悬索桥施工安全风险分项及风险控制(全面)

悬索桥施工技术风险悬索桥的主要结构由锚碇、主塔、主缆、加劲梁(或称钢箱梁)组成,与普通的桥梁有相似但也有不同的地方.悬索桥的施工既包括悬索桥引桥(梁桥)施工部分,如：栈桥搭设施工、桩基开挖施工、承台建造施工、墩身施工、箱梁制作与吊装施工、桥面铺装施工等分部分项的施工;同时又具有悬索桥特有的锚碇施工、主塔施工、索鞍吊装、猫道架设与拆除、主缆架设、吊索与索夹安装、钢箱梁吊装等分部分项的施工.下面从悬索桥特有的锚碇施工、主塔施工、索鞍吊装、猫道架设、主缆架设、吊索与索夹安装、钢箱梁吊装等分部分项施工中,对颇为复杂的悬索桥施工进行安全风险分项,为施工安全管理做好准备.1、先导索过江、猫道架设是上构施工的开始阶段,两岸牵引系统的施工分别在高空、水上进行,受气候条件变化、江面封航时间长短、江面风力风向与浪高的影响,是一项施工风险很高的作业.悬索桥在完成锚碇、索塔、索鞍等施工后,马上要进入主缆的架设,在主缆架设前,必须进行先导索过江(海)与猫道搭设等施工流程.在先导索牵引过程中,使用的船只、卷扬系统、指挥与牵引施工的作业人员,必须在规范、可靠、可行的施工方案要求进行,并且要在海事部门严密的封航措施配合下,才能得以顺利完成.在索道牵引、猫道架设与拆除作业中,长时间的高空、水上作业,必须在严谨、可行的施工方案与施工前的安全技术交底的前提下,方能顺利完成先导索过江(海)及猫道架设与拆除施工.这些作业往往容易发生：车辆伤害、淹溺、物体打击、高处坠落、触电安全事故.主缆架设施工的风险主要是索股架设中经常出现的“呼啦圈”、扭转、散丝及索股表面划伤等问题,对索股安装质量和安全造成不利影响.由于主牵引、辅助牵引部分分别在锚面间进行,而锚面的坡度较陡,在锚面安装放索支架施工、安装牵引绳索作业、支架支撑地面平整压实问题、高处焊接站立的稳妥、钢丝绳的安全可靠性、施工人员的安全防护用的佩戴、卷扬机等设施的安全可靠性、猫道高空作业等诸多因素,是引起主缆施工风险高的主要因素.猫道由于质量小、刚度柔的特点,容易遭受大风袭击,造成重大安全事故.主要风险事故：施工过程中容易发生作业人员落水、高处坠落、物体打击、起重伤害事故.应重点关注：(1)全面调研,与相关部门有效协调,充分考虑两岸牵引系统的布置方案;(2)制定先导索过江施工与牵引系统过江施工专项安全方案;(3)制定猫道架设专项安全方案;(4)对作业班组做好详实的安全技术交底,认真检查施工设备、机具的安全性能、安全状态及施工人员的个人防护装备.对策：(1)大跨度悬索桥猫道的重力刚度对于猫道的稳定取关键作用.在猫道设计时,除满足猫道施工使用外,可在猫道承重主索外增加制动索,增大猫道竖向及抗扭刚度;(2)可将猫道横梁与桥塔门架斜向联系为空间索制振系统,为了加强减振效果还可在横梁上设置阻力减振滑轮.(3)采用抗风索或猫道制振体系;(4)两幅猫道之间加设适量的横向通道也可提高猫道的抗风能力.2、主缆架设是悬索桥最具特色的部分.悬索桥梁主缆索股牵引依靠牵引系统完成,大桥主缆架设一般采用门架式单线往复式牵引系统.主牵引卷扬机布置于两岸锚碇后方,放索机构布置于其中一锚后方地面上.