摘要：文章介绍了港珠澳大桥给水管道安装工程施工技术难点及解决办法，希望给桥梁建设者提供有意义的借鉴。
关键词：港珠澳大桥；给水管道；施工技术；机械设计；消防工程；安全管理
1工程基本情况及施工技术难点
1.1工程基本情况
港珠澳大桥交通工程给排水工程给水系统，采用生活、消防合用给水系统。供水管道位于桥梁两侧翼缘下，采用管径为DN250热镀锌内外涂塑钢管，桥梁段管道施工长度约为46000m，单侧23000m，海底沉管隧道段中间管廊DN200和DN300管道（含生活和消防用供水管道）26800m。港珠澳大桥桥梁长距离消防管道安装工程存在多个施工技术难题，桥梁普通段管道吊装在桥梁两侧翼缘下侧，安装非常困难，在国内外没有类似案例可鉴；桥梁段布置DN250的两条并列干管，中间设3处连通管；青州航道管道安装工作平台必须跨越斜拉索；西岛连接桥管道安装设计为桥梁中间部位下侧安装；海底隧道中间管廊管道转运的等难题，这些难题需要研发定制特殊施工机械。管道安装存在高处作业、临边作业、吊装作业、工作平台侧翻等多种高危风险；施工作业平台存在与桥面通行车辆发生碰撞风险，平台作业落物存在对海面通航船只造成人员伤害和财产损失的风险；施工属于露天作业，极易受台风天气、雨水天气、炎热天气等不良气候因素的影响。
1.2施工技术难点
我们针对港珠澳大桥给水管道安装工程施工的特点，港珠澳大桥桥梁段消防供水管道大约有46000mDN250热镀锌内外涂塑钢管（管道标准单根尺寸长6m，重310kg）需要安装，安装需要跨越1.6m高的大桥两侧护栏，并且安装桥梁两侧下缘或中间下侧，施工作业属于海域高空作业，施工存在较大风险和困难。难点1：普通桥梁段管道安装。管道在桥梁安装的位置包括江海直达船航道桥、跨崖13-1气田管线桥、深水区非通航孔桥、85M组合桥、九州航道桥、口岸连接桥。普通段桥梁长总计约21000m，桥底管道安装位置距离桥边为1.98～3.78m。为解决这一管道安装难题，需研发制作普通型作业平台进行管道安装。难点2：青州航道桥管道安装。K17+633~K18+783，桥梁长度约为1150m，桥底两侧管道安装位置距离桥边为6.86m，桥梁两侧有鹰嘴外延斜面平台，且拉索在桥梁两侧，青州航道桥不同于其他位置桥型，采用普通型作业平台不能实现管道安装，需要研发新型作业平台进行管道安装。难点3：西岛连接桥管道。K13+413~西岛，桥梁长度约为300m，管道安装位置为桥梁中间栏杆下方，桥梁左右幅中间空隙最小处只有50cm，管道需要从这空隙吊装下去。需研制跨吊式平台进行管道安装作业。难点4：桥上给水连通管安装。桥梁段K19+113、K24+833及K30+427处，有3处给水管道连通管，经箱梁底部左右连通，横向跨度有34m，需采用普通作业平台车和桥梁检测车辅助，并搭设脚手架完成管道安装。难点5：海底沉管隧道中间管廊管道转运。港珠澳大桥海底沉管隧道段中间管廊长6700m，有DN200、DN300、钢管管道26800m需要安装在里面的3层支架上，海底沉管中间管廊里面施工作业面狭窄，管道进入受隧道安全门尺寸限制，转运难度大、运输任务繁重，单纯依靠人力运入和安装是非常困难的，必须研制隧道中间管廊转运机构。
2施工技术难点解决办法
2.1普通桥梁段管道安装解决的办法
