CN114960465B - 链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，将钢塔加工为多个节段，设置钢塔提升架和滑移轨道，将钢塔节段通过滑移轨道滑移到提升架下方，逐节提升钢塔节段并实现钢塔节段转体。上下相邻钢塔节段在提升及转体过程中铰接，提升及转体完成后焊接连接。钢塔节段采用卧拼，不用搭设拼装支架，而且提升架高度较低，高于钢塔重心高度即可，因此能降低施工成本和材料消耗；使用方式灵活，适用范围广，对“先梁后塔”及“先塔后梁”的桥梁施工方法均适用。
Description
技术领域
本发明属于桥梁施工技术领域，涉及斜拉桥钢塔的转体安装施工，具体一种链条提升式钢塔转体施工方法。
背景技术
斜拉桥钢塔的安装一般采用“支架节段吊装法”和“钢塔转体施工方法”。相较支架节段吊装法，转体施工对于控制钢塔的成形精度，减少高空作业，提高焊接质量，降低成本具有显著优势。常见转体施工方法有“塔架竖提转体法”和“支撑架起扳转体法”，二者分别有各自不同特点，适用不同的施工条件。
“塔架竖提转体法”是将钢塔整体竖转，需要搭设高度大于钢塔的临时塔架，在塔架上方布置液压同步提升系统，边提边转。该方法投入的塔架材料较多，高空作业也多，成本费用高，塔架安拆作业安全风险高，而且只能用于“先梁后塔”的施工工艺，且只能用于桥面以上部分钢塔安装，桥面以下部分仍需要大型塔吊、履带吊或者浮吊来安装。
“支撑架起扳转体法”，也叫“桅杆式”竖转，也是对钢塔整体竖转，和塔架提升式竖转相比，扳起支撑架(桅杆)的高度较低，投入相对较小，但是由于起扳时塔身需要一定倾斜角度，因此仍然需要搭设一部分支架进行钢塔拼装，同时，塔身竖转到位后，起扳支撑架处于倾斜状态，拆除时需要先搭设一部分支架托举住起扳支撑架，然后分段拆除。塔身拼装支架、支撑架拆除支架均需要投入一定的材料，同时还需要在塔身与支撑架之间设置拉索，以稳定支撑架的空间相对位置。此外，该方法在塔身底部铰位置有很大的水平推力，需要设置止推措施。考虑到支架投入的缘故，此方法也多用于“先梁后塔”的桥梁施工中，利用梁体作为塔身搭设平台和水平推力的传力。与塔架提升方法一样，桅杆式竖转方法也是只能用于桥面以上部分钢塔安装，桥面以下部分仍需要大型塔吊、履带吊或者浮吊来安装。
发明内容
本发明的目的是针对现有钢塔转体方法的不足，提出一种链条提升式钢塔转体施工方法，以降低临时塔架高度，减少高空作业，节约塔架搭设成本，同时减小施工场地。
本发明的技术方案如下：
一种链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)搭设钢塔提升架：钢塔提升架包括两个塔肢，两塔肢分别位于斜拉桥钢塔设计安装位置两侧，两塔肢顶部间横桥向设置两根承重梁，两承重梁上设置两个钢塔提升操作平台，每个钢塔提升操作平台上设置一组钢塔提升设备；
(2)设置钢塔滑移系统：顺桥向铺设两条滑轨，两滑轨前端位于钢塔提升架下方，后端延伸至钢塔节段拼装或卸载区，两滑轨的间距小于斜拉桥钢塔两塔柱的间距，两滑轨位于钢塔提升架下方的一端分别设置一前端水平牵引装置；
(3)制作钢塔节段：将斜拉桥钢塔分为多个节段加工，各节段的两塔柱间焊接两根临时横梁，每根临时横梁底部对称设置两个滑靴，两滑靴的间距与所述滑移系统的两滑轨的间距相等，临时横梁与滑靴间通过转轴连接；首节段钢塔的两塔柱下端以及其余节段的两塔柱两端分别设置一铰接件；每个钢塔节段的两塔柱外侧分别焊接一吊耳，两吊耳位于钢塔节段重心以上位置；