牵引系统由主牵引、辅助牵引等两部分组成：主牵引部分为一锚碇锚块、另一锚碇后锚面间牵引,采用两台卷扬机进行牵引;辅助牵引部分为放索支架于一锚后锚面间短距离的牵引,直接采用布置与锚块的卷扬机作为动力.由于主牵引、辅助牵引分别在陡峭的锚面间安装放索支架、在锚面安装牵引绳索,锚面的支架支撑地面平整压实问题、高处焊接作业的站立稳妥、钢丝绳的安全可靠性、施工人员的安全防护用品的佩戴、卷扬机与手拉葫芦等设施的安全可靠性、猫道上的高空(高处)作业与水上作业均受到天气条件的影响等诸多方面的因素,直接影响了施工作业的安全,稍有疏忽大意,将极易发生高处坠落与跌伤、高处坠物(物体打击)、起重伤害、淹溺等事故.主要风险事故：施工过程中容易发生作业人员淹溺、高处坠落、物体打击、起重伤害事故.应重点关注：(1)大吨位无极调速卷扬机安装与使用;(2)及时了解气候条件变化状况;(3)与海事等部门有效沟通;对策：(1)在索股牵引过程中,可采用卷扬机始终反拉索股后端或组合式被动放索支架,使索股保持一定的张力,避免索股松弛,出现“呼啦圈”现象;(2)为了避免索股扭转,可采取减小滚筒宽度、调整拽拉器平衡重位置、在拽拉器与索股锚头间采用刚性连接等措施;(3)加密塔顶、散索鞍支墩位置处的托滚,在不影响索股横移入鞍的前提下,尽可能增大此处索股滚筒所组成的曲线的竖向曲率半径,以克服索股牵引过程中的散丝现象;(4)恰当选择托滚间距,适当加大托滚直径,将握索器及夹具边角打磨成圆角,并增大握索器与主缆索股的接触面积,以降低对索股表面的损伤.主缆架设施工过程中,除了要按照猫道架设一般安全防范措施进行外,还需要特别注意以下几点：1.在主缆架设施工牵引行进过程中,须有2人全程跟踪,特别注意临时承重绳在受力后出现下挠故障;2.钢丝束还应注意防扭转、磨损及钢丝鼓丝等.如若出现以上情况,应先对故障进行排除,再进行下步施工;3.在主缆架设施工过程中,必须严格按照施工技术交底来进行,安全交底工作交底到个人;4.临时锚固后应及时将锚跨鼓出的钢丝用木锤敲顺,绝不能将鼓丝留在锚跨内;5.在索股牵引过程中,使索股始终保持一定的反拉力,克服索盘转动惯性引起的“呼啦圈”等不良现象;6.进行主缆架设施工的队伍必须经过严格培训的,经验丰富的人员,工作中保持信息畅通,严格监控,保障安全.3、钢箱梁吊装施工复杂、作业工序多,施工周期长、使用设备繁多,且作业人员分别在水上、陆地、高空形成空间复杂的作业状态,施工风险极大.钢箱梁的吊装,集中了水上、陆地、高空等多层面的立体作业,是悬索桥施工中作业风险极大、施工情况复杂、作业工序较多、施工周期较长、使用设备繁多施工.由于钢箱梁的吊装施工一般采用：跨缆机、卷扬机、滑轮组、拖轮、平驳船等设备,施工过程受到施工周期、海面潮汐、天气变化、施工环境等多方面的影响,非常易发高处(高空)坠落、物体打击、起重伤害、水上淹溺、机械伤害、船只碰撞等特大或重大安全事故.主要风险事故：施工过程中容易发生起重事故、高处坠落、物体打击、淹溺、机械伤害、船只碰撞等特大或重大安全事故.