一种大型跨海拱桥的整体架设系统及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及拱桥的架设设备及施工方法，具体是一种大型跨海拱桥的整体架设系统及其施工方法。
【背景技术】
[0002]目前国内跨海拱桥的施工方案主要有:缆索吊装方案，满堂支架方案等。
[0003]缆索吊装法一是需要大吨位的缆机，二是需要拼装两座较高的塔架，并设置扣索和背索及地锚;缆索吊装法需长期海上高空作用，焊接等关键工艺质量不容易控制;拱肋姿态调整困难;缆索扣挂系统用钢量大，海水环境腐蚀量大，回收少，造价高;沿海台风地区，需跨两年的台风周期，施工风险极大。
[0004]满堂支架法施工一是需要大量的支架材料及支架基础，二是影响通航;该法需长期海上高空作业，施工受风、雨、浪影响大，施工周期长;主要适合于水深较浅、小跨径且没有通航要求的拱桥。
[0005]海上通航安全、海上施工安全及海上施工质量等已经成为制约大型跨海拱桥发展的关键因素。
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一是提供一种大型跨海拱桥的整体架设系统，该整体架设系统在岸上拼装整体拱梁，利用半潜船压排水和涨落潮，将整体拱梁顶升到设计标高后，浮运至桥位直接架设到位，无需采用传统超大吨位同步顶升设备及其临时支架，最大程度地降低了施工临时措施费用，同时由于整体拱梁在岸上完成拼装施工，避免在海上恶劣环境施工，保障了施工质量，海上施工作业时间短，几乎不影响通航安全，较大程度上缩短的施工工期，节省劳动力，具有良好的社会及经济效益。
[0007]本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的:一种大型跨海拱桥的整体架设系统，所述拱桥具有整体拱梁，整体拱梁包括弧形的拱肋以及纵向设置的主梁，其特征在于:所述的整体架设系统包括半潜船、拖船、模块化临时墩节段、模块化临时支架节段、梁底临时支撑对接卡口、拱梁临时加劲支撑，拱肋拼装支架、拱肋线形调节器、主梁拼装支架以及栈桥，所述的主梁拼装支架和拱肋拼装支架用于在岸边实现整体拱梁的整体拼装，并将拼装后的整体拱梁整体顶推滑移至栈桥的上船位置，所述的梁底临时支撑对接卡口为临时安装在主梁梁底的多个卡口，所述的模块化临时墩节段承托在所述栈桥上，所述的模块化临时支架节段承托在所述半潜船上，所述的多个梁底临时支撑对接卡口在整体拱梁整体顶升架设时用于与所述的模块化临时墩节段和模块化临时支架节段对接，所述的半潜船通过压排水和结合涨落潮，实现模块化临时墩节段和模块化临时支架节段的交替顶升支撑，将整体拱梁顶升至设计标高，在交替支撑受力中，保证整体拱梁的快速定位，所述的拖船用于与半潜船相连接，通过拖船将半潜船上的整体拱梁拖至安装桥位，在涨潮时通过半潜船排水将整体拱梁整体举起，直接提升整体拱梁至桥墩上方，将整体拱梁一次性整体架设就位，所述的拱梁临时加劲支撑和拱肋线形调节器均临时设置在整体拱梁内，所述的拱梁临时加劲支撑将整体拱梁的拱肋和主梁相连接并加劲，拱梁临时加劲支撑与半潜船上的模块化临时支架节段呈上下相对状，拱梁临时加劲支撑作为承托整体拱梁时的传力支撑点，所述的拱肋线形调节器用于临时设置在拱肋拼装支架与拱肋之间，用于实现拱肋的角度及线形调整。
[0008]本发明中，所述的整体拱梁还包括拱肋风撑、柔性系杆和吊杆，所述的拱肋为钢结构，拱肋的截面高度顺桥向变化，拱肋内设隔板及加劲肋，所述的拱肋风撑为多道，拱肋风撑与拱肋刚性连接，所述的拱肋与拱肋风撑构成整体拱梁的主拱，所述主梁为钢结构，主梁兼作为刚性系杆，主梁与拱肋在拱脚处固定相连接，所述吊杆为竖向掉挂在主梁与拱肋之间的多根杆，相邻吊杆之间的间距为8m?16m，主梁通过吊杆吊在拱肋上;所述柔性系杆为沿主梁长度方向纵向设置在主梁内的多股，柔性系杆锚固在主梁与拱肋的交接处，提供水平拉力以抵抗拱肋的水平推力。