(4)提升首节钢塔：将首节钢塔顺桥向平放在两滑轨上，并使临时横梁底部的两滑靴分别支撑在两滑轨上；两前端水平牵引装置通过牵引索连接临时横梁或两滑靴，并牵引首节钢塔沿滑轨向钢塔提升架移动；首节钢塔前端到达钢塔提升架下方时，将钢塔提升架上的两组钢塔提升设备分别通过提升索与首节钢塔两塔柱外侧的吊耳连接，两组钢塔提升设备同步收紧提升索，将首节钢塔前端逐渐向上提升，并牵引首节钢塔继续沿滑轨向前滑动，边提升边转体，直至首节钢塔转体到完全处于竖直状态；
(5)提升第二节钢塔：将第二节钢塔平放在两滑轨上，并通过前端水平牵引装置牵引第二节钢塔滑移至其前端到达钢塔提升架下方；
将首节钢塔两塔柱下端的铰接件与第二节钢塔两塔柱前端的铰接件通过销轴铰接；
两组钢塔提升设备同步向上提升首节钢塔，使第二节钢塔逐渐转体为竖直状态；
在首节钢塔的两塔柱下端与第二节钢塔的两塔柱上端间焊接塔身钢板，将两节段间的铰接转换为刚性连接；
(6)提升第三节钢塔及后续钢塔节段：将第三节钢塔平放在两滑轨上，前端水平牵引装置牵引第三节钢塔前端滑移到钢塔提升架下方，将第三节钢塔前端与第二节段下端铰接；
钢塔提升设备更换吊点，将提升索与首节钢塔的吊耳连接更换为与第二节钢塔的吊耳连接，并同步向上提升，使第三节钢塔逐渐转体为竖直状态；
在第二节钢塔下端与第三节钢塔上端间焊接塔身钢板，将两节段间的铰接转换为刚性连接；
按照同样的方法依次提升后续钢塔节段，最后一节提升完成后，将其下端与钢塔底座连接，完成钢塔安装。
本发明对钢塔采用节段式提升竖转，相对于现有的“塔架竖提转体法”，可进一步降低提升架搭设高度，提升架高度满足提升点高于整个钢塔的重心高度即可，最多是塔身高度的60％，成本更低，高空作业大幅减少，安全性更好；相对于现有的“支撑架起扳转体”，可减少支撑架的搭设、拆除时的支架投入和大型设备的使用。
此外，本方法在“先梁后塔”及“先塔后梁”的桥梁施工中均适用。用于“先梁后塔”施工时，可在梁顶水平拼装钢塔节段，不需要大型塔吊，采用普通吊车拼装；用于“先塔后梁”施工时，可以搭一短支架，在短支架上水平拼装钢塔节段，拼一节提升转体一节。也可以不用支架，直接用卸船的浮吊将塔节喂到位，喂一节焊接、提升一节。
附图说明
图1是钢塔提升架及钢塔滑移系统的顺桥向侧视图；
图2是钢塔提升架及钢塔滑移系统的平面图；
图3是钢塔提升架上的钢塔提升设备的一种设置方式侧视图；
图4是图3所述操作平台的前视图；
图5是钢塔提升架上的钢塔提升设备的另一种设置方式侧视图；
图6是图5所示操作平台的前视图；
图7是一个钢塔节段的平面结构示意图；
图8显示滑靴的立面图；
图9显示滑靴的侧视图；
图10是首节钢塔在滑轨上滑移的平面图；
图11是首节钢塔被牵引滑移到钢塔提升架下方时的侧视图；
图12是提升设备开始提升首节钢塔时的侧视状态图；
图13是首节钢塔提升转体后的侧视图；
图14是首节钢塔提升转体后的前视图；
图15是第二节钢塔滑移到钢塔提升架下方时的状态示意图；
图16是第二节钢塔被提升转体后的侧视图；
图17是第二节钢塔被提升转体后的前视图；
图18是第三节钢塔滑移到钢塔提升架下方时的状态示意图；
图19是第三节钢塔被提升转体后的侧视图；