应重点关注：(1)密切关注气候环境状况：风速、潮汐水位等;(2)与海事,航道部门制定周密的通航方案;(3)与设计、监控及监理密切合作,及时解决施工过程中发现的问题;(4)密切注意上下游缆索吊机的同步性和稳定性;(5)指令明确,统一协调.4、锚碇基坑施工风险锚碇作为悬索桥主缆荷载的传递与承重的重要结构,从锚碇的分部分项施工来看存在了大量的挖掘,钻、铣、凿、锤等施工作业,钢筋制作、钢筋笼运输、钢筋笼吊装作业;模板的运输、拼装、安装与拆除作业,混凝土浇筑、养护作业,以及锚固系统施工作业.而这些作业环境特点是：作业场所狭窄、作业人员混杂、施工设备繁多、临时用电较多,施工过程稍有不慎,便易发高处坠落、物体打击、起重伤害、触电、坍塌事故.基坑工程施工周期长,常需经历多次降雨、周边堆载、振动、施工失当等许多不利条件,故深基坑工程事故时有发生.在软土、高水位及其他复杂场地条件下开挖基坑,发生事故的几率更高.对策：在开挖前应制定了详尽的施工标准,对坑外堆载、水平支撑堆载、降水设施及监测点的保护等均作了严格规定并准备了可靠的预案措施.按分层、分步、对称、平衡及限时的原则进行基坑开挖与支撑的施工.在每层中分区开挖和分段浇筑支撑,适当减少每步开挖土方的空间尺寸,并减少每步开挖未支撑前基坑坑壁所暴露的时间.将每层、每区开挖和支撑的施工时间限制在控制指标之内.5、桥塔施工风险主塔施工涵盖了：基础、承台、系梁、塔座、塔柱、横梁、塔身以及桥梁基础设施施工等分部分项施工.在这些分部分项施工环节里,由于施工方案与施工安全技术措施的设计、施工过程的安全、施工作业环境、施工气候条件以及各种施工作业的安全措施落实等诸多因素的存在与影响,施工过程的疏忽大意势必易发高处坠落、物体打击、起重伤害、触电等安全事故.(一)基础施工风险.地质条件是决定基础形式的主要条件,对基础施工风险有直接的影响.桥塔基础形式主要有桩(柱)基础、沉井、沉箱基础等形式.(1)钻孔灌注桩基础,除深度很浅的挖孔桩外,一般深度较大,易出现坍孔、卡钻、扩孔与缩孔、断桩等事故.桩数较少时处理比较麻烦,风险较大;(2)对于深水软弱地基上采用沉箱或沉井基础,由于基底以下土层主要为粘性土,固结时间较长,沉降不能较快完成,工后还会有一定沉降量,会产生较大的结构内力.沉井基础若采用墩位筑岛施工,下沉速度较慢,工期较长.自然灾害侵袭的机会较大,而且下沉过程中事故因素较多.如遇土层中含有孤石、井身位置发生偏斜等.若采用浮运沉井,则技术水平要求更高.对策：加强与以上基础形式相对应的勘探、施工技术和装备的研发,如深海施工勘探技术;大型专用起重、钻孔、挖泥设备的研发;深水海底挖泥与基床整平技术;巨型沉井(箱)锚碇定位技术、基底深水灌浆技术等.(二)承台施工风险.(1)施工过程中大型船只撞击钢围堰(钢吊箱).对策：增强钢围堰(钢吊箱)自身的防撞性能;采取相应的交通管制措施,加强航道监督管理,避免通航船只和施工船只对钢围堰(钢吊箱)的撞击事故;(2)多雨季节超额荷载导致双壁钢围堰下沉偏歪.对策：在设计双壁钢围堰时应考虑一定的洪水荷载,并避开洪水期施工,掌握水流流速资料;(3)钢围堰(钢吊箱)封底失败.