復合式纜索吊機在落布溪大橋鋼管拱肋吊裝施工中的應用

王武斌

（中鐵航空港集團三公司，河北 霸州 065700）

復合式纜索吊機在落布溪大橋鋼管拱肋吊裝施工中的應用

王武斌

（中鐵航空港集團三公司，河北 霸州 065700）

文章詳細介紹了復合式纜索吊機設計的施工方法以及在落布溪大橋拱肋吊裝中的應用。

復合式纜索吊機；宜萬鐵路；落布溪大橋；鋼管拱肋節段

1 工程概況

宜萬鐵路落步溪大橋為國內跨度最大的上承式鋼管混凝土勁性骨架提籃拱橋，其鋼管拱肋的吊裝采用了設計吊重為62 t的復合式纜索吊機。由于目前我國對于纜索吊機無定型設計和專業生產廠家，故根據橋梁跨度、結構形式、橋址地形地質情況、起吊重量自行設計。在纜索吊機設計安裝及拱肋節段吊裝過程中，經過科技人員攻關，通過嚴密的計算和監控，不斷改進施工工藝，形成了一套切實可行、安全快速的施工方法，為同類型橋施工及大噸位吊裝運輸提供了寶貴的經驗。

2 設計及施工方法

2.1 復合式纜索吊機設計要點

2.1.1 纜索吊機總體布置

本纜索吊機采用吊、掛分離方案。纜索吊機由索塔系、索道系、后錨系群、卷揚機群、抗風系等組成。

2.1.2 主要技術指標

本纜索吊機確定技術指標如下：

（1）主索。①主索天線由2×2Φ56 mm（CFRC8×36SW，1 960 MPa）鋼繩組成；②主索最大張力Tmax=1 394 kN/組，安全系數為3.52；③最大施工垂度fmax=22.96 m=L/13.5；④空索安裝垂度f0=18.7 m=L/16.6。

（2）起重索。選用 Φ21.5（6×37+1，1 550 MPa）鋼繩走 8 線，安全系數為5.1，采用4臺5 t卷揚機作為動力系統。

（3）牽引索。萬州岸牽引索選用 2Φ28（6×37+1，1 550 MPa）鋼繩，安全系數為6.61，采用2臺8 t卷揚機作為動力系統；宜昌岸牽引索選用 2Φ21.5（6×37+1，1 550 MPa）鋼繩，安全系數為5.67，采用2臺5 t卷揚機作為動力系統。

（4）索塔。①采用門式索塔，用萬能桿件拼裝，立柱為2×2 m的兩根。塔寬10 m，塔高萬州岸39.29 m，宜昌岸45.28 m，全塔在塔高20 m處設一橫聯，橫聯斷面為2×2×6 m；②索塔均采用鉸座固定在混凝土基礎上；③由于塔斷面的寬縱比達到5∶1，因此，兩塔均不設橫向纜風索，前后纜風均采用Φ15.24鋼絞線，其中前纜風為4Φ15.24鋼絞線，后纜風為8Φ15.24鋼絞線，安裝時在主錨碇上進行張拉；④索塔安裝，萬州岸塔頂后偏8 cm，宜昌岸后偏6 cm。

（5）扣索。①所有扣索均為塔扣分離，利用兩岸橋臺作為扣索錨梁；②第一、二段扣索采用鋼繩用卷揚機進行張拉，3#、4#、5#用低松弛Φ15.24鋼絞線束在橋臺上進行張拉；③扣索背索為預應力鋼絞線束錨索，也在橋臺上進行張拉。

（6）地錨。①兩岸主地錨均為預應力鋼絞線束錨索，為4×10Φ15.24無粘結鋼絞線；②錨索、主繩、前后纜風均在錨梁上進行張拉和固定。

（7）卷揚機群。除宜昌岸兩臺牽引卷揚機和兩臺扣索卷揚機布置在宜昌臺外，其余所有卷揚機均布置在萬州側。

2.2 施工方法

2.2.1 索塔施工

索塔由M型萬能桿件拼裝組成，塔腳為鉸接，鉸座與萬能桿件主弦等強。索塔基礎厚150 cm，分2次澆筑。準確埋設塔鉸預埋螺栓固定支架及相關預埋件后第1次澆60 cm C40混凝土。在定位支架上用全站儀準確定位塔鉸預埋螺栓（用鉸座固定）后，澆注第二次90 cm混凝土。安裝塔鉸及萬能桿件塔身8 m左右，并拼裝臨時定位橫向風纜，確保索塔各構件間相對位置正確、準確，焊接萬能桿件和塔鉸后，繼續正常拼裝索塔。

