MD3600型塔吊在大跨度桥梁塔柱施工中的应用

南京长江第三大桥是我国第一座钢塔柱斜拉桥，在钢塔施工过程中通过多方案比选，最终选用法国波坦（Potain）公司生产的MD3600大型塔吊完成钢塔柱的吊装工作，取得了圆满的成功，大大缩短了工程建设周期。本文结合南京三桥MD3600塔吊的应用研究，针对我国大跨度桥梁施工技术的发展和未来桥梁施工对起重设备的要求，对大型起重设备MD3600型塔机在桥梁施工中的应用进行了研究。 　　1 国内大型桥梁建设展望及常用塔柱施工方法 　　我国以高速公路为主的五纵七横国道主干线将在21世纪初基本形成，各省级干线路网技术标准也将明显提高，跨越江河、深谷、海峡等的大量桥梁需要建设，桥梁建设必将以较高速度持续发展。这些建设任务十分艰巨，它们不仅数量多，而且桥梁的规模、跨径将越来越大，技术要求将越来越高。仅就五纵七横中的同(江)——三(亚)线上就拟建5个跨海工程，分别是渤海湾跨海工程、长江口跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及琼州海峡工程。此外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。 　　正在筹建规划的几座世纪大桥、跨海大桥以及越江和跨海工程等，设计者们大都把目光选择在了斜拉桥或悬索桥方案上。 　　悬索桥和斜拉桥虽然因其桥梁类型、规模、施工地点的地形条件等的不同，而具有各自的施工工艺特点，但在桥塔的施工工艺和设备配备上却有很多共同的地方。悬索桥，斜拉桥桥塔设计目前普遍采用钢桥塔和钢筋混凝土桥塔的型式。对应的施工方法有： 　　1.1钢桥塔的施工 　　主要有以下几种方法：浮式吊机施工法，塔式吊机施工法，爬升式吊机施工法。 　　(1)浮式吊机施工法。 　　这种方法是将桥塔施工的钢构件或钢桥塔节段由水上浮运吊装架设施工。优点是可缩短施工工期。依据浮吊的起吊能力和起吊高度，对于塔高在80米以下的中等跨度悬索桥较为适用。 　　(2)塔式吊机施工法。 　　在桥塔侧旁预先安装塔式吊机，以用作桥塔节段的起吊架设施工设备。因为施工吊机只需在桥塔上附墙，所以桥塔施工的垂直度容易得到控制。 　　(3)爬升式吊机施工法。 　　在桥塔塔柱上安装爬升导轨，爬升式吊机沿此导轨，随桥塔的施工增高而向上爬升的施工方法。因为施工中吊机的重力和吊机的爬升是靠塔柱支撑的，所以塔柱施工中的垂度要严格控制。采用爬升式吊机施工时是先做爬升式吊机的安装，而后作桥塔底部的施工，再作塔柱的施工和附属工程的施工。 　　对于悬索桥和斜拉桥桥塔的施工，无论采用何种施工工艺，在施工设备的配备上都有很多共同的地方。他们共同的特点是需配备大型的起重设备，满足桥塔施工的需要，特别是对于钢桥塔的施工，对起重设备的要求更为突出，往往需要大起重量、大起重高度、大施工幅度的特殊起重设备。 　　2 南京三桥钢桥塔安装施工方案研究 　　2.1 南京三桥的基本特点和桥塔安装施工方案 　　南京长江第三大桥是交通部“五纵七横”国道主干线之一，上海至成都(GZ55)国道于南京跨越长江的快速过江通道。其位于南京市郊外大胜关下游，距离南京长江大桥19km，南起刘村互通，北接宁淮高速公路，全长15.6 km。计划施工总工期为26个月，即2003年8月29日～2005年10月9日。 　　南京三桥主桥为钢塔钢箱梁双索面五跨连续斜拉桥，主桥长1288米，主孔跨648米，索塔为“人”字形塔，塔柱外侧圆曲线部分半径720米，高215米，设四道横梁，其中下塔柱及下横梁为钢筋混凝土塔身，其他部分为钢塔身，属国内首创。下塔柱高37.2米，截面尺寸为：横桥向宽6.2～8.4米，顺桥向宽8.0～12.0米。钢塔柱高179.8米，截面尺寸为：横桥向宽5.0米，顺桥向宽6.8米。 　　2.2 南京三桥桥塔安装施工技术方案的比选 　　如前所述，钢塔架设中一般多采用如下所示的架设方法。 　　2.2.1 通过大型浮吊进行的整体架设法(大块吊装法) 　　这是一种利用大型浮吊对地面组装后的主塔整体或整体的一部分进行架设的方法。此方法现场的工期较短，但由于大型吊机受起吊能力、起吊高度等因素的影响，可适用的主塔规模受到限制，一般多用于中等规模大型桥梁的架设。 　　实例：名港西大桥、东京湾彩虹桥、白鸟大桥。 　　2.2.2 自立式塔机架设法 　　自立式塔机可以独立于主塔单独设置，并通过此塔机对塔柱节段进行分段架设。采用这种方法时，单位架设量的大小(重量)取决于吊机能力。 　　实例：南备赞濑户大桥6P、明石海峡大桥、多多罗大桥、来岛大桥。 　　2.2.3 自爬式塔机架设法 　　在塔柱主体部设置吊机，根据架设进度升高吊机设备，对塔柱节段进行分段架设。与浮吊架设法及自立式塔机法相比较，此方法的工期较长，且需要考虑主塔加固措施以便能对吊机设备提供足够的支持力。 　　实例：大鸣门大桥、北备赞濑户大桥、南备赞濑户大桥5P、大岛大桥。 　　