图20是第三节钢塔被提升转体后的前视图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
(1)搭设钢塔提升架：如图1、图2所示，钢塔提升架1包括两个塔肢，两塔肢分别位于斜拉桥钢塔设计安装位置两侧，两塔肢顶部间横桥向设置两根承重梁2，两承重梁上设置两个钢塔提升操作平台3，每个钢塔提升操作平台上设置一组钢塔提升设备4。
本发明具体实施时，为保证提升钢塔时提升架的受力平衡和稳定，可在所述钢塔提升架的两塔肢背向钢塔安装位置一侧分别设置缆风绳5。缆风绳一端与提升架连接，另一端锚固在既有承台上，或新建锚碇锚固缆风绳。
本发明具体实施时，所述钢塔提升架1可采用钢管桩支架，每个塔肢包括按矩形的4个顶点布设的4根钢管桩，钢管桩下端插打于河床下一定深度，相邻钢管桩间设置平联和斜撑；每个塔肢顶部顺桥向焊接两根纵梁6，每根纵梁朝钢塔安装位置延伸出一定长度的悬臂，悬臂的前端与钢管桩间焊接斜撑，两根所述承重梁2横桥向搭设在两塔肢的悬臂上。
所述钢塔提升架的高度应高于斜拉桥钢塔竖立时的重心高度，一般情况下不超过整个钢塔高度的60％即可。
(2)设置钢塔滑移系统：顺桥向铺设两条滑轨7，两滑轨前端位于钢塔提升架下方，在钢塔采用现场拼装时，两滑轨后端延伸至钢塔节段拼装平台，在钢塔采用后场加工、船运或车运至现场时，两滑轨后端延伸至钢塔节段卸载区。两滑轨的间距小于斜拉桥钢塔两塔柱的间距，两滑轨位于钢塔提升架下方的一端分别设置一前端水平牵引装置8。
设置钢塔滑移系统时，在桥梁采用先梁后塔施工方法的情况下，滑轨7可直接铺设在梁面上；在桥梁采用先塔后梁施工方法的情况下，可顺桥向在水中搭设一钢栈桥9，将滑轨7铺设在所述栈桥9上。
(3)制作钢塔节段：将斜拉桥钢塔分为多个节段加工，每个节段均采用卧式拼装。如图7所示，每个钢塔节段的两塔柱11间焊接两根临时横梁12，每根临时横梁底部对称设置两个滑靴13，两滑靴的间距与所述滑移系统的两滑轨的间距相等，临时横梁与滑靴间通过转轴连接；首节段钢塔的两塔柱下端以及其余节段的两塔柱两端分别设置一铰接件14；每个钢塔节段的两塔柱外侧分别焊接一吊耳15，两吊耳位于钢塔节段重心以上位置。
所述滑靴13用于钢塔节段沿滑轨滑移，其结构如图8、图9所示，包括一滑板131，滑板两侧分别焊接一与滑板垂直的限位板132，形成一槽口朝下的槽钢结构，两限位板的间距等于滑轨的宽度，滑板顶面焊接一与滑板垂直、与两限位板平行的支撑板133；所述临时横梁12底部对应每个滑靴焊接两块连接板16，滑靴顶部的支撑板位于临时横梁底部的两连接板间，并与两连接板通过销轴17转动连接；钢塔节段平放在滑轨7上时，滑靴的滑板131支撑在滑轨7的顶面，两限位板132分别位于滑轨7的两侧，防止滑靴脱轨。
(4)提升首节钢塔：如图10、图11、图12、图13、图14所示，将首节钢塔18顺桥向平放在两滑轨7上，并使临时横梁12底部的两滑靴13分别支撑在两滑轨上；两前端水平牵引装置8通过牵引索连接临时横梁或两滑靴，并牵引首节钢塔沿滑轨向钢塔提升架移动；首节钢塔18前端到达钢塔提升架下方时，将钢塔提升架上的两组钢塔提升设备分别通过提升索19与首节钢塔两塔柱外侧的吊耳15连接，两组钢塔提升设备同步收紧提升索，将首节钢塔前端逐渐向上提升，并牵引首节钢塔继续沿滑轨向前滑动，边提升边转体，直至首节钢塔转体到完全处于竖直状态。