普通桥梁段管道安装解决的办法是，研发普通型作业平台进行管道安装。普通型作业平台的主要设计思想是：设计的平台机械能沿桥梁两侧行走安装，管道通过卷扬机吊装跨越护栏，并放到桥下作业平台，作业平台上设计平推机构和管道顶升机构，将管道移送到吊架安装位置，根据普通型作业平台HSE专项方案配备相应安全设施。平台机构设计和施工方案经过专家评审后生产（方案含详细计算书及安全验算），管道安装机械作业平台工厂监造、平台制作完成后，需经具备资质的国家第三方质量安全检测机构检验合格；平台安装完毕后要进行工厂和施工现场荷载试验，检验全部合格后,方可投入使用。2.1.1管道安装工作平台主要组成①机械部分：吊臂梁架、垂直吊梁、平台梁、结构主梁架、主动轮、从动轮、吊臂架侧梁、云梯、作业平台、行走轨道、液压升降机、防护栏、永磁辅助装置等。②电机部分：平台行走电机（含摆线针减速机）、管道吊装卷扬机、制动电机、柴油发电机。③电控部分：PLC集成系统、显示屏、视频监控器、声光警示器、运行指示灯、控制柜、电路、线控手柄等。2.1.2普通管道安装作业平台主要设计参数①管道安装作业移动平台自重及承重：管道安装作业移动平台钢构自重7500kg；其中，作业平台重900kg；单台作业配重5000kg；下部工作平台作业人员4人；管道安装作业平台，作业载荷不超过1500kg。②作业平台抗风能力设计：结构按16级抗风能力设计；平台踏板采用50%孔板结构，抗风能力为16级；桥面风速达到8级应停止所有作业。③桥梁管道安装作业工作平台主结构梁参数：悬臂主梁250×250工字梁；悬臂与桥栏杆距离1.5m，承载能力5t。2.1.3普通型作业平台示意图普通型作业平台示意图，如图1所示。
2.2青州航道桥管道安装跨斜拉索解决的办法
青州航道桥管道安装跨斜拉索解决的办法：研发新型作业平台进行管道安装，新型作业平台的主要设计思想是，设计的新型平台机械能沿桥梁两侧行走，并且能够穿越青州航道斜拉索，管道通过装卷扬机吊装跨越护栏、斜拉索过道和鹰嘴，并放到桥下作业平台，作业平台上设计平推机构和管道顶升机构将管道移送到吊架安装位置，平台机构伸出的作业平台在桥梁鹰嘴上设计轨道，确保支撑安全，根据新型作业平台HSE专项方案配备相应安全设施。新型平台机构设计及施工方案的评审，监造及验收程序同普通型平台机构。①青州航道管道安装作业平台主要组成：主要由五部分组成：行走机构（驱动台车）；作业平台悬臂主梁桁架机构（左、右桥面主机体结构架，上桥面机体连接架，上下桥面机体连接架、管道吊装及移动机构、鹰嘴轨道）；配重栏架机构（配重栏架，配重块）；管道安装吊装机构（电动移动机构、卷扬机、吊钩及滑轮组）；工作平台机构（桥外机体垂直吊架梁，左右平台1字梁、左右平台三角大梁、龙骨架、中间格栅、前后左右栏杆、内踏板、外踏板、移动顶升机构）。②新型作业平台技术参数：管道安装作业平台自重16000kg；单台作业配重6000kg；下部工作平台作业人员不超过4人；管道安装作业平台，作业载荷不超过1000kg；结构按16级抗风能力设计；踏板使用网状或孔板敷设，减少受风面积和风荷载；平台踏板采用1.5mm铝板结构，抗风能力为16级；悬臂主梁250×250工字钢；悬臂承载能力2000kg，如图2所示。图2新型作业平台车③新型作业平台车移动方式：平台车行走形式为电驱齿轮传动；单台行走电机功率3.5kW；平台车底盘采用16轴钢实心32轮，齿轮传动；电机为变频调速；平台车设计最大移动速度7m/min；平台移动跨越斜拉索的实现，平台车桥上部分和桥下部分共用4个插销连接，当任意其中1个插销需要跨越斜拉索时，将这个插销打开，保持其他3个插销不打开，这样平台车可前后移动穿越。④新型作业平台示意图，如图3、图4所示。
2.3西岛连接桥管道安装解决的办法