塔高超過10 m應始終保持2層臨時抗風。每層2組2Φ21.5滑車組。

塔頂結構由縱、橫工字鋼組成。縱向10I28b、橫向4I45b與萬能桿件支承靴焊結組成塔頂結構。

2.2.2 后主錨施工

結合地形、地質情況主錨采用預應力錨索方案。每岸設兩個各自獨立式錨碇，其中心距離8 m，全橋設主錨4個。每個主錨設2束10Φ15.24 mm預應力錨索，鋼鉸線強度1 860 mpa，預拉力1 110 kN。錨梁C40混凝土長300 cm×Φ280 cm。

2.2.3 纜索布設施工

纜索系統包括主索、牽引索、起吊索、工作索、抗風索等。

（1）布設準備。①索卡準備。索卡主要用于地錨處，其次用于索塔處，其中固端繩的接頭索卡個數Φ56主索為16個。索塔處用的索卡，用于主索過索鞍時的連接交換。②卷揚機及其鋼繩準備。在索塔下，地錨處均應組織足夠的卷揚機安裝好備用，并準備足夠的鋼繩（各種規格）以備使用。③主抗風布設。全橋主抗風為Φj15.24鋼絞線，布設時前端錨固在索塔上，后端錨固在（張拉端）主錨上（布設有預埋件）。前抗風為2組×2×1Φj15.24，后抗風為2組×2×2Φj15.24。抗風布設前先準確計算出每組抗風鋼鉸線的下料長度。下完料后用鐵絲間距為4～6 m一道進行綁扎，然后采用P錨錨固（后抗風）或通過轉向索鞍，其中前抗風鋼絞線需利用先頭索（牽引索）運輸至另一岸索塔塔頂，前抗風錨固端利用P錨進行錨固。張拉端利用卷揚機預拉協助將鋼絞線另一端穿過錨碇張拉端預留孔，然后采用千斤頂張拉之后進行錨固。④前、后抗風的張拉及控制施工。前后抗風牽掛并鎖緊之后，即用YCW24型千斤頂對前后抗風進行初拉，初拉力以設計計算為準，并同時考慮將塔頂位移控制在10 cm以內。前抗風每組鋼絞線（1Φj15.24）安裝后初拉力控制為萬州塔82.5 kN、宜昌塔42.5 kN，后抗風每組鋼絞線（2Φj15.24）安裝后初拉力控制為萬州塔100 kN、宜昌塔70kN。前后抗風初拉時可有意使塔頂往后錨側傾斜6～8 cm。⑤側抗風的布設。側抗風的錨碇布設在拱肋的上下游兩側，距離根據地形設定。側抗地錨除宜昌側上游方向利用石柱外，其余3個方向均為鉆孔埋設鋼管。由于受地形限制，抗風收緊為卷揚機預收，葫蘆調節。

（2）牽引主纜索過溝布設。①牽引索的布置。本橋在進行主索布置前，設Φ21.5鋼繩1根作牽引繩（循環索），牽引繩長900 m，兩岸各經主索鞍主槽輪進主錨前的各1臺5 t中速卷揚機。牽引索翻索鞍采用臨時人字扒桿鏈子滑車配合提升。②主纜索的垂度控制。2φ56的吊裝用主纜的空載垂度為22.96 m，主索最大張力1 394 kN/組，8Φ21.5滑車組調整；2Φ28的工作繩的空載垂度為16.5 m，最大張力為242.3 kN，4Φ21.5滑車組調整;主繩在布置時采用目測法進行控制。其目測方法：兩岸索塔至塔頂往下22.96 m處設一醒目標志，布設時由1名工程技術人員在該處觀測（目測）指揮操作人員收緊工作繩，待垂度達到22.96 m，卡緊主纜。③主纜索的錨固及連接。主索的錨固為單根，兩岸單獨錨固，Φ56主索每根每岸用卡子（特定）16個，卡子間距為40 cm；Φ28工作索每根每岸用卡子10個，卡子間距為20 cm；所有索卡均為騎馬式。

2.2.4 穿吊點滑車系統施工

（1）安天線滑車及上下吊點滑車組。天線滑車及上吊點滑車組均為定型加工件，到現場驗收合格后即可進行安裝。

安裝時用塔頂吊點將其分別吊到塔頂待安裝位置，由人工配合安裝到位，安裝時特別注意應將其臨時固定在塔頂上，以防其下滑至主繩跨中不便處理，下吊點置于預先搭好的上吊點下附近的平臺上待用。

（2）起吊卷揚機及牽引卷揚機進線。主吊點卷揚機為5 t摩擦式恒力卷揚機，共使用4臺，布置在萬州岸主錨碇前30～40 m。起吊卷揚機就位固定，接好電源調試合格后，該繩另端送到塔頂備用。

牽引用卷揚機：萬州岸2臺8 t中速卷揚機，宜岸2臺5 t中速卷揚機，安裝在兩岸卷揚機群位置處,安好后檢驗符合要求即可進行牽引鋼繩線一端入卷揚機，另一端送上塔頂備用。

