孙业发，张乃受，蒋健，胡明方，马云杰

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066002；2.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

科技发展水平日新月异，跨海桥梁建设正向装配化、大型化、标准化方向发展[1]，装配化程度越来越高。从箱梁节段拼装、墩柱预制拼装发展到港珠澳大桥大型承台及墩柱预制安装[2]、钢箱梁整跨加工安装[3]。部分项目，因毗邻机场等原因，施工区域有限高要求，影响大型船舶使用，增加了装配式结构施工难度。本文以厦门第二东通道跨海桥梁为例，介绍限高条件下装配式跨海桥梁吊装工艺研究。

1 桥梁结构选型

厦门第二东通道跨海桥梁全长2.91 km，通航孔桥与引桥均为多跨连续钢箱梁桥。该项目位于中华白海豚保护区，环保要求高[4]；早晚高峰进出厦门岛交通拥堵，尽快建好该项目意义重大。基于环保、工期、质量等因素考虑，该项目借鉴港珠澳大桥经验，选用装配化程度高的承台及墩柱预制安装、钢箱梁整跨加工安装结构。采用该结构施工工期2.5 a，工期优势明显；大部分桥梁建设任务在厂房内完成，标准化程度高；承台及墩柱安装、钢箱梁安装占用海域时间非常短，对海洋环境影响小；本结构不需要海上栈桥，避免了栈桥施工对海洋环境的影响，同时避免了栈桥对该海域的通航影响。

该桥梁双向8车道，桥面宽37 m，整幅桥墩、整幅箱梁结构。墩台32座，均为两节式，分为承台与下节墩柱、上节墩柱2部分，共64件；钢箱梁34榀。墩台、钢箱梁单件最大重量2 700 t，考虑吊装系统，所需起重船起吊能力不少于3 000 t。通航孔桥桥面高度+47 m，通航净高33 m。本项目位于厦门高崎机场航空限高区内，桥位距离起飞爬升面在810～1 200 m之间，航空限高58 m。限高对大型船舶使用的影响是制约本项目实施的关键。

2 施工工艺流程

厦门第二东通道跨海桥梁施工主要包含桩基施工、墩台预制、墩台运输安装、钢箱梁加工和钢箱梁运输安装等分项工程，主要工艺流程见表1。所需大型船舶有起重船、半潜船、打桩船、混凝土拌合船等。经调查，除起重能力3 000 t以上起重船外，国内有充足的满足限高要求的其他船舶。限高条件下大型起重船方案是本项目研究重点。

表1 厦门第二东通道跨海桥梁主要工艺流程Table 1 Major technological process of the second East Passage cross-sea bridge in Xiamen

3 利用现有起重船施工分析

3.1 国内起重能力3 000 t以上起重船调查情况

对国内起重能力3 000 t以上起重船情况进行了调查，均不满足限高58 m要求。3 000～5 000 t起重船调查情况如表2所示（起重架顶部高程按潮高+3 m计算）。

表2 起重能力3 000～5 000 t起重船调查情况Table 2 Investigation of crane ships with lifting capacity of 3 000 t to 5 000 t

3.2 利用夜间航空限高开放窗口方案

申请夜间1：00～6：00航空限高开放窗口，利用该时间段完成吊装作业。根据港珠澳大桥工效统计，承台及下节墩柱、钢箱梁安装工效4～5 h/件，单件利用1个夜间开放窗口可完成作业。上节墩柱因存在与下节墩柱竖向预应力系统连接及接缝处涂抹环氧树脂工序，安装工效8～9 h/件，可利用2个夜间开放窗口完成单件安装。第1个夜间窗口将上节墩柱吊到下节墩柱上方，放置在临时支墩上进行预应力系统连接，拆除吊具并移走起重船；第2个夜间窗口利用起重船再次起吊上节墩柱，完成接缝处环氧涂层施工及上下节对接。利用航空限高开放窗口方案存在以下问题：

1）考虑到航班延误等因素，能申请到单次5 h航空限高开放窗口的数量不能满足工期要求。结合港珠澳大桥墩台及钢箱梁安装情况，开放时间低于5 h的作业窗口对本项目意义不大。

经调查，厦门2018年1～11月份在中国大陆千万级机场中准点率排名有9个月位列后5名，其中2个月位于最后1名。

2）墩台及钢箱梁安装受施工环境等因素影响，安装工效存在不确定性。除上节墩柱预应力连接可临时放置在支墩上作业外，其他作业必须借助起重船连续进行。一旦单次安装超过5 h，会妨碍机场正常通航，造成严重的社会影响。

