化零为整助“蝶”变——中国香港将军澳大桥整体制造和运输安装

将军澳大桥位于中国香港新界东南侧的将军澳海湾，是连接将军澳和蓝田隧道的重要跨海通道，桥长1.8公里，桥宽36米，由于两侧钢拱成圆弧状扣在主桥上，向外翻转，远处望去就像一只飞翔的巨大蝴蝶。钢拱采用异地整体建造技术是该项目的最大亮点，先在工厂完成主桥总装，再整体运往现场架设。这种满足土建工程和主桥建造同步进行的建造方式，既缩短了项目工期，又节省了生产成本，也降低了安全风险，可谓一举多得。

图1 香港将军澳大桥三维模型

将军澳大桥分为主桥、东引桥和西引桥三个部分，其中主桥由钢箱梁和钢拱组成，引桥均为钢箱梁。主拱采用S690QL钢板制造，拱肋外板厚度为50～70mm，约2～2.6m布置一档横隔板。

钢箱梁合计约1万吨，材质为S420M高强度钢，如何保证S420M高强度钢自动化焊接，成为整个项目进度控制的关键。另外，钢拱合计约4200吨，材质为S690QL高强度钢，如何实现S690QL高强度钢的焊缝质量及焊接效率，也成为整个项目的主要制约因素。

主桥共计15个钢箱梁节段和38个钢拱节段，全长214m，高度47m，主体结构连同附属结构的总重量约为1.2万吨，拼装方案的选择是项目实施的关键；主桥整体拼装涉及众多大型构件的吊装，吊装设备的选择、吊装方案制定是一系列重要的难题；主桥线型控制涉及监控测量网络的布置、钢箱梁及钢拱线形调整的方法，是实现主桥厂内拼装精度的关键。

由于外飘式钢拱的高度达47m，向外最大偏出18m，如何让这类形式的钢拱实现平稳卸载是一大技术难点。同时，主桥整体重量约1.2万吨，如何将其转移到滑移支架上，也是本项目成功的关键技术之一。

本项目采用滑移装船的方式，合适的滑移支撑胎架是项目开展的基础，滑移支撑胎架的设计及如何参与主桥的整体拼装，对南通振华重装和海服集团的配合是一大考验。而且，主桥整体滑移约1.3万吨（整体滑移包括主桥及底下的滑移支架1500吨、主桥重量约1.2万吨）的整体滑移方案是本项目的最后一道重大工序，是主桥装运的决定性因素。

图2 2021年1月20日主桥整体工作完成，具备滑移条件

图3 2021年1月25日主桥整体滑移装船

主桥由钢箱梁、北拱、南拱三部分组成。钢箱梁宽35.8m，梁高3.939m，单个节段长度7.5m～18.5m不等。拱肋节段为箱形拱，节段由顶板、底板、腹板(靠近桥中侧为内腹板，反之为外腹板)及若干隔板组成。主桥整体拼装流程，将15个钢箱梁小节段预拼成8个钢箱梁大节段，在高胎架上从中间往两边依次定位、拼装。然后定位组合节段2、6与组合节段1、8，完成拱脚的定位与拼装。接下来，分别吊装主桥两侧外飘式钢拱的边拱大节段，最后进行长度为80cm的中间钢拱大节段的合龙。

图4 拱肋节段结构示意图

主桥总拼场地布置在1200T龙门吊下方，拼装区域面积为91m×224m，钢箱梁整体拼装高度距离地面为20m。

钢箱梁组合节段的总拼过程涉及组合节段吊装、组合节段定位以及合龙段配切、安装，并提前拆除4#胎架。具体实施方案如下：

标准组合节段重量为660T，根据组合节段尺寸及重心共设置8个吊耳，每个吊耳设计载荷为120T，钢箱梁横截面布置4个吊耳，利用1200T龙门吊进行吊装，靠近码头的节段利用1300T浮吊吊装。

图5 钢箱梁吊装

梁段吊装前复测垫高块的标高，提前准备好1mm～10mm的垫片若干；一个组合节段共设置8个顶升点和8个支撑点，顶升点均设置在梁段靠近环口的第一道隔板位置，距离环口位置为1250mm；支撑点设置在靠近环口的第二道隔板位置，距离环口位置为3750mm。按步骤吊装、定位组合节段3、4。

