王武斌

（中鐵航空港集團(tuán)三公司，河北 霸州 065700）

復(fù)合式纜索吊機(jī)在落布溪大橋鋼管拱肋吊裝施工中的應(yīng)用

王武斌

（中鐵航空港集團(tuán)三公司，河北 霸州 065700）

文章詳細(xì)介紹了復(fù)合式纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)的施工方法以及在落布溪大橋拱肋吊裝中的應(yīng)用。

復(fù)合式纜索吊機(jī)；宜萬(wàn)鐵路；落布溪大橋；鋼管拱肋節(jié)段

1 工程概況

宜萬(wàn)鐵路落步溪大橋?yàn)閲?guó)內(nèi)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(shè)計(jì)吊重為62 t的復(fù)合式纜索吊機(jī)。由于目前我國(guó)對(duì)于纜索吊機(jī)無(wú)定型設(shè)計(jì)和專業(yè)生產(chǎn)廠家，故根據(jù)橋梁跨度、結(jié)構(gòu)形式、橋址地形地質(zhì)情況、起吊重量自行設(shè)計(jì)。在纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)安裝及拱肋節(jié)段吊裝過(guò)程中，經(jīng)過(guò)科技人員攻關(guān)，通過(guò)嚴(yán)密的計(jì)算和監(jiān)控，不斷改進(jìn)施工工藝，形成了一套切實(shí)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(yùn)輸提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2 設(shè)計(jì)及施工方法

2.1 復(fù)合式纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1.1 纜索吊機(jī)總體布置

本纜索吊機(jī)采用吊、掛分離方案。纜索吊機(jī)由索塔系、索道系、后錨系群、卷?yè)P(yáng)機(jī)群、抗風(fēng)系等組成。

2.1.2 主要技術(shù)指標(biāo)

本纜索吊機(jī)確定技術(shù)指標(biāo)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(shù)為3.52；③最大施工垂度f(wàn)max=22.96 m=L/13.5；④空索安裝垂度f(wàn)0=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(shù)為5.1，采用4臺(tái)5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)。

（3）牽引索。萬(wàn)州岸牽引索選用 2Φ28（6×37+1，1 550 MPa）鋼繩，安全系數(shù)為6.61，采用2臺(tái)8 t卷?yè)P(yáng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)；宜昌岸牽引索選用 2Φ21.5（6×37+1，1 550 MPa）鋼繩，安全系數(shù)為5.67，采用2臺(tái)5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)。

（4）索塔。①采用門式索塔，用萬(wàn)能桿件拼裝，立柱為2×2 m的兩根。塔寬10 m，塔高萬(wàn)州岸39.29 m，宜昌岸45.28 m，全塔在塔高20 m處設(shè)一橫聯(lián)，橫聯(lián)斷面為2×2×6 m；②索塔均采用鉸座固定在混凝土基礎(chǔ)上；③由于塔斷面的寬縱比達(dá)到5∶1，因此，兩塔均不設(shè)橫向纜風(fēng)索，前后纜風(fēng)均采用Φ15.24鋼絞線，其中前纜風(fēng)為4Φ15.24鋼絞線，后纜風(fēng)為8Φ15.24鋼絞線，安裝時(shí)在主錨碇上進(jìn)行張拉；④索塔安裝，萬(wàn)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(tái)作為扣索錨梁；②第一、二段扣索采用鋼繩用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行張拉，3#、4#、5#用低松弛Φ15.24鋼絞線束在橋臺(tái)上進(jìn)行張拉；③扣索背索為預(yù)應(yīng)力鋼絞線束錨索，也在橋臺(tái)上進(jìn)行張拉。

（6）地錨。①兩岸主地錨均為預(yù)應(yīng)力鋼絞線束錨索，為4×10Φ15.24無(wú)粘結(jié)鋼絞線；②錨索、主繩、前后纜風(fēng)均在錨梁上進(jìn)行張拉和固定。

（7）卷?yè)P(yáng)機(jī)群。除宜昌岸兩臺(tái)牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)和兩臺(tái)扣索卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在宜昌臺(tái)外，其余所有卷?yè)P(yáng)機(jī)均布置在萬(wàn)州側(cè)。

