斜拉桥浮吊拆除施工安全监控

钱 辰

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200002)

1 工程概况

泖港大桥位于上海市松江区泖港镇，1982年建成通车。主桥为双塔双索面斜拉桥(85+200+85)m。主跨由两侧单悬臂梁加中间梁组成(85+30+85)m。桥面总宽12 m。全桥共有斜拉索164根，为竖琴式布置。大桥布置图见图1。经过近40年运营，大桥已经日渐无法满足水、陆交通的需求，拆除重建势在必行。

在拆除前对桥梁技术状况进行了全面检查。病害主要表现为伸缩缝橡胶老化、变形、防水功能丧失。各拉索索力分布比较均匀，对称性良好。桥梁综合检测评定的技术状况结果为3类桥梁，属于较差技术状态，有中等缺损。

2 工程特点及难点

桥梁拆除时由于整体刚度不足，稳定性较差加上施工荷载作用等不利因素的叠加影响安全风险更大[1]，因此结合施工监控要求对桥梁拆除重建期进行结构安全分析和施工安全管理对于整个项目的安全生产具有重大现实意义[2]。泖港大桥拆除的特点在于：拆除工况多，结构安全风险大；航道桥浮吊水面作业施工条件复杂。

泖港大桥桥位距离黄浦江与泖港河口约900 m，水面宽度约200 m，通航标准5级别航道。因此，安全、有序、可靠地拆除航道斜拉桥对整个拆除过程进行科学的安全监控尤为重要[3]。航道斜拉桥拆桥过程的安全监控要求高，难度大，项目难点主要表现为：

1)老旧斜拉桥结构体系复杂，材料力学性能下降，拆除施工过程中结构失效风险大。

2)水面浮吊施工，设计多工种的协调配合；高空作业风险系数大。

3)航道桥梁除了结构和施工风险，还需兼顾河道通航安全需求。

3 泖港大桥拆除施工安全监控

3.1 桥梁拆除安全监控方法

安全监控目的为：确保拆除施工过程中结构和施工安全，同时保证拆除施工方案的技术合理性。结合桥梁结构特点和技术要求制订泖港大桥拆除施工安全监控方法如下：

1)针对待拆斜拉桥实际技术状况制订合理的拆桥顺序。

2)利用有限元分析软件，建立拆桥全过程的仿真模拟，计算各个施工阶段主要构件和全桥的响应，确保各个施工阶段的结构安全。

3)建立全面可靠的现场监测系统，对拆除全过程的监测参数进行采集、跟踪，实时分析，根据实测值与有限元理论值的偏差对结构状况预警，实时把控结构安全状态。

3.2 拆除施工顺序

泖港大桥斜拉索编号示意如图2所示，其总体拆桥顺序与建桥逆向顺序进行，拆除时遵循对称平衡拆除，拉索对称放张，先拆非受力构件再拆主受力构件的原则[4]。结合航道吊装和运输方式制订拆除顺序如下：拆除桥面部分附属设施→拆除河跨挂孔梁段→拆除河跨标准段；岸跨斜拉索与河跨斜拉索同步、对称放索。受场地环境条件制约且考虑到泖港大桥属于3类桥梁，桥面承载力不足以支撑起重机械，同时浮吊起吊半径满足施工要求，能有效提高工作效率，故采用浮吊拆除。

3.3 有限元安全仿真

采用Midas/Civil 2015桥梁分析软件建立拆除各阶段模型，见图3。主塔和主梁分别采用C30和C40混凝土，抗压弹性模量分别为E=3.15×104MPa和抗压弹性模量E=3.30×104MPa，纵向预应力采用24Φ5高强钢丝弹性模量E=2.0×105MPa。

由于本桥拆桥所涉及施工阶段较多，以下仅选取几个最不利的施工阶段，给出在这些代表性施工阶段下结构各构件的效应值，具体为：1)11号拉索放张过程结构响应；2)拆除全过程主梁和主塔承载力。

3.3.111号斜拉索放张验算

第11号索为河跨和岸跨最外侧拉索，根据桥梁设计资料，其设计索力为1 800 kN，索力较大。放张过程中，拉索不平衡力对塔、梁产生的不利效应明显。为保证放张施工过程的安全可控，采取4次放张的多次放张策略，每次放张完成测量索力值、主梁挠度和塔顶偏位。模拟计算放张各个阶段索力变化和结构变形，如表1所示。

表1 11号拉索放张过程(先河跨后岸跨)索力、塔梁位移变化

由表1可知放张河跨侧11号拉索时，主要受影响是河跨侧剩余11号拉索的索力，对岸跨侧11号索力影响较小；在放张岸跨侧拉索时也存在相同规律。在放张河跨侧11号拉索中的3根后，所剩1根拉索索力增加较大，增加了293 kN，对应索力值为1 218 kN，但仍小于设计索力1 800 kN。因此，斜拉索放张过程中满足安全要求。

3.3.2主梁全过程验算

由图4，图5给出了拆除施工全过程主梁最大应力。在整个拆桥施工过程中，上缘最大拉应力为4.5 MPa，出现在利用镐头机拆除岸跨人行道板阶段；下缘最大拉应力为5.6 MPa，出现在利用浮吊吊住主梁11号段阶段。计算表明该施工阶段下相应截面的承载力能满足要求。