按上述步骤吊装、定位，焊接组合节段5（C14&C15）、组合节段6（C16&C17）、组合节段7（C18&C19&C20）。吊装组合节段1、8节段，定位前测量已焊接完成节段的数据，通过数据分别配切组合节段2西侧环口、组合节段7东侧环口余量。测量与配切必须在同一温度（20℃）下进行。最后定位组合节段1（C07）、组合节段8（C21），并按照上述步骤进行环口焊接、涂装。

因4#胎架紧靠滑移支架A，通过对钢箱梁线形的计算分析，4#胎架拆除对整体线形几乎不产生影响，提前拆除4#胎架，然后移至2#胎架位置，总拼胎架的合并节约160T钢材。

在拱脚节段拼装时，由于拱脚节段重量约为190T，为保证拱肋调整，在拱脚底板下方分别设置4个支撑点和4个顶升点，每个顶升点位置提前放置200T三向液压千斤顶。由于拱脚存在侧向力，所有圆筒胎架定位后与总拼胎架焊接固定。G01节段利用1200T龙门吊翻身、吊装，利用1300T浮吊进行G19、SG19节段的翻身、吊装。

图6 拱肋节段外场拼装

另外，当拱肋节段在外场拼装时，钢拱单侧钢拱共计分为3个大节段，每个节段的重量约为600吨，钢拱最高点距离地面的距离约为67m。拱肋节段塔架共计10组，南拱、北拱各5组。而且，由于塔架顶部的作业高度为30m～60m不等，属于超高空作业，在塔架周围设计加强护栏，以保证作业的安全性。根据钢拱的制造线形，利用三维模型软件设计拱肋定位支撑工装，定位支撑分为底部支撑和外侧支撑两部分，通过调节垫板厚度的方式对钢拱的线形进行调整。

特别需要注意的是拱肋大节段吊装。拱肋大节段吊装共分两种类型，即边侧拱肋大节段及中间超长合龙拱肋大节段吊装。本项目钢拱为外飘式蝴蝶拱，钢拱与钢箱梁截面最大距离约为18m，且与地面成70°夹角。为保证拱肋大节段的顺利吊装，工艺技术团队通过吊装设备的优选、合理的吊耳设置、计算机建模分析、等比例缩小模型吊装试验、专家论证会等各种形式，最终确定了两种类型拱肋大节段的翻身方案。

最后进行钢拱环缝防风防雨棚的搭建。拱脚位置处的防风、防雨棚由底部平台、外侧平台、内侧脚手架平台和拱脚顶部平台，共4部分组成。大节段环缝防风、防雨棚制作成一个整体，环缝调节完成后整体吊装至塔架上。

将军澳外飘式蝴蝶钢拱单侧重量约为2100T，钢拱在拼装时有5组塔架支撑，拆除塔架后，钢拱将在自重的影响下向外、向下偏移，钢拱中间最高点向外侧最大偏移为715mm，向下最大偏移为288mm。

利用两台1200T龙门吊进行外飘式钢拱的卸载。此种卸载方式能够完美地解决钢拱卸载的同步性问题，且能够实现向外和向下两个方向的位移，同时能够实现钢拱的分级缓慢卸载，以避免快速卸载的应力对S690高强度钢造成影响。

将拱肋大节段的吊装吊耳和钢拱的卸载吊耳整体设计，并通过计算机模拟，对此种工法下的卸载进行了计算分析，根据计算结果编制分级卸载工序流程，最终钢拱按照此种方法实现了安全、平稳的卸载。

拱肋卸载完成、缆索安装后，进行运输桁架的安装。运输桁架一共两组，分别安装在两组滑移支架位置。每组运输桁架分为1组底部支座桁架、4组圆管上部支撑桁架、4组圆管下部支撑桁架、4组合龙支撑桁架、4组上部抱箍结构等部分，拼装后单件重量约为760T。

图7 运输桁架结构示意图

主桥整体重量包括主桥钢箱梁、南拱、北拱、内部加强、附属件及运输桁架工装等，合计约1.2万吨。根据对卸载工况的模拟计算，主桥各支撑点的最大位移及最大支撑载荷如表1所示。根据各个位置的卸载载荷及位移量确定卸载方式。