对策：钢围堰(钢吊箱)封底失败主要是由不合格的混凝土浇筑所导致的,可通过控制封底混凝土的厚度和混凝土质量、控制封底导管的布置得到解决.6、索鞍吊装施工安全风险分析悬索桥的索鞍吊装包括主索鞍、散索鞍的吊装施工,由于悬索桥的主索鞍、散索鞍等构件属于大型的构件,这些构件是悬索桥梁的主缆支撑、定位构件,其重量较大,主、散索鞍的鞍体重量达几十吨甚至近百吨,构件的体积较大,最大的长宽高可达近10米、宽度与高度可达4～5米,起吊的高度一般在20～40米左右.因此索鞍等大型构件的吊装施工易发生起吊伤害(甚至导致机毁人亡的严重事故)、高处坠落、物体打击、触电身亡等安全生产事故.7、吊索与索夹安装施工安全风险分析悬索桥上的几十甚至上百对的主缆夹与吊索是将钢箱梁、桥面系等恒载荷及钢箱梁的活载荷传递给主缆,同时保持主缆的形状,使钢丝受力较为均匀的重要结构.在主缆夹与吊索的安装施工中,使用平板车、驳船将索夹运送到塔底及锚碇处向塔顶逐套安装.在索夹的吊运、安装时,需要拆除猫道门架,保留固定在散索鞍门架、塔顶门架之间的天车承重索,需要安装简易的天车梁.为了保证悬索桥主缆的工艺要求,必须保证索夹安装过程的温度稳定.因此,吊索与索夹的安装存在着起重伤害、物体打击、淹溺、触电等施工安全风险.悬索桥中央扣梁段的安装施工安全控制要点：中央扣梁段的安装需重点解决好以下问题,以确保施工安全.1、高空漂浮状态下螺栓群的定位连接;2、加劲梁吊装引起主缆线形的变化导致中央扣索夹两端局部应力的增加.3、在跨中梁段吊装前,应先将中央扣索夹下半部按照设计要求预先用高强螺栓连接好,随加劲梁一同吊装,吊装到位后用增设的临时吊杆固定在临时索夹上,待加劲梁线形基本形成后,再进行中央扣索夹上半部的安装及螺栓的紧固.主缆索股架设施工安全控制要点：1、研制主缆放索支架,提高放索质量在索股牵引过程中,使索股始终保持一定的反拉力,克服索盘转动惯性引起的“呼啦圈”等不良现象.2、克服索股牵引过程中的散丝现象时应该注意的安全问题1)、保持放索速度与牵引速度的一致性,在索股牵拉期间,主缆索股始终保持一定的张力,避免索盘上的索股松散下垂磨损而导致散丝.2)、加密塔顶、散索鞍支墩位置处的托滚,在不影响索股横移入鞍的情况下,尽可能增大塔顶、散索鞍支墩处索股滚筒所组成的曲线的竖向曲率半径. 3)、全部采用尼龙托滚,对索股缠包带有较好的保护,防止缠包带断裂造成的散丝.3、克服主缆索股牵引过程中的扭转现象时应该注意的安全问题1)、猫道设计时,合理分布猫道承重索的间距等,尽可能减小荷载造成的猫道倾斜.2)、将牵引系统设计成双线往复式,对称于猫道布置,调整牵引系统大小导轮组位置,并通过调整拽拉器平衡锤位置,使拽拉器与索股支承托滚保持同一竖直面.3)、拽拉器与索股锚头之间采用刚性连接.4)、主缆索股断面为正六边形,因此将托滚锥角设计成600,牵引过程中索股贴靠近缘,可以保持一个面接触,以避免托滚形状造成的影响.5)、在索股上安装鱼雷夹具,内为六边形断面,与索股的断面尺寸一致.鱼雷夹具每隔300米安装1个,安排1名工人跟踪控制,防止发生扭转.4、避免索股产生鼓丝现象时应该注意的安全问题1)、确定合理的整形入鞍工艺和顺序.2)、索股牵引过程中,严密监控,杜绝局部钢丝受挂现象.3)、确定适度的预提高量,减小索股调整时产生的鼓丝.4)、调整索股时,采用木锤在调整部位附近反复敲打,并用手拉葫芦适当上提索股,以减小鞍槽摩擦影响.