提要：為了確保管橋工程的質(zhì)量與安全，分析論證了貝雷桁架懸臂頂推法、搭設(shè)滿堂紅支架法、大型吊車抬吊法、金屬桅桿吊裝法等管橋施工方案。通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較得出，金屬桅桿吊裝法與大型吊車抬吊法結(jié)合起來施工是最佳方案。這一經(jīng)驗(yàn)對大口徑鋼制管橋施工具有很高的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：大口徑 管橋 施工方案 經(jīng)濟(jì)技術(shù)
一、DN3100mm管橋工程概述大壩河管橋工程是深圳市東部供水工程大壩河交叉建筑物工程的一部分，在1#鎮(zhèn)墩、1#樁柱、2#樁柱、3#樁柱、4#樁柱、5#樁柱、6#樁柱、2#鎮(zhèn)墩上吊裝兩排并行的DN3100MM鋼管管道，單管總長約160多米，設(shè)計(jì)樁號K23+ 741.2至樁號K23+917.5.其中1#~2#、2#~3#、3#~4#、4#~5#樁樁的跨度均為30米，5#~6#樁的跨度為22米。長度30米管道單重為75噸，長度22米管道單重為55噸。地面至管道頂最高點(diǎn)為19.8米，施工地面是大壩河河道。
跨越大壩河河道的管橋，體積大：管徑達(dá)3.1米，重量大：每米重量達(dá)2.5噸，跨距大：每跨達(dá)30米，高度大：最高達(dá)19.8米，難度大：地質(zhì)（有溶洞、土洞、斷層等）、施工條件差。可見，管橋施工是整個(gè)工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為此，我們設(shè)計(jì)編制了貝雷桁架懸臂頂推法、搭設(shè)滿堂紅支架法、大型吊車抬吊法、金屬桅桿吊裝法等待選。
二、管橋施工方案介紹2.1、貝雷桁架懸臂頂推法懸臂頂推法施工管橋，顧名思義就是樁柱中間不設(shè)任何承力點(diǎn)，使管橋處于懸臂狀態(tài)對其進(jìn)行頂進(jìn)，直至到達(dá)下一個(gè)承力點(diǎn)所進(jìn)行的架設(shè)工作。
2.1.1、頂推準(zhǔn)備在1#樁以北與原地面相接處及2#樁南側(cè)4米范圍內(nèi)，沿管橋縱向設(shè)51米長的空中工作平臺及頂推作業(yè)面。2#樁南側(cè)4米處設(shè)置混凝土頂推后備；在1#、2#樁之間及2#樁附近用萬能桿件或門式支架搭設(shè)支墩、萬能墩，其地基應(yīng)經(jīng)過處理，滿足承載力要求；在支墩上架設(shè)兩片貝雷梁，中心間距4.6米。橫向用槽鋼及相應(yīng)連接件將兩片桁梁連在工字鋼上，縱向鋪設(shè)兩條輕型鋼軌滑道及木板作為工作平臺。在頂推過程中，為保證管道中線的準(zhǔn)確，防止管道左右橫向偏移，擬在頂推平臺51米的范圍內(nèi)滑道上，設(shè)置管道臨時(shí)橫向固定裝置，使管道只能沿縱向移動。
2.1.2、管橋頂推管橋頂推施工前預(yù)先安裝各墩帽上的設(shè)計(jì)支撐環(huán)，并使頂推管橋底高于設(shè)計(jì)的支撐環(huán)底部約30cm.在搭設(shè)的平臺上，將3.6米鋼管對位焊接，然后進(jìn)行鋼管頂推作業(yè)，使其向南側(cè)的3#樁推進(jìn)。每推進(jìn)3.6米長后，停止頂推作業(yè)，進(jìn)行鋼管對位焊接，同時(shí)架設(shè)經(jīng)緯儀進(jìn)行平面位置進(jìn)行校正。如此交遞推進(jìn)，頂推管橋通過3#樁、4#樁、5#樁最后到達(dá)終點(diǎn)6#樁位，頂進(jìn)總長為161米。頂進(jìn)過程可以采用卷揚(yáng)機(jī)等牽引措施。
