摘要：文章介紹了港珠澳大橋給水管道安裝工程施工技術(shù)難點(diǎn)及解決辦法，希望給橋梁建設(shè)者提供有意義的借鑒。
關(guān)鍵詞：港珠澳大橋；給水管道；施工技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；消防工程；安全管理
1工程基本情況及施工技術(shù)難點(diǎn)
1.1工程基本情況
港珠澳大橋交通工程給排水工程給水系統(tǒng)，采用生活、消防合用給水系統(tǒng)。供水管道位于橋梁兩側(cè)翼緣下，采用管徑為DN250熱鍍鋅內(nèi)外涂塑鋼管，橋梁段管道施工長(zhǎng)度約為46000m，單側(cè)23000m，海底沉管隧道段中間管廊DN200和DN300管道（含生活和消防用供水管道）26800m。港珠澳大橋橋梁長(zhǎng)距離消防管道安裝工程存在多個(gè)施工技術(shù)難題，橋梁普通段管道吊裝在橋梁兩側(cè)翼緣下側(cè)，安裝非常困難，在國(guó)內(nèi)外沒有類似案例可鑒；橋梁段布置DN250的兩條并列干管，中間設(shè)3處連通管；青州航道管道安裝工作平臺(tái)必須跨越斜拉索；西島連接橋管道安裝設(shè)計(jì)為橋梁中間部位下側(cè)安裝；海底隧道中間管廊管道轉(zhuǎn)運(yùn)的等難題，這些難題需要研發(fā)定制特殊施工機(jī)械。管道安裝存在高處作業(yè)、臨邊作業(yè)、吊裝作業(yè)、工作平臺(tái)側(cè)翻等多種高危風(fēng)險(xiǎn)；施工作業(yè)平臺(tái)存在與橋面通行車輛發(fā)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)，平臺(tái)作業(yè)落物存在對(duì)海面通航船只造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)；施工屬于露天作業(yè)，極易受臺(tái)風(fēng)天氣、雨水天氣、炎熱天氣等不良?xì)夂蛞蛩氐挠绊憽?/p>
1.2施工技術(shù)難點(diǎn)
我們針對(duì)港珠澳大橋給水管道安裝工程施工的特點(diǎn)，港珠澳大橋橋梁段消防供水管道大約有46000mDN250熱鍍鋅內(nèi)外涂塑鋼管（管道標(biāo)準(zhǔn)單根尺寸長(zhǎng)6m，重310kg）需要安裝，安裝需要跨越1.6m高的大橋兩側(cè)護(hù)欄，并且安裝橋梁兩側(cè)下緣或中間下側(cè)，施工作業(yè)屬于海域高空作業(yè)，施工存在較大風(fēng)險(xiǎn)和困難。難點(diǎn)1：普通橋梁段管道安裝。管道在橋梁安裝的位置包括江海直達(dá)船航道橋、跨崖13-1氣田管線橋、深水區(qū)非通航孔橋、85M組合橋、九州航道橋、口岸連接橋。普通段橋梁長(zhǎng)總計(jì)約21000m，橋底管道安裝位置距離橋邊為1.98～3.78m。為解決這一管道安裝難題，需研發(fā)制作普通型作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行管道安裝。難點(diǎn)2：青州航道橋管道安裝。K17+633~K18+783，橋梁長(zhǎng)度約為1150m，橋底兩側(cè)管道安裝位置距離橋邊為6.86m，橋梁兩側(cè)有鷹嘴外延斜面平臺(tái)，且拉索在橋梁兩側(cè)，青州航道橋不同于其他位置橋型，采用普通型作業(yè)平臺(tái)不能實(shí)現(xiàn)管道安裝，需要研發(fā)新型作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行管道安裝。難點(diǎn)3：西島連接橋管道。K13+413~西島，橋梁長(zhǎng)度約為300m，管道安裝位置為橋梁中間欄桿下方，橋梁左右幅中間空隙最小處只有50cm，管道需要從這空隙吊裝下去。需研制跨吊式平臺(tái)進(jìn)行管道安裝作業(yè)。難點(diǎn)4：橋上給水連通管安裝。橋梁段K19+113、K24+833及K30+427處，有3處給水管道連通管，經(jīng)箱梁底部左右連通，橫向跨度有34m，需采用普通作業(yè)平臺(tái)車和橋梁檢測(cè)車輔助，并搭設(shè)腳手架完成管道安裝。難點(diǎn)5：海底沉管隧道中間管廊管道轉(zhuǎn)運(yùn)。港珠澳大橋海底沉管隧道段中間管廊長(zhǎng)6700m，有DN200、DN300、鋼管管道26800m需要安裝在里面的3層支架上，海底沉管中間管廊里面施工作業(yè)面狹窄，管道進(jìn)入受隧道安全門尺寸限制，轉(zhuǎn)運(yùn)難度大、運(yùn)輸任務(wù)繁重，單純依靠人力運(yùn)入和安裝是非常困難的，必須研制隧道中間管廊轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)。
2施工技術(shù)難點(diǎn)解決辦法
2.1普通橋梁段管道安裝解決的辦法