（3）穿線。①穿起吊滑車組線。起吊滑車組共8線，用預先已拉在塔頂的起吊線逐輪地將滑車組穿線完畢，穿起吊線時可用工作吊籃配合。起吊線穿好后，將“活頭”牽至固定端的地錨（因起吊均為“單抽”）錨固，活頭過索鞍時可利用塔頂吊點協助。將吊點從塔頂拉下至下吊點需要的位置（注意下拉時，卷揚機卷盤內的繩應松出來），至此該吊點穿線完畢，同法穿完其他的吊點。工作天線吊點穿法與主吊點基本相同，可參照進行。②牽引繩穿線。牽引索每組吊點每端由φ28鋼繩走兩線構成，在上吊點的天線滑車背離兩吊點間的一側設轉線動滑車，先進牽引繩線端頭至靠近塔側的一個動滑車，拉回經索鞍轉向輪進入地錨處固定；再安裝好兩吊點間與牽引匹配的4φ28的連接繩（長度可調節，最長為25 m×4的閉合線），將另一吊點用單線牽引至另岸靠索塔（牽引走移時，已進線的卷揚機要松繩出來，因為雙線松出較慢，單線牽引繩不時要停頓一下，注意走移時吊點配重；亦可直接安裝另岸牽引繩），通過該岸天線吊點上轉線動滑車、索鞍轉線至該岸地錨處固定（牽引繩穿線時可利用工作吊籃配合）。至此，該組天線的牽引索布設完成，如法完成全部的牽引索。③工作索布設。工作天線主索為2Φ28，牽引21.5為單線牽引，牽引布設為循環線，在卷揚機布設岸（萬州岸）索塔上掛轉向單門滑車（50 kN）。注意上吊點兩起吊滑車（定滑車）間要拉開距離至3 m，以防吊籃在空中旋轉。工作吊籃卷揚機為5 t雙筒卷揚機，且牽引筒為馬鞍式卷揚機。安裝吊點分配梁及配重。主吊點分配梁置于每節段梁的兩組吊點的上下游吊點之間，前后吊點各設置一分配梁，其配重配在下吊點上，各由2 t的混凝土塊來實現。工作天線下設吊籃，因無承索器，其跨度大，考慮配重為1 t。穿線牽引。本橋牽引繩為反復利用，先布設吊籃及其牽引繩，再利用吊籃進行吊點牽引繩的牽引，兩岸卷揚機錨碇至索塔間鋼繩為牽引繩牽引。

2.2.5 試吊驗收施工

纜索吊機整套系統涉及到的結構物和機具設備眾多，為檢驗系統在各種工況下的結構受力以及機具設備的運行情況及相關人員的協作情況，確保系統在拱肋吊裝過程中絕對安全和正常運行；吊裝前應進行試吊工作及收集各種技術參數指導以后的吊裝施工工作。

2.2.6 節段吊裝施工

落步溪大橋主跨鋼管拱肋共分11段，吊裝次序見表1。

表1 吊裝次序

拱肋的吊裝方法采用四點抬吊整體吊裝、起吊就位的方法進行。吊裝順序為：宜昌側 1、2→萬州側 6、7→宜昌側 3、4、5→萬州側 8、9、10→合攏節 11。

吊裝利用第1節段進行試吊，以檢查纜索吊的工作狀況。

3 結論和體會

（1）纜索吊機的索塔采用門式索塔，用鉸座固定在混凝土基礎上，比固結方式的索塔斷面小，經濟適用。

（2）纜索吊機的錨碇系統根據地質情況采用預應力錨索，利用鋼絞線能夠承受巨大拉力的優點來克服纜風、主索等施加的拉力，比傳統的重力式錨碇更加安全經濟。

（3）纜索吊機采用吊裝系統、錨扣系統分離方案，相互制約小，施工操作方便。

（4）通過空間坐標轉化為平面坐標，精密測量控制節段軸線及標高，確保拱肋線形。

（5）利用仿真計算，合理控制扣索拉力，有效保證拱肋的線形。

（6）經濟效益顯著，與傳統的采用固結式塔架和重力式錨碇纜索吊機進行成本對比，本纜索吊機可節約30余萬元，且充分利用鋼絞線的特性，使得安全性更高，工效大幅提高。落步溪大橋僅用了3個月便完成了纜索吊機的安裝，每個節段的吊裝準備用時不超過2天，吊裝用時不超過1天。

[1] 周水興、何兆益等，《路橋施工計算手冊》[M].北京：人民交通出版社.

[2] GB50086-2001，《錨桿噴射混凝土支護技術規范》。

Composite Cable Crane’s Application in the Steel Arch Rib Erection Construction of Luobuxi Bridge

Wang Wubin

This paper introduces in detail the construction methods of composite cable crane design and its application in the rib erection construction of Luobuxi bridge.

composite cable crane;Yiwan railway;Luobuxi bridge;steel arch rib segment

U 448.22

A

1000-8136(2011)08-0030-03