[0009]本发明中，所述的拖船为多艘，多艘拖船组成拖船组，为所述的半潜船提供动力、定位及锚固。
[0010]本发明中，所述的模块化临时墩节段与模块化临时支架节段结构相同，均为由多根竖向设置的钢薄壁柱以及横向设置的加劲钢横撑组成的至少一节箱形桁架体系，并在箱形桁架体系的下端部设置有开口向下的碗扣状构造卡口，所述钢薄壁柱的上端部设置有加劲肋以及钢垫板，同时钢垫板内设置有多组高强螺栓孔，能够根据需要采用高强螺栓对位于上、下位置的各节模块化临时墩节段或模块化临时支架节段进行多节段的固定串接。
[0011 ]本发明中，所述的梁底临时支撑对接卡口呈喇叭状，在交替支撑受力中，保证整体拱梁的支撑点与所述的模块化临时支架节段或模块化临时支架节段快速准确定位。
[0012]本发明中，所述的拱梁临时加劲支撑为由多根斜向设置的钢薄壁柱以及斜向设置的加劲钢横撑焊接而成的变截面的整体桁架体系，所述拱梁临时加劲支撑的下部临时焊接在主梁上，顶部与拱肋临时相焊接，所述的拱梁临时加劲支撑将所述的整体拱梁临时连接并加劲，在顶升、浮运过程中确保整体拱梁的受力及变形满足设计要求。
[0013]本发明中，所述的拱肋拼装支架为由钢薄壁柱及加劲钢横撑焊接而成的多组钢桁架体系，多组拱肋拼装支架构成拱肋支撑体系。
[0014]本发明中，所述的拱肋线形调节器包括由千斤顶系统及调节钢板，所述的千斤顶系统竖向安装在所述的拱肋拼装支架及拱肋之间，用于实现拱肋角度及线形调整，所述的调节钢板横向设置在所述的千斤顶系统与拱肋拼装支架之间。
[0015]本发明中，所述的主梁拼装支架在拱肋拼装支架对应处由位于底部竖向设置的钢管粧基础、位于中部横向设置的钢筋混凝土承台梁以及位于上部竖向设置的钢管支架组成，在非拱肋拼装支架对应处由横向设置的混凝土垫层以及竖向插装在混凝土垫层内的钢管支架组成。
[0016]本发明中，所述栈桥由钢管粧基础及钢筋混凝土承台梁组成，承台梁上面预埋钢板并铺设四氟滑板，留有千斤顶顶推受力卡口，为整体拱梁从拼装位置顶推滑移到栈桥上船位置提供滑道，并作为模块化临时墩基础。
[0017]本发明的目的之二是提供一种大型跨海拱桥的整体架设施工方法，该施工方法为在岸上拼装整体拱梁，采用千斤顶将整体拱梁从拼装位置顶推滑移到栈桥上船位置，利用半潜船压排水和涨落潮，将整体拱梁顶升到设计标高后，浮运至桥位直接架设到位。
[0018]本发明的这一目的是通过如下技术方案来实现的:采用上述的大型跨海拱桥的整体架设系统进行的施工方法，其特征在于，该施工方法包括如下步骤:
[0019]步骤I:岸边拼装场地平整硬化，主梁拼装支架和拱肋拼装支架基础施工，滑移轨道及栈桥基础施工，主梁拼装支架施工;在主梁拼装支架上对称拼装主梁节段，形成整体的主梁;在主梁上安装拱肋拼装支架，安装拱梁临时加劲支撑，在拱肋拼装支架上对称拼装拱肋节段，通过拱肋线形调节器将拱肋调整到设计线形，安装拱肋风撑，拼装形成整体拱梁的主拱;张拉部分永久柔性系杆，安装吊杆并张拉，施工形成整体拱梁；
[0020]步骤2:对称拆除拱肋拼装支架，仅保留拱梁临时加劲支撑，对称拆除主梁拼装支架，拱梁成整体，支座处受力;采用液压千斤顶将整体拱梁从拼装位置顶推滑移到栈桥的上船位置；
[0021]步骤3:将半潜船上的第一节模块化临时支架节段吊装固定就位，栈桥上的第一节模块化临时墩节段准备就位;低潮位时，半潜船压水下潜，绞入梁底;涨潮时，半潜船上第一节模块化临时支架节段顶部插入梁底临时支撑对接卡口，半潜船结合排水将整体拱梁举起，迅速将栈桥上第一节模块化临时墩节段吊入主梁支座处;落潮时，半潜船压水，整体拱梁落在第一节模块化临时墩节段上，整体拱梁完成第一次整体顶升高度；
[0022]步骤4:将半潜船上的第二节模块化临时支架节段吊装固定就位，栈桥上第二节模块化临时墩节段准备就位;低潮位时，半潜船压水下潜，