普通橋梁段管道安裝解決的辦法是，研發(fā)普通型作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行管道安裝。普通型作業(yè)平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)思想是：設(shè)計(jì)的平臺(tái)機(jī)械能沿橋梁兩側(cè)行走安裝，管道通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝跨越護(hù)欄，并放到橋下作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)上設(shè)計(jì)平推機(jī)構(gòu)和管道頂升機(jī)構(gòu)，將管道移送到吊架安裝位置，根據(jù)普通型作業(yè)平臺(tái)HSE專項(xiàng)方案配備相應(yīng)安全設(shè)施。平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方案經(jīng)過(guò)專家評(píng)審后生產(chǎn)（方案含詳細(xì)計(jì)算書及安全驗(yàn)算），管道安裝機(jī)械作業(yè)平臺(tái)工廠監(jiān)造、平臺(tái)制作完成后，需經(jīng)具備資質(zhì)的國(guó)家第三方質(zhì)量安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格；平臺(tái)安裝完畢后要進(jìn)行工廠和施工現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)全部合格后,方可投入使用。2.1.1管道安裝工作平臺(tái)主要組成①機(jī)械部分：吊臂梁架、垂直吊梁、平臺(tái)梁、結(jié)構(gòu)主梁架、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、吊臂架側(cè)梁、云梯、作業(yè)平臺(tái)、行走軌道、液壓升降機(jī)、防護(hù)欄、永磁輔助裝置等。②電機(jī)部分：平臺(tái)行走電機(jī)（含擺線針減速機(jī)）、管道吊裝卷?yè)P(yáng)機(jī)、制動(dòng)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)。③電控部分：PLC集成系統(tǒng)、顯示屏、視頻監(jiān)控器、聲光警示器、運(yùn)行指示燈、控制柜、電路、線控手柄等。2.1.2普通管道安裝作業(yè)平臺(tái)主要設(shè)計(jì)參數(shù)①管道安裝作業(yè)移動(dòng)平臺(tái)自重及承重：管道安裝作業(yè)移動(dòng)平臺(tái)鋼構(gòu)自重7500kg；其中，作業(yè)平臺(tái)重900kg；單臺(tái)作業(yè)配重5000kg；下部工作平臺(tái)作業(yè)人員4人；管道安裝作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)載荷不超過(guò)1500kg。②作業(yè)平臺(tái)抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)按16級(jí)抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)；平臺(tái)踏板采用50%孔板結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)能力為16級(jí)；橋面風(fēng)速達(dá)到8級(jí)應(yīng)停止所有作業(yè)。③橋梁管道安裝作業(yè)工作平臺(tái)主結(jié)構(gòu)梁參數(shù)：懸臂主梁250×250工字梁；懸臂與橋欄桿距離1.5m，承載能力5t。2.1.3普通型作業(yè)平臺(tái)示意圖普通型作業(yè)平臺(tái)示意圖，如圖1所示。
2.2青州航道橋管道安裝跨斜拉索解決的辦法
青州航道橋管道安裝跨斜拉索解決的辦法：研發(fā)新型作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行管道安裝，新型作業(yè)平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)思想是，設(shè)計(jì)的新型平臺(tái)機(jī)械能沿橋梁兩側(cè)行走，并且能夠穿越青州航道斜拉索，管道通過(guò)裝卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝跨越護(hù)欄、斜拉索過(guò)道和鷹嘴，并放到橋下作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)上設(shè)計(jì)平推機(jī)構(gòu)和管道頂升機(jī)構(gòu)將管道移送到吊架安裝位置，平臺(tái)機(jī)構(gòu)伸出的作業(yè)平臺(tái)在橋梁鷹嘴上設(shè)計(jì)軌道，確保支撐安全，根據(jù)新型作業(yè)平臺(tái)HSE專項(xiàng)方案配備相應(yīng)安全設(shè)施。新型平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方案的評(píng)審，監(jiān)造及驗(yàn)收程序同普通型平臺(tái)機(jī)構(gòu)。