3.3.3主塔施工全过程验算

如图6所示，主塔在整个拆桥施工过程中，岸跨侧最大压应力为12.3 MPa；最大拉应力为2.2 MPa，出现在放张岸跨1号索中的第3根拉索阶段(对应第36施工步骤)。河跨侧最大压应力为7.3 MPa；最大拉应力为3.9 MPa，出现在放张河跨2号拉索阶段(对应第33施工步骤)，对应位置截面的轴力-5 447 kN，弯矩为12 843 kN·m，其截面抗力NR=12 700 kN>5 447 kN，承载力满足要求。

3.4 现场施工安全监测

对拆除施工全过程进行安全监测首先建立准确全面的结构变形和内力观测系统，实时采集施工各个步骤的结构响应。在主梁设置包含每个节段断面的44个常规挠度监测断面，同时在每个主塔与主梁相交处布置一套高精度静力水准仪，自动监测主梁挠度。主塔塔顶布置测斜仪，每塔布置1个监测点，全天候采用自动化实时监测系统。全桥共拉索82对，拆除前，先全桥索力测一遍，在每个节段拆除后对余下的索力进行测量。应力监测点仅在塔与梁相交的断面进行布置，主梁4个断面，每断面布置4个测点，主塔2个断面，每个断面布置4个测点，共24个应变测点。

基于上述建立的观测采集系统，跟踪采集各个施工步骤的结构实测值，对比有限元理论值的偏差，对偏差设置限值，超出限值进行预警。一旦预警，暂停施工，排查风险因素，确保结构安全后方可继续施工。参照《公路斜拉桥设计细则》偏差限值如下：主梁变形预警限值为±2 cm；主塔偏位限值为±3 cm；索力的偏差限值为理论值的5%；应变的限值为理论值的15%。实际监测中，主梁主塔位移偏差均在2 cm以内，索力和应变的偏差也符合规范的限值要求。由此确保了拆除全过程结构的安全可控。

4 安全管理措施

4.1 施工安全专项管理

1)水上施工安全保障措施。

对于采用浮吊的斜拉桥拆除施工，水上作业施工条件复杂，必须做好水上施工航道协调工作，保障施工安全及航道畅通。施工过程中积极、主动、及时的与航道、海事部门协商、协调施工与通航的矛盾。水深不满足吃水深度要求，视需要清淤，潮水涨落时应注意及时移位，避免驳船搁浅。做好防风、防暴雨等工作，拆除时如遇六级以上大风或暴雨天气即停止作业，确保拆除万无一失。

2)切割拆除保证措施。

斜拉桥拆除过程中涉及多个主梁节段的切割。切割时严格按施工方案作业，不得在驳运及切割区交叉作业。严禁刀盘正向反向轮流作业，注意每次启动切割机前，都应检查刀盘转向和紧度。切割过程中，进刀、退刀要缓慢，切割推进速度要均匀，不能用刀盘单边切割，防止刀盘变形和损坏，严禁无冷却水切割。冷却水应对准刀口和切缝，喷射要均匀。施工人员单位区域完工后要求落手清。经检查不留后续隐患，方能离开作业现场。

3)拆桥吊装保证措施。

浮吊施工过程中，严格按照操作规程和航道部门要求施工，做好现场安全监控。吊拆桥梁时采取临时封航措施。正式起吊作业前，首先进行试吊，起吊过程中做到速度控制均匀，构件平衡，回转要慢，下落时需慢速轻放，禁止忽快忽慢和突然制动，做到密切配合，动作协调。拆除时加强通讯网络，用高频对讲机加强船与指挥人员之间的联络发现不符合规定或有不安全因素及时报告和纠正。

4)脚手架作业安全保证措施。

考虑到主塔较高，切割设备较大，既有主塔操作平台尺寸无法放置切割设备，因此主塔切割时切割设备单独搭设盘扣式脚手架。盘扣式脚手架的连墙件必须采用可承受拉压荷载的刚性杆件，连墙件与脚手架立面及墙体应保持垂直。在脚手架上进行切割作业时，先进行检查，加固松动部位，保持步层内清洁，切割作业必须有防火措施和专人监护。在脚手架拆除时禁止里外同步拆除或上、下两步同时拆除。所有垫铺脚手板拆除，应自外向里竖立、搬运，防止自里向外翻起垃圾物件直接从高处坠落伤人。

4.2 施工安全管控预案

斜拉桥拆除施工，作业环境复杂，施工工序多，还牵扯多工种的协调作业，事前对风险源进行梳理，并指定响应的安全管控预案对于保证施工过程的安全有序进行至关重要。总结梳理泖港大桥拆除施工的风险因素和安全管控预案如表2所示。

表2 斜拉桥拆除施工风险源分析和安全管控预案

5 结语

1)斜拉桥拆除是一项技术难度大，施工安全风险高的特种桥梁施工作业。拆除前必须对桥梁状况进行全面检查，根据各构件技术评定结果结合有限元施工阶段验算制订切实可行的拆除方案，确保拆除全过程安全，有序，可控。

2)斜拉桥拆除施工，特别是用浮吊方式作业的拆除施工，涉及到水上作业，高空作业，风险来源复杂，作业风险大，必须针对拆除各阶段做详细的风险来源分析，制订专门的安全管控预案。施工各个阶段必须严格把控，斜拉索卸张，主梁，主塔浮吊时均应采取分级卸载方式。

泖港大桥拆除施工安全监控确保了桥梁在拆除施工全过程中结构的安全可控。对泖港大桥的拆除顺序步骤，各施工节点工况的仿真验算以及现场安全管理经验的总结，为今后同类型桥梁的拆除施工方案制订、施工监控和安全管理提供了可贵的经验参考。