5#、6#胎架卸载：5#支撑点卸载计算位移为51mm，6#支撑点卸载计算位移为35mm，5#、6#支撑点卸载后位移过大。采用千斤顶顶升+割除垫高块的方式进行卸载。在5#支撑点环口原顶升点位置共设置8组200T的液压千斤顶，先用千斤顶顶升，当支撑点脱离钢箱梁底板后停止顶升，然后直接割除5#、6#胎架上的支撑胎架。

3#、7#胎架卸载：3#、7#胎架紧靠滑移支架，3#支撑点卸载计算位移为4mm，7#支撑点卸载计算位移为2mm，卸载位移非常小，采用直接割除垫高块的方式进行卸载。卸载结束后，将胎架转移出总拼场地。

1#、2#和8#、9#胎架卸载：1#、9#胎架最大卸载载荷接近3000T，卸载位移最大达到约100mm，卸载位移、载荷非常大。传统采用切割的卸载方式会对主桥结构产生影响，作业安全存在严重的隐患。为此，先卸载千斤顶顶升，同步顶升1#、9#位置卸载千斤顶，采用控制千斤顶压力的方式，实现同一胎架上6组千斤顶的同步顶升，待钢箱梁底板与支撑胎架完全脱离后，停止顶升。在千斤顶上做标记，并观察30min，保证千斤顶不发生升降，顶升工序结束；然后拆除2#、8#胎架支撑点，直接割除2#、8#胎架支撑工装，同时更换1#、9#胎架上的支撑胎架，调整为新的卸载保护胎架。卸载保护胎架相较原支撑胎架高度小300mm，更换后顶部设置若干层50mm厚垫板，垫板顶面距离钢箱梁底板始终大于50mm，以达到分级卸载及千斤顶行程不足时转换支撑的作用；最后进行1#、9#胎架卸载，同步卸载1#、9#胎架上的液压千斤顶。为保证一个支架上6个千斤顶同步卸载，在千斤顶油缸上标记刻度标尺，以千斤顶行程为依据，控制6个千斤顶的同步卸载。每一级卸载完成后均需要测量钢桥及钢拱的线形及应力值，以监控主桥卸载时整体的变化情况。

拆除主桥底下所有的总拼胎架，为主桥整体滑移做准备。

图8 拆除主桥底下所有总拼胎架

与以往海上安装一般采用吊装方式不同，该项目首次采用“浮托法”安装大型跨海大桥。也就是说，利用船舶的浮托功能，借助海潮涨落，将预制好的重型构件精准落位于桥墩并完成安装。

由浮托法安装的将军澳大桥，其主桥部分为双拱钢桥结构，总重约12000吨，长为214m。一艘半潜船运载大桥主跨从长江常熟段拖带出江，接着由江入海。拖带船队总长度442.7m、总宽90m、水面以上高度69m。由于拖航期间对通航会造成较大的影响，因此，江苏海事部门以组建全要素“水上大交管”为目标，综合运用海巡艇、无人机、AIS系统和CCTV系统对拖带进行重点监控、全力服务，共计维护拖带船队在长江内航行76海里。后续的安装过程经历了移船、粗对位、精对位、荷载转移、再移船等5个步骤。其中，每一个环节都经过了工程人员精密的计算，确保了工序顺利进行。

将军澳大桥位于香港新界东南侧的将军澳海湾，是连接将军澳和蓝田隧道的重要跨海通道。为提升品质和施工效率，钢桥采用了“内地工厂制造，香港现场搭建”的全新模式，在江苏南通预制，经过八天的海上长途运输，于2021年2月16日运抵香港将军澳湾，2月26日完成安装。

在海上造桥，传统的方法是在现场打海桩、搭支架，分段制作。而将军澳大桥的主桥是直接在车间里“生产”出来的。“车间造”不仅保障工程品质、提高施工效率，还大大提升了工程的环保标准和安全生产水平。将军澳海湾周边居民区密集，没有现场施工，对环境和海域生态的影响也降到了最低。

可以说，将军澳大桥不仅是一个内地与香港两地协作的典型案例，建成后也将成为香港又一“打卡”新地标。