在该过程中要注意安全.5)、对于锚跨,将锚跨鼓丝人工赶至边跨侧,远离散索鞍,便于后期恒载增加后达到消除鼓丝的目的.5、采取保护索股表面的措施时应该注意的安全问题1)、托滚间距选择恰当,适当加大托滚直径,对索股镀锌层有较好的保护.2)、将握索器及夹具边角打磨成圆角,并增大握索器与主缆索股的接触面积,以降低对索股表面的损伤.3)、防止钢绳与索股钢丝摩擦造成镀锌层损伤.4)、塔顶、锚碇门架处采用尼龙吊带挂索股整形入鞍,保护索股镀锌层.5)、索股表面局部镀锌层出现损伤,立即按要求涂抹富锌环氧漆修复保护.在该过程中要注意安全.加劲梁架设施工安全控制要点：1准备工作在梁段吊装之前的准备工作包括：缆载吊机行走至主缆上设计位置;载装加劲梁的运输船定位后,即开始加劲梁的对位.加劲梁对位准确、稳定后,即开始吊点的安装连接.吊点的丝扣应上满,插销应穿保险销.吊具伸出长短应一致.待吊点栓挂完毕,一切检查无误后,才可拆除加劲梁的临时固定拉线等.当检查加劲梁所有固定件拆除完成后,才可起吊加劲梁.2普通加劲梁吊装1)准备工作完成后即可进行加劲梁的垂直吊装工作.吊装前应进行详细的安全检查.符合安全吊装要求后,同时启动缆载吊机起重千斤顶,逐渐将加劲梁荷载由驳船转承于吊机千斤项上,当梁段重量85%以上由千斤顶承载后,调整千斤顶油缸行程,同时启动4台台起吊千斤顶连续提升,迅速将梁段调离驳船并达到一定的安全距离后,再次检查梁段的水平情况、吊点的连接和吊机的工作情况,确认一切都正常后,驳船驶离一定安全距离后待命,离开.2)梁段起吊应平稳,上下游吊点应同步升高,横桥向设水平尺高差≯200米米;纵桥向高差由吊具决定,但亦应控制不超过50米米.梁段起吊快到达设计位置时即接近已架加劲梁时应减速慢行.一边起升,一边检查,观察是否与已架设的梁段相碰,并根据具体情况采取相应措施;以便梁段安全到达设计位置.3)梁段提升至预定位置后,即将梁挂于吊索上,安装吊索螺栓插销.4)检查梁水平、扭转等符合设计要求后,施行相邻梁段顶面临时连接施工.5)拆除缆载吊机吊点,走行缆载吊机至下一个梁段吊装位置,依次执行以上的吊装程序,完成下一梁段的吊装.6)加劲梁应南北对称同步架设,并测量塔顶位移和扭转.3合拢段加劲梁的吊装合拢段位置的选择确定,应按图纸的要求.吊装合拢段前,需要将靠近塔身的几个梁段连续进行调整,测量合拢应有的长度并对合拢段长度进行修正,合拢梁段起吊至设计安装位置后即将端梁段由预偏位置顶推至设计安装位置并与合拢梁段临时连接,全桥合拢后即告完成.4 加劲梁的临时锁定及焊接施工随着加劲梁节段吊装的进行,两相邻节段梁底板间下缘张口逐渐减小至计算值时,即进行梁段底板临时连接件的连接,全部加劲梁吊装完毕后,调整线型,进行主梁现场整体焊接工作.主梁现场整体焊接工作由制造厂家负责施工,项目部应做好一切配合工作,和提供相关的服务,保证主梁现场整体焊接的质量、进度及安全.5 总体线型、受力的监控及调整随着加劲梁节段吊装的进行,主缆载荷的不断增加,对塔柱的作用力、作用点和力的方向也跟随着发生变化,为了塔柱的受力安全,在加劲梁吊装过程中必须跟踪监测、调整.