①青州航道管道安裝作業(yè)平臺(tái)主要組成：主要由五部分組成：行走機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)臺(tái)車）；作業(yè)平臺(tái)懸臂主梁桁架機(jī)構(gòu)（左、右橋面主機(jī)體結(jié)構(gòu)架，上橋面機(jī)體連接架，上下橋面機(jī)體連接架、管道吊裝及移動(dòng)機(jī)構(gòu)、鷹嘴軌道）；配重欄架機(jī)構(gòu)（配重欄架，配重塊）；管道安裝吊裝機(jī)構(gòu)（電動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊鉤及滑輪組）；工作平臺(tái)機(jī)構(gòu)（橋外機(jī)體垂直吊架梁，左右平臺(tái)1字梁、左右平臺(tái)三角大梁、龍骨架、中間格柵、前后左右欄桿、內(nèi)踏板、外踏板、移動(dòng)頂升機(jī)構(gòu)）。②新型作業(yè)平臺(tái)技術(shù)參數(shù)：管道安裝作業(yè)平臺(tái)自重16000kg；單臺(tái)作業(yè)配重6000kg；下部工作平臺(tái)作業(yè)人員不超過(guò)4人；管道安裝作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)載荷不超過(guò)1000kg；結(jié)構(gòu)按16級(jí)抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)；踏板使用網(wǎng)狀或孔板敷設(shè)，減少受風(fēng)面積和風(fēng)荷載；平臺(tái)踏板采用1.5mm鋁板結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)能力為16級(jí)；懸臂主梁250×250工字鋼；懸臂承載能力2000kg，如圖2所示。圖2新型作業(yè)平臺(tái)車③新型作業(yè)平臺(tái)車移動(dòng)方式：平臺(tái)車行走形式為電驅(qū)齒輪傳動(dòng)；單臺(tái)行走電機(jī)功率3.5kW；平臺(tái)車底盤采用16軸鋼實(shí)心32輪，齒輪傳動(dòng)；電機(jī)為變頻調(diào)速；平臺(tái)車設(shè)計(jì)最大移動(dòng)速度7m/min；平臺(tái)移動(dòng)跨越斜拉索的實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)車橋上部分和橋下部分共用4個(gè)插銷連接，當(dāng)任意其中1個(gè)插銷需要跨越斜拉索時(shí)，將這個(gè)插銷打開，保持其他3個(gè)插銷不打開，這樣平臺(tái)車可前后移動(dòng)穿越。④新型作業(yè)平臺(tái)示意圖，如圖3、圖4所示。
2.3西島連接橋管道安裝解決的辦法
西島連接橋管道安裝解決的辦法：研制跨吊式作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行管道安裝作業(yè)，跨吊式作業(yè)平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)思想是，設(shè)計(jì)的平臺(tái)機(jī)械行走機(jī)構(gòu)跨在橋梁中間空隙護(hù)欄橋內(nèi)側(cè)，管道通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝跨越一側(cè)護(hù)欄，通過(guò)空隙吊到橋下作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)上設(shè)計(jì)平推機(jī)構(gòu)和管道頂升機(jī)構(gòu)，將管道移送到吊架安裝位置。道安裝作業(yè)平臺(tái)自重及承重：管道安裝作業(yè)平臺(tái)鋼構(gòu)自重3500kg；其中作業(yè)平臺(tái)重500kg；下部工作平臺(tái)作業(yè)人員不超過(guò)2人；管道安裝作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)載荷不超過(guò)800kg；平臺(tái)踏板采用1.5mm帶孔鋁板結(jié)構(gòu)。②管道安裝作業(yè)平臺(tái)行走臺(tái)車平行移動(dòng)方式：行走臺(tái)車行走形式為電驅(qū)齒輪傳動(dòng)；單臺(tái)行走電機(jī)功率不小于3.5kW；臺(tái)車底盤采用8軸鋼實(shí)心16輪，角齒輪傳動(dòng)；電機(jī)為變頻調(diào)速；臺(tái)車設(shè)計(jì)最大移動(dòng)速度7m/min。③西島連接橋平臺(tái)車示意圖，如圖5所示。
2.4橋上給水連通管安裝
橋上給水連通管安裝解決辦法：我們用普通作業(yè)平臺(tái)車、橋梁檢測(cè)車輔助并搭設(shè)腳手架完成管道安裝。將管道切割成不大于3m，減少對(duì)橋檢車的荷載，利用普通管道安裝平臺(tái)車吊至橋梁翼緣下側(cè)，利用橋檢車把管道吊架安裝完成，管道安裝根據(jù)工作實(shí)際情況搭設(shè)一定腳手架完成。