(5)提升第二节钢塔：如图15、图16、图17所示，将第二节钢塔20平放在两滑轨7上，并通过前端水平牵引装置牵引第二节钢塔滑移至其前端到达钢塔提升架下方；
将首节钢塔两塔柱下端的铰接件14与第二节钢塔两塔柱前端的铰接件通过销轴铰接；
两组钢塔提升设备同步向上提升首节钢塔，使第二节钢塔逐渐转体为竖直状态；
在首节钢塔的两塔柱下端与第二节钢塔的两塔柱上端间焊接塔身钢板21，将两节段间的铰接转换为刚性连接。
(6)提升第三节钢塔及后续钢塔节段：如图18、图19、图20所示，将第三节钢塔22平放在两滑轨7上，前端水平牵引装置牵引第三节钢塔前端滑移到钢塔提升架下方，将第三节钢塔前端与第二节段下端铰接；
钢塔提升设备更换吊点，将提升索19与首节钢塔18的吊耳连接更换为与第二节钢塔20的吊耳连接，并同步向上提升第二节钢塔，使第三节钢塔逐渐转体为竖直状态；
在第二节钢塔20下端与第三节钢塔22上端间焊接塔身钢板，将两节段间的铰接转换为刚性连接；
按照同样的方法依次提升后续钢塔节段，最后一节提升完成后，将其下端与钢塔底座连接，完成钢塔竖转及安装。
本发明具体实施时，所述钢塔提升设备4可采用连续千斤顶或卷扬机。以采用连续千斤顶为例，每组钢塔提升设备4采用两台连续千斤顶，每台千斤顶穿设一钢塔提升索19，两台千斤顶交替提升钢塔。钢塔节段提升时，先由每组提升设备的一台千斤顶通过提升索连接首节钢塔上的吊耳，更换吊点时，每组提升设备的另一台千斤顶通过提升索连接第二节钢塔上的吊耳，然后解除与首节钢塔的提升索连接；两台千斤顶如此反复交替，实现吊点更换。
如图11、图12、图13中所示的状态，钢塔节段在竖转提升过程中，其与水平面的夹角在不断变化，由水平状态逐渐转化为竖直状态。提升索19的角度随着钢塔节段角度的变化也相应变化。
为适应钢塔节段及提升索角度的变化，可在每个所述钢塔提升操作平台上设置一提升设备支架。如图3、图4所示，每个提升设备支架包括两个球形支座23，两球形支座间横桥向有一定间距，两球形支座的底座通过螺栓固定在钢塔提升操作平台上，两球形支座间搭设一块承重板24，承重板与球形支座的顶板通过螺栓连接；或者如图5、图6所示，所述提升设备支架包括两块与提升操作平台顶面垂直的立板25，两立板间横桥向有一定间距，两立板底边焊接在钢塔提升操作平台上，两立板间设置一块承重板24，所述承重板24的两端通过转轴与两立板25转动连接。两千斤顶4横桥向并列设置在提升设备支架的承重板上。钢塔节段在竖转提升过程中，随着钢塔节段及提升索角度的变化，承重板会在球形支座上转动，或绕立板转动，使千斤顶的张拉力方向始终与提升索19的方向一致。
本发明具体实施时，还可在每条滑轨的后端分别设置一后端水平牵引装置10。前端水平牵引装置8及后端水平牵引装置10可采用卷扬机或连续千斤顶。在每个钢塔节段开始提升时，前端水平牵引装置解除与钢塔节段的连接，将后端水平牵引装置与钢塔节段后端的临时横梁或滑靴连接，并提供一定反拉力，使钢塔节段保持沿滑轨滑行，避免脱轨。
本发明具体实施时，每个钢塔节段的塔柱端部的铰接件14可采用铰链或铰接钢板。采用铰链时，每根铰链的两端分别与塔柱端部两相对的内侧壁通过挂钩连接或焊接，铰链的中间设置销孔；采用铰接钢板时，将铰接钢板的后端两侧分别与塔柱端部的两相对内侧壁焊接，铰接钢板前端预设销孔；两钢塔节段铰接时，将两钢塔节段相对端的铰接件通过销轴连接，类似于链条节段间的连接。下方钢塔节段在被提升的同时，绕销轴转动，逐渐转体为竖直状态。