由于南京三桥的主塔高度约达到218米，因此塔柱主体不可能采用大型浮吊的整体架设，我们对自立式塔吊法和自爬式塔吊法进行对比分析如下。 　　（1）自立式塔机方案 　　a.方案特点： 　　在钢箱梁主梁、下横梁、承台或钢围堰或钢管桩基础上设置自立式塔机；在塔柱节段上安装脚手架，然后运到吊装处；利用塔机把塔柱节段从驳船上起吊，继续进行卷升吊装直至架设位置处；根据架设进度，相应升高塔机位置。 　　b. 吊装设备： 　　塔机1台，吊装能力应满足南京三桥钢塔吊装的要求：160t×22m＝3520tm。 　　c. 吊装设备的供应情况：可提供选择的现有塔机有3600tm和 5600tm。 　　d. 架设工期: 　　可通过1台塔机对2个主塔按先后顺序分别架设。塔柱节段架设进度为2节段／天，7.2个月可完成安装施工；同时亦可采用2台塔机对2个主塔同时架设，工期相应缩短约一倍。 　　ｅ.需要研究的事项: 　　需要考虑塔机基础所承受的来自塔吊的全部荷载； 　　为了缩短架设施工开始前之塔机的安装时间，首先在地面完成其主体部分的组装，通过浮吊进行整体架设安装； 　　对2个主塔通过1台塔机按先后顺序分别架设和对2个主塔通过2台塔机同时架设，进行技术可行和经济性的分析； 　　需要对设置有自立式塔吊状态下的主塔的安全性进行审核。 　　（2） 自爬式塔机方案 　　方案特点： 　　在塔柱上设置自爬式塔机；通过主梁上的起吊设备将塔柱节段从驳船上吊至主梁上暂放；通过自爬式塔机对放在主梁上的塔柱节段进行吊装架设；架设完成后，在脚手架上进行连接部位(节段接缝)的施工；可以把自爬式塔机的钢横梁作为连接部施工的脚手架使用；每架设1节塔柱，相应升高塔机高度。 　　ｂ. 吊装设备： 　　自爬式吊机2台，吊装能力160吨；主梁上的起吊设备2台，吊装能力160t。 　　ｃ. 吊装设备的供应情况： 　　因无法获得合适的自爬式吊机，所以需要重新制作这种吊机。 　　ｄ.工期： 　　2个主塔同步架设，假设塔柱架设进度为1节段／天，主要取决于钢绞线千斤顶的速度， 7.1个月可完成安装施工。 　　ｅ. 需要研究的事项： 　　需要考虑主塔上所承受的来自塔机的荷载(包括偏载)；除了塔机外，还需要有把塔柱节段从驳船上起吊并放到主梁上的吊机设备； 　　因为没有合适的塔机，所以需要重新制作这种吊机； 　　主塔架设期间内，对2个主塔实施同步架设，此时共需塔机一式2台； 　　需要对设置有自爬式塔机状态下的主塔的安全性进行审核。 2.3通过综合比较，可以得出如下的结论 　　(1) 利用1台自立式塔机架设2个主塔时的工期可以达到与利用2台自爬式塔吊架设2个主塔时一样的工期是因为采用自立式塔吊时的架设进度为2节段／天，而采用自爬式塔吊时的架设进度为1节段／天(假定采用钢铰线千斤顶)。另外，采用自立式塔吊进行架设时，不需要等到利用高强度螺栓进行的连接部施工完成后才—进行下一节段的架设，而是可以直接进入下一节段的架设作业，这也为此架设法赢得了时间。 　　（2）2台自立式塔机同时架设2个主塔，工期相应缩短约一半。 　　(3) 自立式塔吊的组装和设置是以大型吊机为前提的，因此有必要事先确认该大型吊机的提供可能性。若无法获得大型吊机，那么还需要以可能获得的吊机为依据，进一步探讨如何在该条件下完成自立式塔吊的组装和设置。 　　南京长江三桥在基础施工时采用了镇航工818、1200吨固定扒杆浮吊，可以应用在塔机的组装施工中，解决了塔吊的组装需大型吊机的问题。 　　(4) 自立式塔吊架设法中塔柱主体上不涉及与吊机的支撑或升高相关的结构(结构上开孔、加固等)，同时也不需要别的塔柱节段吊机，所以我们认为自立式塔吊架设法优于自爬式塔吊架设法。 　　（5）综合考虑满足南京三桥钢塔身吊装要求的设备基本性能以及工程经济等问题，选用MD3600型塔机应用于南京三桥桥塔安装施工。 　　3 MD3600塔吊在南京三桥的应用情况 　　根据设计，南京三桥主桥下塔柱及下横梁为钢筋混凝土塔身，采用现浇工艺施工。主桥中、上钢塔柱和横梁均为钢结构，采用分节段在工厂制造，全桥两个主塔钢塔身分为T0～T21共22个节段单元，共88个节段；钢横梁3个节段单元，共6个节段。钢塔柱单节重量除T1超过160t，其余单节重量在110～160t之间，最大起吊高度超过200m。主桥中、上钢塔柱和横梁均采用现场大型起重设备进行吊装。 　　南京三桥钢塔的安装难度大，精度要求高，根据设计要求设备起吊能力超过3000tm。针对实际情况引进了法国波坦公司的MD3600型塔吊设备和吊装技术，较好的解决了钢塔的吊装问题，使塔柱安装的周期做到了2天吊装完成1个节段。南京三桥北塔钢塔柱从2004年9月8日开始T1节段吊装， 12月6日实现北塔封顶的目标任务。南塔11月1日开始T1节段吊装，12月31日实现了南塔封顶的目标任务。完全体现了钢塔的施工优势。 　　4 MD3600型塔机的基本性能及在施工领域的应用 　　MD3600塔机由法国波坦公司设计、制造，其特点是起吊高度高，起