱節(jié)段架設(shè)進(jìn)度為2節(jié)段／天，7.2個月可完成安裝施工；同時亦可采用2臺塔機(jī)對2個主塔同時架設(shè)，工期相應(yīng)縮短約一倍。
?。?需要研究的事項(xiàng):
需要考慮塔機(jī)基礎(chǔ)所承受的來自塔吊的全部荷載；
為了縮短架設(shè)施工開始前之塔機(jī)的安裝時間，首先在地面完成其主體部分的組裝，通過浮吊進(jìn)行整體架設(shè)安裝；
對2個主塔通過1臺塔機(jī)按先后順序分別架設(shè)和對2個主塔通過2臺塔機(jī)同時架設(shè)，進(jìn)行技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)性的分析；
需要對設(shè)置有自立式塔吊狀態(tài)下的主塔的安全性進(jìn)行審核。
?。?） 自爬式塔機(jī)方案
方案特點(diǎn)：
在塔柱上設(shè)置自爬式塔機(jī)；通過主梁上的起吊設(shè)備將塔柱節(jié)段從駁船上吊至主梁上暫放；通過自爬式塔機(jī)對放在主梁上的塔柱節(jié)段進(jìn)行吊裝架設(shè)；架設(shè)完成后，在腳手架上進(jìn)行連接部位(節(jié)段接縫)的施工；可以把自爬式塔機(jī)的鋼橫梁作為連接部施工的腳手架使用；每架設(shè)1節(jié)塔柱，相應(yīng)升高塔機(jī)高度。
?。? 吊裝設(shè)備：
自爬式吊機(jī)2臺，吊裝能力160噸；主梁上的起吊設(shè)備2臺，吊裝能力160t。
?。? 吊裝設(shè)備的供應(yīng)情況：
因無法獲得合適的自爬式吊機(jī)，所以需要重新制作這種吊機(jī)。
?。?工期：
2個主塔同步架設(shè)，假設(shè)塔柱架設(shè)進(jìn)度為1節(jié)段／天，主要取決于鋼絞線千斤頂?shù)乃俣龋?7.1個月可完成安裝施工。
ｅ. 需要研究的事項(xiàng)：
需要考慮主塔上所承受的來自塔機(jī)的荷載(包括偏載)；除了塔機(jī)外，還需要有把塔柱節(jié)段從駁船上起吊并放到主梁上的吊機(jī)設(shè)備；
因?yàn)闆]有合適的塔機(jī)，所以需要重新制作這種吊機(jī)；
主塔架設(shè)期間內(nèi)，對2個主塔實(shí)施同步架設(shè)，此時共需塔機(jī)一式2臺；
需要對設(shè)置有自爬式塔機(jī)狀態(tài)下的主塔的安全性進(jìn)行審核。
2.3通過綜合比較，可以得出如下的結(jié)論
(1) 利用1臺自立式塔機(jī)架設(shè)2個主塔時的工期可以達(dá)到與利用2臺自爬式塔吊架設(shè)2個主塔時一樣的工期是因?yàn)椴捎米粤⑹剿鯐r的架設(shè)進(jìn)度為2節(jié)段／天，而采用自爬式塔吊時的架設(shè)進(jìn)度為1節(jié)段／天(假定采用鋼鉸線千斤頂)。另外，采用自立式塔吊進(jìn)行架設(shè)時，不需要等到利用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行的連接部施工完成后才—進(jìn)行下一節(jié)段的架設(shè)，而是可以直接進(jìn)入下一節(jié)段的架設(shè)作業(yè)，這也為此架設(shè)法贏得了時間。
?。?）2臺自立式塔機(jī)同時架設(shè)2個主塔，工期相應(yīng)縮短約一半。
(3) 自立式塔吊的組裝和設(shè)置是以大型吊機(jī)為前提的，因此有必要事先確認(rèn)該大型吊機(jī)的提供可能性。若無法獲得大型吊機(jī)，那么還需要以可能獲得的吊機(jī)為依據(jù)，進(jìn)一步探討如何在該條件下完成自立式塔吊的組裝和設(shè)置。
南京長江三橋在基礎(chǔ)施工時采用了鎮(zhèn)航工818、1200噸固定扒桿浮吊，可以應(yīng)用在塔機(jī)的組裝施工中，解決了塔吊的組裝需大型吊機(jī)的問題。