西岛连接桥管道安装解决的办法：研制跨吊式作业平台进行管道安装作业，跨吊式作业平台的主要设计思想是，设计的平台机械行走机构跨在桥梁中间空隙护栏桥内侧，管道通过卷扬机吊装跨越一侧护栏，通过空隙吊到桥下作业平台，作业平台上设计平推机构和管道顶升机构，将管道移送到吊架安装位置。道安装作业平台自重及承重：管道安装作业平台钢构自重3500kg；其中作业平台重500kg；下部工作平台作业人员不超过2人；管道安装作业平台，作业载荷不超过800kg；平台踏板采用1.5mm带孔铝板结构。②管道安装作业平台行走台车平行移动方式：行走台车行走形式为电驱齿轮传动；单台行走电机功率不小于3.5kW；台车底盘采用8轴钢实心16轮，角齿轮传动；电机为变频调速；台车设计最大移动速度7m/min。③西岛连接桥平台车示意图，如图5所示。
2.4桥上给水连通管安装
桥上给水连通管安装解决办法：我们用普通作业平台车、桥梁检测车辅助并搭设脚手架完成管道安装。将管道切割成不大于3m，减少对桥检车的荷载，利用普通管道安装平台车吊至桥梁翼缘下侧，利用桥检车把管道吊架安装完成，管道安装根据工作实际情况搭设一定脚手架完成。
2.5海底沉管隧道中间管廊管道转运
海底沉管隧道中间管廊管道转运解决办法：研制隧道中间管廊转运机构，转运机构主要设计思想是，在主车道隧道设计三角起吊机构和隧道转运轨道，在安全门隧道中间管廊设计行走轨道和单双梁行车主机构。在安全门外面的主车道，用三角起吊机构将管道吊到隧道转运轨道，通过轨道很轻松将管道推人安全门，然后，通过单双梁行车主机构和轨道将管道运入中间管廊，最后，利用行吊电机和人工辅助将管道放到管廊桥架上。①转运机构主要组成部件：机械部分路面三角起吊机构，路面转运轨道，中管廊转运轨道，转运小车，单双梁行车，螺旋升降机，三角支撑架和液压运输安装管道小车等。电机部分行吊行走电机2套，行吊电机2套。电控部分控制箱、电路、控制手柄。②主要设计参数：总体转运机构自重1000kg；转运机构卷扬机在安装动滑轮时最大载重为800kg，不配动滑轮配重重量为400kg；行走电机正常运行承载不超过1000kg。
3结语
港珠澳大桥给水管道安装工程，一共设计4种不同工况的施工作业平台（还有一种简易快捷安装消火栓的平台和普通型作业平台类似不再介绍）和海底沉管隧道中间管廊转运机构，在施工实际中取得了很好的效果。我们还生产了数十台多功能型作业平台（产值1500万）应用于港珠澳大桥的其他施工项目，受到了港珠澳大桥管理局的好评。港珠澳大桥给水管道安装研发的多种型号的施工作业平台和沉管隧道中间管廊转运机构，在港珠澳大桥建设工程中是一个施工技术创新的亮点。在实际中，我们还总结了一些过程经验：①机械平台的设计在作业平台抗台风、起重吊装、施工人员高处作业、临时用电设计、安全警示设施设计、配套防火安全设计时，要把满足安全性能放在第一位。如使用永磁器防台发挥了重要作用，组件设计尽量减少风的阻力，数十台作业平台车在大桥上经历2017年15级“天鸽”台风后完好无损，作业平台的防台风设计值得借鉴。②机械设计平台的组件，要严格按照设计图纸进行激光切割，并做好标记，这样远距离运送到现场后，装配起来很轻松，没有偏差。③优化平台机构的设计，如普通平台管道安装平台，我们将最先设计的轨道移动改为橡胶轮胎移动，并且设计了可移向功能；桥下作业平台分部吊装改成整体吊装；青州航道平台将跨越斜拉索插销电动气改成手动气动控制；优化链条传动改齿轮传动，避免电机底座受力过大而损坏的问题。通过优化，大大提高了设备的工作效率、安全系数和设备寿命。
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