项目案例 Case

5885吨“巨无霸”空中完美对接,世界第一大有推力钢箱梁拱桥主拱吊装到位

日期: 2013-11-29
作者: 英迈思

                 5885吨“巨无霸”空中完美对接,世界第一大有推力钢箱梁拱桥主拱吊装到位

      5月14日凌晨4点,在广西柳州柳江上,世界第一大有推力钢箱梁拱桥——柳州官塘大桥的5885吨中拱段整体提升到位,标志着大桥建设最大的重难点被成功攻克。据介绍,此次提升还分别创下了整体提升高度、整体提升重量、提升拱肋跨径三项“世界第一”的纪录。

      柳州官塘大桥的5885吨中拱段整体提升到位
      由中铁上海工程局投资建设的柳州官塘大桥为世界最大跨度的有推力提篮式钢箱拱桥,跨度达457米。长462米的桥面,由148根吊索与上方的两条拱肋相连,从外观上看,整个大桥就像是菜篮的提手。由于大桥是一跨过江,水中不设桥墩,因此桥梁的承重将全部集中于两岸的拱座上。据设计要求,拱座要分别承受高达17500吨的水平推力,为世界第一大推力的钢箱拱桥。

      中拱段的提升是大桥最大的重难点17500吨相当于1000个20英尺标准集装箱的满载重量,能够承受这么大的推力,基坑设计是关键。大桥两岸的基坑分别由170多根钢管桩围合而成,最大深度达17.6米,为上大下小结构,上方开口处长约80米,宽约32米,约为20套120平方米的房子连在一起的大小。拱座基础后背及基底呈台阶状,利用拱座基础与基岩的完美结合,从而承载桥梁结构带来的巨大水平推力及承载力。

5885吨“巨无霸”空中完美对接,世界第一大有推力钢箱梁拱桥主拱吊装到位


      受力难题的化解,只是解决了大桥的“基础”问题,而中拱段的提升才是大桥最大的重难点。67.27米的整体提升高度、262米的拱肋跨径、5885吨的整体重量,仅中拱段整体提升这一环节,项目部便创下了三项“世界第一”的空前纪录,其5885吨的提升重量,大概等同于需要同时吊起1100头成年非洲象的难度。“官塘大桥的建设难度之高,在国际上属于一流。施工中需提升的中拱段,其重量及施工难度都是空前的,如何顺利完成将是大桥建设的关键。”2016年4月,我国著名桥梁专家、中国工程院院士林元培在官塘大桥施工方案评审会上如是评价。
      在以往的同类桥梁吊装施工中,一般都采用浮吊吊装。但官塘大桥中拱段节段的提升高度及重量,令目前国内所有内河使用的浮吊都无法满足。因此,技术团队决定采取“低位拼装、整体提升”的施工方式,并专门为此设计了多达300余页的专项施工方案。
      “低位拼装”先要在水中设置临时支撑墩柱,而能满足如此“庞然大物”拼装需求的临时墩柱,并没有设计先例可以借鉴。“我们在墩柱支架设计过程中,通过BIM建模反复推演,并用Ansys,Midas两个软件双向复核,最终得出了精准的计算结果。在综合考虑了保护柳江生态环境、对位精度、线型控制、抗风稳定性等因素后,决定采用稳定性更强的紫荆花式钢管支架。”项目技术负责人肖延军介绍说。

5885吨“巨无霸”空中完美对接,世界第一大有推力钢箱梁拱桥主拱吊装到位

      项目部自行设计的这套“紫荆花式”水中支架包括88个水中桩基以及10个水中承台,设计有12个主要主拱肋支架、2个防撞支架以及14个单独支架,每个单独支架又均由300多根空间交错的钢管拼接而成。如此复杂的异型钢管支架,其加工难度之大,安装难度之高可想而知,肖延军说“这么复杂的支架,用传统的CAD二维制图方式根本无法画出,更别说安装了。”为此,项目部充分利用BIM技术进行三维交底,并采取分层整体吊装,将安装精度控制在了2公分的偏差范围内,比规范允许的15公分偏差值提高了近8倍,并且减少了水中高空作业量,有效规避了施工风险。
      面对“史无前例”的高难度提升,技术团队采取了全面仿真分析和模型模拟提升试验相结合的方法对中拱段力学行为进行了全面分析。项目部专门设计了与大桥比例1:10的模型,先后进行了十余次中拱段整体提升模拟试验。通过实验,对大桥仿真分析方法的正确性进行了论证,弥补了理论计算偏差。同时研发了“危大工程信息监测指挥系统”,充分利用“物联网”技术,在中拱段设置了90余个传感器,并安排了16个不同职责的技术小组,对吊装过程中的中拱段进行全时段全方位监测,最终有效确保了整体施工安全。
     “这么大重量和体积的提升,现场并没有人山人海的现场,仅需操作人员对照电脑屏幕,轻点一下鼠标即可完成。”据中铁上海工程局副总工程师、大桥中拱段提升现场总指挥唐俊介绍,大桥提升采用了科技攻关团队自主研发的系统,全部采用信息化、智能化手段完成,真正达到了“举重若轻”的效果。

5885吨“巨无霸”空中完美对接,世界第一大有推力钢箱梁拱桥主拱吊装到位

      5月6日至14日,在长达9天的紧张而又精细地施工过程中,指挥团队不断根据现场风速、温度、天气条件进行姿态检测和过程调整,最终在14日凌晨4点,中拱段与边拱段在78米高空实现了完美对接,宛如“一弯新月”挂在了柳江之上。至此,大桥建设的最大重难点成功攻克。接下来,项目部计划利用5天时间,将中拱段与两端既有拱肋通过4个小节段进行焊接连接,届时,大桥的钢箱梁主塔将正式合龙。
      施工过程中,项目部先后申请了《一种桥梁拱肋整体提升安装的方法》《桥梁施工信息采集管理系统》《桥梁施工信息采集管理方法》《一种桥梁拱肋的整体提升装置》等30余项发明和实用新型专利,其首创的一系列整体提升施工方案不仅填补了大量的技术空白,也为今后同类型桥梁的建设提供了一大批可借鉴的技术资料。

柳州官塘大桥作为献礼广西壮族自治区成立60周年的重点工程,同时也是柳江上的第21座大桥,建成后,将为柳江将再添新宠。大桥西接莲花大道,东至柳州汽车城的东环城大道及大学西路,可直通广西柳州汽车城,将有效解决河东北片区与柳东新区的交通瓶颈,对促进柳东新区的经济发展具有巨大的影响。


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