3）大型构件吊装作业安全风险高，夜间作业不利于风险管控。

综合以上因素，不建议采用夜间航空限高开放窗口方案。

4 利用新造起重船施工方案

4.1 起重船设计

1）基本要求①起重船高度

经统计，2019年厦门高潮水位超过+3 m的天数为8 d，最高水位+3.2 m。结合本项目施工进度计划，+3 m潮位以下保证率满足工期需要。按照限高+58 m、+3 m潮位以下作业考虑，起重船高度≤55 m。

②被吊物参数

综合墩台、钢箱梁构件数据，按最不利情况考虑，被吊物单件最大重量2 700 t，最大起吊高度+47 m，顶部最大宽度37 m。

2）起重船选型

常见的双臂架变幅式大型起重船[5]难以同时满足限高与吊高、吊距要求。结合项目特点，重点考虑了固定臂架起重船。基于适应性以及经济性考虑，推荐船艏固定臂架起重船。固定臂架起重船船型适应性分析见表3。

表3 固定臂架起重船船型适应性分析Table 3 Adaptability analysis of fixed boom crane ship type

3）起重船参数

①构筑物顶端距水面55 m。为适应今后其它项目，臂架设计为可更换杆节，改变高度以适应不同吊高要求。

②起重能力3 200 t，满足构件吊重要求。4个主钩间距：左右间距 26 m，前后间距15 m。起吊系统中心舷外跨距22 m，满足37 m宽钢箱梁吊距要求。

③为提高起吊高度，动滑轮组与吊装架一体化设计，滑轮组设置在吊装架内。因钢箱梁与墩台吊装受力差异大，吊装架分别配置。动滑轮组与吊装架连接设计考虑了快速拆装方案。吊装架最大起升高度距水面45 m。

起重船设计模型见图1、图2。

图1 上海佳豪设计的船艏固定臂架起重船Fig.1 Ship bow fixed boom crane designed by Shanghai Jiahao

图2 振华重工设计的船艏臂架微变幅起重船Fig.2 Ship bow boom micro-variable-amplitude crane designed by Zhenhua Heavy Industry

4.2 吊装方案

1）钢箱梁吊装

吊装架下钢丝绳垂直穿过钢箱梁吊装孔，与钢箱梁底部托底钢梁连接固定[7]。钢箱梁顶面紧贴吊装架底面，最大起升高度水面以上45 m。考虑+2.5 m潮位（乘潮1 h，30%保证率）作业，钢箱梁起吊高度可达到+47.5 m，可满足本项目最高桥面（+47 m）钢箱梁安装吊高要求。钢箱梁精确就位后拆下底部钢托梁，移走起重船，然后进行钢箱梁对接及体系转换。钢箱梁吊装见图3。

图3 钢箱梁吊装Fig.3 Hoisting of steel box girder

2）墩台吊装

墩台吊装要更换墩台专用吊装架。在墩台重心以上1 m处设置下吊架，下吊架为具有较大刚度的钢箱梁结构。下吊架与墩柱通过水平支撑固定，以保证吊装时墩台稳定。下吊架与上方吊装架及下方承台吊点通过竖向钢丝绳相连。安装时下吊架放置到钢管复合桩顶部三维千斤顶上，通过下吊架临时承受墩台重量。墩台精调位置并止摆加固后拆开吊装架与下吊具连接钢丝绳，移走起重船[7]。墩台吊装见图4。

图4 墩台吊装Fig.4 Hoisting of pier and platform

5 结语

1）基于环保、工期、质量等因素考虑，厦门第二东通道跨海桥梁采用承台及墩柱预制安装、钢箱梁整跨加工安装的装配化结构。限高条件下大型起重船方案是本项目研究重点。

2）现有大型起重船均不满足本项目航空限高要求；利用夜间航空限高开放窗口施工，存在诸多风险，不建议采用该方案。

3）基于适应性以及经济性考虑，推荐建造船艏固定臂架起重船。通过采取起重船动滑轮与吊装架一体化设计以及钢箱梁托底吊装工艺设计等措施，可以同时满足限高和吊高要求。

4）本研究可为类似桥梁建设提供借鉴，有利于装配式桥梁结构的推广。