2.1.3、管橋架設(shè)管橋頂推到位后，在各個(gè)墩位上用千斤頂對管橋進(jìn)行起頂，拆除所有的滑軌、支架和支墩，將管橋落管于支撐環(huán)上完成管橋的架設(shè)。在管底管橋起頂位置應(yīng)用鋼板焊接板和環(huán)管下半部的支撐肋板，增加管橋起頂處受力面積以防止其局部變形。管橋在1#樁以北及5#樁以南部分在伸縮節(jié)安裝好后，用吊車起吊進(jìn)行對位焊接，從而完成全段管橋的施工。
2.2、搭設(shè)滿堂紅支架法該法的關(guān)鍵是搭設(shè)滿堂紅支架，支架搭設(shè)好后管橋施工變得簡單容易，30米長的橋跨就成2.6米長的管段在支架頂?shù)膶ξ缓附印?/p>
2.2.1、支架設(shè)計(jì)測量放線，并進(jìn)行平整場地，然后在搭設(shè)膺架的范圍內(nèi)進(jìn)行碾壓密實(shí)，處理地基，鋪設(shè)15cm厚約4%的水泥穩(wěn)定層1600米，并及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。穩(wěn)定層強(qiáng)度達(dá)到后，在其上搭設(shè)支架。
根據(jù)不同的孔距而順線路方向搭設(shè)門形支架排數(shù)，最寬跨為33排，間距為90cm，橫線路方向搭設(shè)6排，間距為60cm，總寬度為10.32米，由不同的孔內(nèi)高度決定搭設(shè)排數(shù)，最高孔搭設(shè)9層，每次搭設(shè)2孔，門形支架采用1.7米高，φ48的鋼管進(jìn)行橫桿和剪刀撐的連接，搭設(shè)按水平地面起一層一層由下而上搭設(shè)，邊搭邊加固。
2.2.2、設(shè)計(jì)驗(yàn)算1）、主要數(shù)據(jù)：單根鋼管C1=2.316t/m，方木G2=0.4t/m2，單排門形支架重G3=0.24t/排（含加固鋼管重），操作人員及施工荷載G4=0.4t/m2 2）、最下排的支架計(jì)算：
P=2.316×0.9=0.4×1.82×0.9-0.24×1.82×0.9+0.4×1.80×0.9 = 3.81（t）P /2=1.9（t），K=[p] /（P /2）= 4/1.9 = 2.1安全地基承載力δ=3.8/（1.82×0.9）=0.0232Mpa安全2.3、大型吊車抬吊法對大壩河河岸場地進(jìn)行平整，作為管橋的加工場地和吊裝作業(yè)場地。同時(shí)修筑一條通往河岸工作的臨時(shí)便道，作為材料進(jìn)場和吊裝設(shè)備的進(jìn)出通道。3#、4#樁跨越大壩河主河道，中間的臨時(shí)支墩基礎(chǔ)采用圍堰筑島，搭設(shè)與3#、4#樁圍堰筑島部分相連的棧橋，以便施工人員進(jìn)出及作業(yè)，其施工作業(yè)應(yīng)抓緊在枯水季度進(jìn)行。
以50T吊車為例說明管橋吊裝施工（如有100 T以上的吊車，可直接起吊30米整跨管段，施工更為簡單）。在1#~5#樁中每跨的跨中用萬能桿件或門支架搭設(shè)一個(gè)臨時(shí)支墩，使每個(gè)跨度由30米縮短為15米。將管道在地面按15米對位焊好后，用兩臺50T吊車將其分段吊裝至設(shè)計(jì)橋墩和臨時(shí)搭建的支墩上，進(jìn)行對位焊接。每跨管橋?qū)ξ缓附油瓿珊螅鸪R時(shí)支墩再移至下一跨。照此方法進(jìn)行管橋施工，直至完成全段管橋的施工作業(yè)。所有施工作業(yè)完成后，應(yīng)拆除圍堰筑島，使河道恢復(fù)暢通。
2.4、金屬桅桿吊裝法金屬桅桿吊裝法在工廠中經(jīng)常用來吊裝重型設(shè)備，但在大口徑管橋施工中采用尚屬首次，而且效果非常好。
2.4.1、吊裝計(jì)算
以每次吊裝30m長管道進(jìn)行計(jì)算。吊物重量Q=75t，吊具重量q=2t，動載系數(shù)K1=1.1，超載系數(shù)K2=1.1.
