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全国市政工程行业科技成果展示:外倾式非对称钢拱肋施工成套技术

    “外倾式非对称钢拱肋施工成套技术”项目于2016年1月立项,2016年6月完成并通过了广东省住房和城乡建设厅组织的项目成果鉴定。该项目研究由广州市市政工程机械施工有限公司、广州市第一市政工程有限公司承担。该项目获得“全国市政行业2016年度市政工程科学技术奖”二等奖,其研究成果适用于大吨位、大跨度、大面积的超大型钢构件安装施工,特别适用于非对称、不规则的钢构件安装施工。

    项目技术要点及特点

    大跨度、大吨位的外倾式非对称钢拱肋安装施工更多的需要因地制宜,目前成熟的钢拱肋施工技术较少,随着施工材料及设备的更新,施工关键技术没有及时推陈出新,尤其体现在钢拱肋分块制作精度、分段运输、整体提升拼装精度、提升过程动态监测等方面缺乏相应的关键施工技术。

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装配式支架安装

    “外倾式非对称钢拱肋施工成套技术”项目研究依托广州市蕉门河中心区车行桥钢结构工程立项,其技术成果有效地解决了制约外倾式非对称钢拱肋施工的关键技术问题,其技术要点及特点如下。

    拱肋在钢构厂进行加工制造以及预拼装,根据现场安装条件优化拱肋的分段,然后运送至施工现场。

    拱肋的安装方法采用“双栈桥运输+超高装配式支架,通过智能系统控制多台连续液压千斤顶在超高装配式支架同步提升、高空三维原位对接安装工艺”,通过连续千斤顶调整索距,实现拱肋旋转、轴线对中精确定位。

    沿钢拱肋投影线搭设钢拱肋安装栈桥,作为钢拱肋运输通道,栈桥上搭设高空胎架,在胎架顶部设置液压提升装置提升安装钢拱肋,钢拱肋在栈桥上的运输均通过大吨位电动平板车沿设置的轨道运送。

    支架安装完成后,安装提升系统及拱肋鞍座。提升系统采用液压连续提升千斤顶,智能系统控制液压提升技术采用柔性钢绞线和刚性立柱支承,提升器集群,智能系统控制,液压提升原理,将钢拱肋提升到预定高度安装就位。

    该项目成果主要解决了广州市蕉门河中心区车行桥钢结构工程施工以下几方面的技术问题。

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钢拱肋预拼装

    1)针对左右钢拱肋分别外倾18 °和16 °,结构为空间非对称受力体系,受力复杂,施工难度非常大;单拱重接近1 500多吨,属大型异型钢结构;受限于狭窄施工场地,软弱地基及浅水位,不能整体吊装,需要分块空中三维定位吊装,单块拱重达110多吨,施工精度要求高。

    2)整体钢拱肋安装以及系杆、吊杆张拉时,结构受力状态改变,构件内力发生变化,胎架的受力也在不断变化,如何准确把握各种受力变化以保证施工安全进行是工程施工所面临的主要技术问题之一。

    3)钢拱肋采用变截面六边形钢梁,拱肋截面为变截面六边形,拱肋最大截面尺寸宽高为3.6 m×4.4 m,拱顶尺寸达2.5 m×3 m,箱梁上、下板和腹板厚度均为60 mm,中间有数量繁多的隔板和加劲板,总质量近3 000 t,计划安装分段单根构件最大110多吨,最长长度约22.25 m,加工分段运抵工地后需按照吊装顺序吊装,钢拱肋的最大吊装高度为55 m,超重构件的水平运输和垂直吊装为工程施工难点之一。

    4)钢拱肋采用六方形钢箱梁钢,线性在空中呈外倾变化,如何精确定位提升到位后的钢拱肋六边形角度也是工程施工的难点之一。

    5)拱肋在安装过程中结构受力会持续改变,构件内力及胎架的受力也在不断变化,需要不断优化调整。

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钢拱肋提升作业

    项目关键技术创新点

    该项目的关键技术及创新点如下。

    1)结合钢构厂到施工现场沿线的交通情况、施工现场的安装条件及安装方案,对拱肋分段进行了优化设计。

    2)沿拱肋投影面搭建栈桥、铺设轨道,实现了应用电动平车运输大型构件。

    3)运用装配式支架,沿钢拱肋投影线搭设,并对每段拱肋设置独立专用的支架顶及鞍座来保证安装精度要求。

    4)提升系统采用设置在构件上方的4台液压连续提升千斤顶及智能控制系统,与构件一起同步提升。

    5)提升过程中,通过智能控制系统对连续千斤顶进行调节,以控制构件的运动姿态和应力分布,对结构构件在空中进行轴线旋转和精确调节,实现空中对接,完成人力和现有设备难以完成的施工任务,大型钢构件起重安装过程简便快捷,安全可靠。

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蕉门河中心区车行桥夜景

    项目应用成果与效益

    “外倾式非对称钢拱肋施工成套技术”项目技术成果已在广州市蕉门河中心区车行桥工程中得到了成功应用,取得了良好的经济和社会效益。

    蕉门河中心区车行桥项目地理位置突出、定位高,设计方案是国际公开竞争的优秀成果,也是社会舆论的焦点,桥梁造型新颖,车行桥采用外倾多非对称系杆拱桥,形似张开翅膀的蝴蝶,很好地融入周边环境,景观价值高,建成后将具有区域地标建筑的特点,是南沙自贸区政府重点打造的景观工程。

    经济效益 该施工技术项目所采用的“双栈桥运输+超高装配式支架,通过智能系统控制4台连续液压千斤顶同步提升法”施工安装工艺,与采用满布支架支撑的大吨位吊机拼装法、少支架辅助支撑的跨桥龙门吊架设法等传统施工安装工艺相比较,工程成本可节约20 %以上,整个工程项目钢拱肋制造吊装施工可节约成本约560万元。

    社会效益 蕉门河中心区车行桥位所处蕉门河公园中心,公园水上设施较多、水域环境复杂,常年水深不超过1.2 m,无法实现大型浮吊船安装施工;施工区域土质条件非常差,淤泥深度达20多米,吊装高度接近55 m,吊装重量110多吨,施工难度大,安全形势非常不利,选择采用“双栈桥运输+超高装配式支架,通过智能系统控制4台连续液压千斤顶同步提升、高空三维原位对接安装工艺”进行钢拱肋的施工,确保了工程施工任务的安全顺利完成。

    (广州市市政工程机械施工有限公司 供稿

    注:本文刊载于《市政技术》2018年第4期,第2、3页。