Claims (10)
1.一种链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)搭设钢塔提升架：钢塔提升架包括两个塔肢，两塔肢分别位于斜拉桥钢塔设计安装位置两侧，两塔肢顶部间横桥向设置两根承重梁，两承重梁上设置两个钢塔提升操作平台，每个钢塔提升操作平台上设置一组钢塔提升设备；
(2)设置钢塔滑移系统：顺桥向铺设两条滑轨，两滑轨前端位于钢塔提升架下方，后端延伸至钢塔节段拼装或卸载区，两滑轨的间距小于斜拉桥钢塔两塔柱的间距，两滑轨位于钢塔提升架下方的一端分别设置一前端水平牵引装置；
(3)制作钢塔节段：将斜拉桥钢塔分为多个节段加工，各节段的两塔柱间焊接两根临时横梁，每根临时横梁底部对称设置两个滑靴，两滑靴的间距与所述滑移系统的两滑轨的间距相等，临时横梁与滑靴间通过转轴连接；首节段钢塔的两塔柱下端以及其余节段的两塔柱两端分别设置一铰接件；每个钢塔节段的两塔柱外侧分别焊接一吊耳，两吊耳位于钢塔节段重心以上位置；
(4)提升首节钢塔：将首节钢塔顺桥向平放在两滑轨上，并使临时横梁底部的两滑靴分别支撑在两滑轨上；两前端水平牵引装置通过牵引索连接临时横梁或两滑靴，并牵引首节钢塔沿滑轨向钢塔提升架移动；首节钢塔前端到达钢塔提升架下方时，将钢塔提升架上的两组钢塔提升设备分别通过提升索与首节钢塔两塔柱外侧的吊耳连接，两组钢塔提升设备同步收紧提升索，将首节钢塔前端逐渐向上提升，并牵引首节钢塔继续沿滑轨向前滑动，边提升边转体，直至首节钢塔转体到完全处于竖直状态；
(5)提升第二节钢塔：将第二节钢塔平放在两滑轨上，并通过前端水平牵引装置牵引第二节钢塔滑移至其前端到达钢塔提升架下方；
将首节钢塔两塔柱下端的铰接件与第二节钢塔两塔柱前端的铰接件通过销轴铰接；
两组钢塔提升设备同步向上提升首节钢塔，使第二节钢塔逐渐转体为竖直状态；
在首节钢塔的两塔柱下端与第二节钢塔的两塔柱上端间焊接塔身钢板，将两节段间的铰接转换为刚性连接；
(6)提升第三节钢塔及后续钢塔节段：将第三节钢塔平放在两滑轨上，前端水平牵引装置牵引第三节钢塔前端滑移到钢塔提升架下方，将第三节钢塔前端与第二节段下端铰接；
钢塔提升设备更换吊点，将提升索与首节钢塔的吊耳连接更换为与第二节钢塔的吊耳连接，并同步向上提升，使第三节钢塔逐渐转体为竖直状态；
在第二节钢塔下端与第三节钢塔上端间焊接塔身钢板，将两节段间的铰接转换为刚性连接；
按照同样的方法依次提升后续钢塔节段，最后一节提升完成后，将其下端与钢塔底座连接，完成钢塔安装。
2.根据权利要求1所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：所述钢塔提升架的两塔肢背向钢塔安装位置一侧分别设置有缆风绳。
3.根据权利要求1所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：所述钢塔提升架采用钢管桩支架，每个塔肢包括按矩形的4个顶点布设的4根钢管桩，钢管桩下端插打于河床下一定深度，相邻钢管桩间设置平联和斜撑；每个塔肢顶部顺桥向焊接两根纵梁，每根纵梁朝钢塔安装位置延伸出一定长度的悬臂，悬臂的前端与钢管桩间焊接斜撑，两根所述承重梁横桥向搭设在两塔肢的悬臂上。