监控监测由大桥院和桥科院联合体负责进行进行,塔顶变位、塔柱内力的调整由项目部负责实施,其调整主要靠顶推塔顶鞍座来实现.6 加劲梁吊装中的其他安全注意事项1)航道会因架梁船只的布置而经常改变,因此来往船只的通行由当地海事和航道统一指挥.2)缆载吊机应试吊检验,其操作严格按说明书执行.3)水上施工船只上配救生设备,作业人员穿救生衣,戴好安全帽,系好安全带.4)采取措施防止电流通过吊索及主缆,特别是焊接过程中要注意主缆及吊索的绝缘.5)装避雷装置防止雷击.6级以上大风停止作业.6)掌握塔顶允许位移量,时时跟踪观测,及时纠偏.保证主体等施工节段的安全.7箱梁水中定位梁段运抵桥位后,利用拖轮和4只地锚协助将运梁驳船定位于缆载吊机吊点下方,定位精度要求不大于50米,收放定位锚绳,对加劲梁进行精确定位,并用销轴将加劲梁临时吊点与缆载吊机具销接.8垂直起吊准备工作完成后即可进行加劲梁的垂直吊装工作.吊装前应进行详细的安全检查.符合安全吊装要求后,同时启动缆载吊机起重千斤顶,逐渐将加劲梁荷载由驳船转承于吊机千斤项上,当梁段重量85%以上由千斤顶承载后,调整千斤顶油缸行程,同时启动4台台起吊千斤顶连续提升,迅速将梁段调离驳船并达到一定的安全距离后,再次检查梁段的水平情况、吊点的连接和吊机的工作情况,确认一切都正常后,驳船驶离一定安全距离后待命,离开.9加劲梁与临时吊杆相连时应该注意的安全问题梁段起吊至设计高程后,将梁段原设计吊点通过临时吊杆与主缆上的临时索夹相连.缆载吊机逐渐将荷载转移给临时吊杆后,解除缆载吊机吊具.吊装完成后,移动缆载吊机至下一个吊装位置,准备下一梁段的吊装工作.在该过程中要注意安全.紧缆施工安全控制要点1、紧缆施工顺序紧缆作业可分为预紧缆和正式缆作业.2、预紧缆时应该注意的安全问题.根据划分紧缆位置,首先在主缆表面相应位置处铺设麻袋片,利用手拉葫芦边收紧主缆,边拆除主缆处层索股的缠包带,人工用大木锤边均匀敲打主缆四周,校正索股和钢丝的排列,避免出现绞丝、串丝、和鼓丝现象,同时测量紧缆处主缆的周长,待主缆空隙率目标控制值满足目标值30%以内,即主缆周长小于3.0米后,用软钢带将主缆捆扎紧,使主缆截面接近为圆形.3、正式紧缆作业时应该注意的安全问题.1)、主缆回弹率试验正式紧缆前的现场紧缆试验在中跨跨中进行,以此检验紧缆机的工作性能和测定主缆紧缆后的回弹率,并根据试验情况对紧缆机进行调整和制定相应的紧缆工艺,然后转入正式紧缆工作.2)、正式紧缆主缆正式紧缆作业可在白天进行.a.紧固蹄的操作(液压千斤顶加载、保压).这是紧缆作业中的一个关键工序.在初期加压阶段,以低压进行,使各紧固蹄轻轻地接触主缆表面,且相互重迭,然后升高压力,加载(同步).紧固蹄行程达到设定位置时或压力达到规定值时保压.在该过程中要注意安全.b.打捆扎带.打捆扎带的目的就是为了保证当液压千斤顶卸载后,紧固后的主缆截面形状仍保持近似圆形,并保持要求的空隙率.当紧固蹄处主缆直径经测量符合要求后,不锈钢钢带绕在主缆上捆扎,并用带扣固定、捆扎2道,间距10厘米. 在该过程中要注意安全.c.液压千斤顶卸载.当打带完成后,液压千斤顶卸载,通过操作换向阀使紧固蹄。