港珠澳大桥位于珠江口外伶仃洋海域，是一座连接香港、珠海和澳门的巨大桥梁，跨海长度约 36km。大桥东岸起自香港大屿山，向西跨越伶仃洋航道、青州航道、九州航道到达澳门半岛东方明珠附近的口岸人工岛。隧道人工岛分为东人工岛及西人工岛，分列铜鼓航道东西两侧。
格型钢板桩为岛壁主体结构，并兼作施工围堰。一个主格钢板桩中心距约 30m，总重量一般在 450~560t。其中东人工岛格体施工工艺采用路上主拼整体吊装工艺，见图 1。
图 1 格体总体吊装示意图
而西人工岛由于靠近香港机场，在航空限高条件下，目前尚无合适的起重船一次完成一个主格整体吊装和沉放。为减少现场一次起吊重量，将整圆主格分为 4 个 1/4 圆钢板桩组装片分别吊装，从而降低对起重船吊距和起重能力的要求，在特殊工装（即支撑、回转与升降装置）配合下可实现格体现场整体拼装工作，避免建造主格专用 U 形船，为按期进点施工和保证工程进度创造有利条件。
西人工岛位置如图 2 所示。
图 2 西人工岛位置
一、支撑、回转与升降装置的结构设计
1．结构设计的难点
（1）航空限高：由于航空限高，导致整个工装的高度不能超过 35m。
（2）起重能力：满足航空限高的起重船最大起重能力为450t，这就限制了整个工装的重量。
（3）天气的不确定性：如何保证结构在各种复杂天气条件下正常作业。
（4）功能性：具有支撑、回转与升降功能。
2．结构设计的解决方案
针对西人工岛特殊的施工条件，设计了一个新的工装，该工装为圆柱框架式支撑结构，上下分为 3 层水平环形钢梁，由 9 根圆形立柱支撑，其中 8 根均布置在周外，1 根布置在中心。整个装置配置 8 套水平驱动动力单元和 4 台升降驱动绞车，可实现顶层平台的负重全回转和负重升降，可满足海上复杂作业和限制条件的施工要求，见图 3。
该工装主要设计参数：外径为：Ø31.15m，高度为：H=30.5m，材质 DH36，总重量约 420t。
图 3 工装结构图
二、支撑、回转与升降装置的工作原理
（1）对工装进行整体吊装，与已经打入水下的 9 根支承钢管桩通过法兰进行连接固定，见图 4。
图 4 工装整体吊装
（2）1/4 圆整格钢板（1 号片）吊装到工装的一侧（顶层承重旋转梁上），见图 5，图 6。
图 5 1/4 圆整格钢板吊装
图 6 1/4 圆整格钢板吊装现场图
（3）1 号片通过顶层承重旋转梁上的工作装置旋转 180度，见图 7 原理图及图 8 示意图及图 9 现场图。
图 7 1 号片吊装及旋转原理图
图 8 1 号片吊装及旋转示意图
图 9 1 号片吊装及旋转现场图
（4）把 2 号片挂到承重旋转梁上，并通过顶层承重旋转梁上的工作装置将 1 号片和 2 号片旋转 90 度，见图 10原理图及图 11 示意图。
图 10 2号片吊装及旋转原理图
图 11 2号片吊装及旋转示意图
（5）把 3 号片挂到承重旋转梁上，并通过顶层承重旋转梁上的工作装置将 1 号片、3 号片和 2 号片旋转 180 度，见图 12 原理图及图 13 示意图及图 14 现场图。
图 12 3号片吊装及旋转原理图
图 13 3号片吊装及旋转示意图
图 14 3号片吊装及旋转现场图
（6）把 4 号片挂到承重旋转梁上，见图 15 原理图及图16 示意图。
图 15 4号片吊装原理图
图 16 4号片吊装示意图
（7）落底解扣，见图 17 示意图，图 18 现场图及图 19解扣后示意图。
图 17 落底解扣
图 18 落底解扣现场图
图 19 落底解扣后示意图
三、支撑、回转与升降装置结构的有限元分析
1．分析模型工装在各种工况下的分析模型见附图：
图 20 工装整体吊装
图 21 1号片挂重及旋转
图 22 1号片、2 号片挂重及旋转
图 23 1号片、2 号片及 3 号片挂重及旋转
图 24 整圆承重
图 25 落底解扣
图 26 风暴自存
2．计算载荷工装位于水面以上，计算时考虑的载荷主要包括：
（1）顶层承重旋转梁载荷：辅件自重载荷及钢板桩自重载荷；
（2）工装结构自重载荷；
（3）小车载荷：
1）小车驱动载荷
2）小车制动载荷选两者较大载荷计算
（4）风力载荷：
1）工作状态风速按 6 级计算，取 13.8m/s；
2）风暴自存时，风速按 12 级计算，取 37m/s。
3．分析结果
（1）工装整体吊装
图 27 结构应力图（MPa）
图 28 结构变形图（mm）
（2）1 号片挂重及旋转
图 29 结构应力图（MPa）
图 30 结构变形图（mm）
（3）1 号片、2 号片挂重及旋转
图 31 结构应力图（MPa）
图 32 结构变形图（mm）
（4）1 号片、2 号片及 3 号片挂重及旋转
图 33 结构应力图（MPa）
图 34 结构变形图（mm）
（5）整圆承重
图 35 结构应力图（MPa）
图 36 结构变形图（mm）
（6）落底解扣
图 37 结构应力图（MPa）
图 38 结构变形图（mm）
（7）风暴自存
图 39 结构应力图（MPa）
图 40 结构变形图（mm）
四、结论计算表明
工装在八种工况下作业时，1 号片、2 号片及 3号 片 挂 重 及 旋 转 工 况 下 结 构 的 应 力 最 大 ， 最 大 值 为225.571N/mm2，满足 ABS 规范中关于强度要求。
结构高应力的地方主要出现在工装底部与水下的 9 根支承钢管桩的连接处。结构最大变形发生在工装整体吊装的时候，最大变形值为 19.839mm。
经过现场实践证明，结构完全满足各种工况下的施工要求。
页面更新：2024-03-29
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