4.根据权利要求1所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：每组钢塔提升设备包括两台连续千斤顶，每台千斤顶穿设一钢塔提升索，两台千斤顶交替提升钢塔，先由每组提升设备的一台千斤顶通过提升索连接首节钢塔上的吊耳，更换吊点时，每组提升设备的另一台千斤顶通过提升索连接第二节钢塔上的吊耳，然后解除与首节钢塔的提升索连接；两台千斤顶如此反复交替，实现吊点更换。
5.根据权利要求4所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：每个所述钢塔提升操作平台上设置一提升设备支架，每个提升设备支架包括两个球形支座，两球形支座间横桥向有一定间距，两球形支座的底座通过螺栓固定在钢塔提升操作平台上，两球形支座间搭设一块承重板，承重板与球形支座的顶板通过螺栓连接；两千斤顶横桥向并列设置在提升设备支架的承重板上。
6.根据权利要求4所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：每个所述钢塔提升操作平台上设置一提升设备支架，所述提升设备支架包括两块与提升操作平台顶面垂直的立板，两立板间横桥向有一定间距，两立板底边焊接在钢塔提升操作平台上，两立板间设置一块承重板，所述承重板的两端通过转轴与两立板转动连接；两千斤顶横桥向并列设置在提升设备支架的承重板上。
7.根据权利要求1所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：设置钢塔滑移系统时，在桥梁采用先梁后塔施工方法的情况下，滑轨直接铺设在梁面上；在桥梁采用先塔后梁施工方法的情况下，顺桥向在水中搭设一钢栈桥，将滑轨铺设在所述栈桥上。
8.根据权利要求1所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：每条滑轨的后端分别设置一后端水平牵引装置；在每个钢塔节段开始提升时，前端水平牵引装置解除与钢塔节段的连接，后端水平牵引装置与钢塔节段后端临时横梁或滑靴连接，并提供一定反拉力，使钢塔节段保持沿滑轨滑行。
9.根据权利要求1所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：每个钢塔节段的塔柱端部的铰接件采用铰链或铰接钢板；采用铰链时，每根铰链的两端分别与塔柱端部两相对的内侧壁通过挂钩连接或焊接，铰链的中间设置销孔；采用铰接钢板时，铰接钢板的后端两侧分别与塔柱端部顺桥向两内侧壁焊接，铰接钢板前端预设销孔；两钢塔节段铰接时，将两钢塔节段相对端的铰接件通过销轴连接。
10.根据权利要求1所述的链条提升式斜拉桥钢塔转体施工方法，其特征在于：所述滑靴包括一滑板，滑板两侧分别焊接一与滑板垂直的限位板，形成一槽口朝下的槽钢结构，两限位板的间距等于滑轨的宽度，滑板顶面焊接一与滑板垂直、与两限位板平行的支撑板；所述临时横梁底部对应每个滑靴焊接两块连接板，滑靴顶部的支撑板位于临时横梁底部的两连接板间，并与两连接板通过销轴转动连接；钢塔节段平放在滑轨上时，滑靴的滑板支撑在滑轨的顶面，两限位板分别位于滑轨的两侧。
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