2.4.2、金屬桅桿吊裝設(shè)備選型每跨30米長的Ф3100×30鋼管重量為75噸，吊裝荷重為93噸，桅桿底部受力為140噸。主風(fēng)繩受力為33.55噸，由于施工現(xiàn)場地形復(fù)雜，為避免單點(diǎn)受力過大的問題，采用三根主風(fēng)繩（1主2付），三個(gè)錨點(diǎn)均按20噸鋪設(shè)。采用兩臺8噸卷揚(yáng)機(jī)，兩個(gè)導(dǎo)向滑車，6×6、50噸滑輪組起吊，卷揚(yáng)機(jī)受力為5.17噸。
根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況，1#-2#樁、2#-3#樁、4#-5#樁的三段管道，采用斜立單根200噸金屬桅桿吊裝，5#-6#樁柱、1#鎮(zhèn)墩至1#樁、6#樁至2#鎮(zhèn)墩的三段管道，采用單根為140噸金屬桅桿吊裝。3#-4#樁柱間為大壩河中心，水流較急，沒有位置豎立桅桿，考慮采用一組200噸桅桿與一組140噸金屬桅桿，兩組桅桿分別豎立在3#、4#樁外側(cè)，采用斜立雙桅桿抬吊的方法進(jìn)行管道的吊裝。
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單金屬桅桿為200t×28m、140t×28m各一套，桅桿底部采用鋼木結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位和固定。
2.4.3、吊裝工序選定吊裝位置-→鋪設(shè)桅桿基座-→組對桅桿-→桅桿吊裝-→（兩組桅桿同步起吊試驗(yàn)）-→捆綁管道-→試吊-→起吊至指定位置-→找平找正-→管道對口、焊接、固定-→摘鉤-→桅桿位移至第二根吊裝位置。
三、管橋施工方案比較為比較方便，將有關(guān)數(shù)據(jù)編制成表格，見管橋施工方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較一覽表，從表中看出，金屬桅桿吊裝法是這些方案中最優(yōu)的。
管橋施工方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較一覽表
項(xiàng)目貝雷桁架懸臂頂推法滿堂紅支架法大型吊車抬吊法金屬桅桿吊裝法施工費(fèi)用約300萬元約148萬元約130萬元約75萬元計(jì)劃工期120天75天60天90天技術(shù)分析在平臺上組對鋼管比地面上難度大。頂推過程中，隨著鋼管懸臂長度的增加，控制其準(zhǔn)確位置的難度增大。由于鋼管為懸臂，支撐鋼管而架設(shè)的萬能桿件和貝雷鋼桁梁不能立即拆除，因此大大增加了施工費(fèi)用，僅搭設(shè)高位平臺及桁架的費(fèi)用就約180萬元。存在以下問題，在暴雨洪水季節(jié)，3#、4#樁孔之間無法搭設(shè)。而且在正常情況下，在河道中搭設(shè)鋼管膺架，基礎(chǔ)處理難度大，地基承載力難以保證，高空平臺組對非常困難。雖然施工簡單工期短，但在3#、4#樁跨樁基發(fā)現(xiàn)溶洞、土洞、斷層等不利地質(zhì)條件，在3#、4#樁之間加設(shè)一個(gè)臨時(shí)支墩成為不可能，如進(jìn)展不順利，臺班費(fèi)用會大增。在工廠中經(jīng)常用來吊裝重型設(shè)備，但在大口徑管橋施工中采用尚屬首次，有效解決了3#~4#樁跨的施工難度，雨季仍可施工，它工期適中，費(fèi)用最小只有約75萬元，是最可行的方案。
基本評價(jià)可行基本可行部分不可行最可行
四、結(jié)論管橋施工方案的選擇，必須考慮安全可靠、費(fèi)用最小、技術(shù)可行、工期保障等綜合因素。經(jīng)過多次專題研討會的分析論證，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，并根據(jù)氣候地質(zhì)條件，我們用雙金屬桅桿吊裝法施工3#、4#樁等難度大的樁跨，用單金屬桅桿（140T）吊裝施工5#、6#樁跨，用大型吊車（90、120T）抬吊法施工其他樁跨，這種把兩種施工方案結(jié)合起來的方法是我們在本次工程施工中的發(fā)明創(chuàng)造，實(shí)踐證明它是最佳的實(shí)用有效的。金屬桅桿吊裝法是最原始也是最常用最簡便的起重工具，但有時(shí)吊裝施工中受場地限制，如大型吊車等無法進(jìn)入或站位等，這種古老的起重方法就體現(xiàn)了它的優(yōu)越性，成功地解決了大型吊車無法站位等本次工程施工難題。
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