(4) 自立式塔吊架設(shè)法中塔柱主體上不涉及與吊機(jī)的支撐或升高相關(guān)的結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)上開孔、加固等)，同時也不需要別的塔柱節(jié)段吊機(jī)，所以我們認(rèn)為自立式塔吊架設(shè)法優(yōu)于自爬式塔吊架設(shè)法。
?。?）綜合考慮滿足南京三橋鋼塔身吊裝要求的設(shè)備基本性能以及工程經(jīng)濟(jì)等問題，選用MD3600型塔機(jī)應(yīng)用于南京三橋橋塔安裝施工。
3 MD3600塔吊在南京三橋的應(yīng)用情況
根據(jù)設(shè)計(jì)，南京三橋主橋下塔柱及下橫梁為鋼筋混凝土塔身，采用現(xiàn)澆工藝施工。主橋中、上鋼塔柱和橫梁均為鋼結(jié)構(gòu)，采用分節(jié)段在工廠制造，全橋兩個主塔鋼塔身分為T0～T21共22個節(jié)段單元，共88個節(jié)段；鋼橫梁3個節(jié)段單元，共6個節(jié)段。鋼塔柱單節(jié)重量除T1超過160t，其余單節(jié)重量在110～160t之間，******起吊高度超過200m。主橋中、上鋼塔柱和橫梁均采用現(xiàn)場大型起重設(shè)備進(jìn)行吊裝。
南京三橋鋼塔的安裝難度大，精度要求高，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)備起吊能力超過3000tm。針對實(shí)際情況引進(jìn)了法國波坦公司的MD3600型塔吊設(shè)備和吊裝技術(shù)，較好的解決了鋼塔的吊裝問題，使塔柱安裝的周期做到了2天吊裝完成1個節(jié)段。南京三橋北塔鋼塔柱從2004年9月8日開始T1節(jié)段吊裝， 12月6日實(shí)現(xiàn)北塔封頂?shù)哪繕?biāo)任務(wù)。南塔11月1日開始T1節(jié)段吊裝，12月31日實(shí)現(xiàn)了南塔封頂?shù)哪繕?biāo)任務(wù)。完全體現(xiàn)了鋼塔的施工優(yōu)勢。
4 MD3600型塔機(jī)的基本性能及在施工領(lǐng)域的應(yīng)用
MD3600塔機(jī)由法國波坦公司設(shè)計(jì)、制造，其特點(diǎn)是起吊高度高，起重力矩大，穩(wěn)定性強(qiáng)，定位精度高等。其系列產(chǎn)品MD1800、MD2200等參與了中國三峽、龍灘等水電工程項(xiàng)目的建設(shè)。南京三橋引進(jìn)的MD3600塔機(jī)在完成南京三橋鋼塔施工后被確定應(yīng)用于蘇通大橋施工，目前正在進(jìn)行塔吊安裝中。
MD3600塔機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)，性能可靠，其設(shè)計(jì)符合歐洲機(jī)械裝卸聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)(Federation Europeenne de la Manutention,簡稱 FEM )和國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)（IEC）規(guī)定的關(guān)于起重及裝卸設(shè)備的計(jì)算法則。焊接質(zhì)量嚴(yán)格按照波坦質(zhì)量控制進(jìn)行檢查。部件、機(jī)構(gòu)、電氣及電子設(shè)備的采購和質(zhì)量要求，均按照當(dāng)前執(zhí)行的歐洲標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則和導(dǎo)則進(jìn)行，供應(yīng)商均為目前歐洲的領(lǐng)先供應(yīng)商。
MD3600有兩種配置，可滿足不同的吊裝環(huán)境需求。 |
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