2.5海底沉管隧道中間管廊管道轉(zhuǎn)運(yùn)
海底沉管隧道中間管廊管道轉(zhuǎn)運(yùn)解決辦法：研制隧道中間管廊轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)主要設(shè)計(jì)思想是，在主車道隧道設(shè)計(jì)三角起吊機(jī)構(gòu)和隧道轉(zhuǎn)運(yùn)軌道，在安全門隧道中間管廊設(shè)計(jì)行走軌道和單雙梁行車主機(jī)構(gòu)。在安全門外面的主車道，用三角起吊機(jī)構(gòu)將管道吊到隧道轉(zhuǎn)運(yùn)軌道，通過(guò)軌道很輕松將管道推人安全門，然后，通過(guò)單雙梁行車主機(jī)構(gòu)和軌道將管道運(yùn)入中間管廊，最后，利用行吊電機(jī)和人工輔助將管道放到管廊橋架上。①轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)主要組成部件：機(jī)械部分路面三角起吊機(jī)構(gòu)，路面轉(zhuǎn)運(yùn)軌道，中管廊轉(zhuǎn)運(yùn)軌道，轉(zhuǎn)運(yùn)小車，單雙梁行車，螺旋升降機(jī)，三角支撐架和液壓運(yùn)輸安裝管道小車等。電機(jī)部分行吊行走電機(jī)2套，行吊電機(jī)2套。電控部分控制箱、電路、控制手柄。②主要設(shè)計(jì)參數(shù)：總體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)自重1000kg；轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)卷?yè)P(yáng)機(jī)在安裝動(dòng)滑輪時(shí)最大載重為800kg，不配動(dòng)滑輪配重重量為400kg；行走電機(jī)正常運(yùn)行承載不超過(guò)1000kg。
3結(jié)語(yǔ)
港珠澳大橋給水管道安裝工程，一共設(shè)計(jì)4種不同工況的施工作業(yè)平臺(tái)（還有一種簡(jiǎn)易快捷安裝消火栓的平臺(tái)和普通型作業(yè)平臺(tái)類似不再介紹）和海底沉管隧道中間管廊轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)，在施工實(shí)際中取得了很好的效果。我們還生產(chǎn)了數(shù)十臺(tái)多功能型作業(yè)平臺(tái)（產(chǎn)值1500萬(wàn)）應(yīng)用于港珠澳大橋的其他施工項(xiàng)目，受到了港珠澳大橋管理局的好評(píng)。港珠澳大橋給水管道安裝研發(fā)的多種型號(hào)的施工作業(yè)平臺(tái)和沉管隧道中間管廊轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)，在港珠澳大橋建設(shè)工程中是一個(gè)施工技術(shù)創(chuàng)新的亮點(diǎn)。在實(shí)際中，我們還總結(jié)了一些過(guò)程經(jīng)驗(yàn)：①機(jī)械平臺(tái)的設(shè)計(jì)在作業(yè)平臺(tái)抗臺(tái)風(fēng)、起重吊裝、施工人員高處作業(yè)、臨時(shí)用電設(shè)計(jì)、安全警示設(shè)施設(shè)計(jì)、配套防火安全設(shè)計(jì)時(shí)，要把滿足安全性能放在第一位。如使用永磁器防臺(tái)發(fā)揮了重要作用，組件設(shè)計(jì)盡量減少風(fēng)的阻力，數(shù)十臺(tái)作業(yè)平臺(tái)車在大橋上經(jīng)歷2017年15級(jí)“天鴿”臺(tái)風(fēng)后完好無(wú)損，作業(yè)平臺(tái)的防臺(tái)風(fēng)設(shè)計(jì)值得借鑒。②機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)的組件，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行激光切割，并做好標(biāo)記，這樣遠(yuǎn)距離運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后，裝配起來(lái)很輕松，沒有偏差。③優(yōu)化平臺(tái)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如普通平臺(tái)管道安裝平臺(tái)，我們將最先設(shè)計(jì)的軌道移動(dòng)改為橡膠輪胎移動(dòng)，并且設(shè)計(jì)了可移向功能；橋下作業(yè)平臺(tái)分部吊裝改成整體吊裝；青州航道平臺(tái)將跨越斜拉索插銷電動(dòng)氣改成手動(dòng)氣動(dòng)控制；優(yōu)化鏈條傳動(dòng)改齒輪傳動(dòng)，避免電機(jī)底座受力過(guò)大而損壞的問題。通過(guò)優(yōu)化，大大提高了設(shè)備的工作效率、安全系數(shù)和設(shè)備壽命。
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