2.2 施工方法

2.2.1 索塔施工

索塔由M型萬(wàn)能桿件拼裝組成，塔腳為鉸接，鉸座與萬(wàn)能桿件主弦等強(qiáng)。索塔基礎(chǔ)厚150 cm，分2次澆筑。準(zhǔn)確埋設(shè)塔鉸預(yù)埋螺栓固定支架及相關(guān)預(yù)埋件后第1次澆60 cm C40混凝土。在定位支架上用全站儀準(zhǔn)確定位塔鉸預(yù)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(wàn)能桿件塔身8 m左右，并拼裝臨時(shí)定位橫向風(fēng)纜，確保索塔各構(gòu)件間相對(duì)位置正確、準(zhǔn)確，焊接萬(wàn)能桿件和塔鉸后，繼續(xù)正常拼裝索塔。

塔高超過(guò)10 m應(yīng)始終保持2層臨時(shí)抗風(fēng)。每層2組2Φ21.5滑車組。

塔頂結(jié)構(gòu)由縱、橫工字鋼組成?？v向10I28b、橫向4I45b與萬(wàn)能桿件支承靴焊結(jié)組成塔頂結(jié)構(gòu)。

2.2.2 后主錨施工

結(jié)合地形、地質(zhì)情況主錨采用預(yù)應(yīng)力錨索方案。每岸設(shè)兩個(gè)各自獨(dú)立式錨碇，其中心距離8 m，全橋設(shè)主錨4個(gè)。每個(gè)主錨設(shè)2束10Φ15.24 mm預(yù)應(yīng)力錨索，鋼鉸線強(qiáng)度1 860 mpa，預(yù)拉力1 110 kN。錨梁C40混凝土長(zhǎng)300 cm×Φ280 cm。

2.2.3 纜索布設(shè)施工

纜索系統(tǒng)包括主索、牽引索、起吊索、工作索、抗風(fēng)索等。

（1）布設(shè)準(zhǔn)備。①索卡準(zhǔn)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(gè)數(shù)Φ56主索為16個(gè)。索塔處用的索卡，用于主索過(guò)索鞍時(shí)的連接交換。②卷?yè)P(yáng)機(jī)及其鋼繩準(zhǔn)備。在索塔下，地錨處均應(yīng)組織足夠的卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝好備用，并準(zhǔn)備足夠的鋼繩（各種規(guī)格）以備使用。③主抗風(fēng)布設(shè)。全橋主抗風(fēng)為Φj15.24鋼絞線，布設(shè)時(shí)前端錨固在索塔上，后端錨固在（張拉端）主錨上（布設(shè)有預(yù)埋件）。前抗風(fēng)為2組×2×1Φj15.24，后抗風(fēng)為2組×2×2Φj15.24?？癸L(fēng)布設(shè)前先準(zhǔn)確計(jì)算出每組抗風(fēng)鋼鉸線的下料長(zhǎng)度。下完料后用鐵絲間距為4～6 m一道進(jìn)行綁扎，然后采用P錨錨固（后抗風(fēng)）或通過(guò)轉(zhuǎn)向索鞍，其中前抗風(fēng)鋼絞線需利用先頭索（牽引索）運(yùn)輸至另一岸索塔塔頂，前抗風(fēng)錨固端利用P錨進(jìn)行錨固。張拉端利用卷?yè)P(yáng)機(jī)預(yù)拉協(xié)助將鋼絞線另一端穿過(guò)錨碇張拉端預(yù)留孔，然后采用千斤頂張拉之后進(jìn)行錨固。④前、后抗風(fēng)的張拉及控制施工。前后抗風(fēng)牽掛并鎖緊之后，即用YCW24型千斤頂對(duì)前后抗風(fēng)進(jìn)行初拉，初拉力以設(shè)計(jì)計(jì)算為準(zhǔn)，并同時(shí)考慮將塔頂位移控制在10 cm以內(nèi)。前抗風(fēng)每組鋼絞線（1Φj15.24）安裝后初拉力控制為萬(wàn)州塔82.5 kN、宜昌塔42.5 kN，后抗風(fēng)每組鋼絞線（2Φj15.24）安裝后初拉力控制為萬(wàn)州塔100 kN、宜昌塔70kN。前后抗風(fēng)初拉時(shí)可有意使塔頂往后錨側(cè)傾斜6～8 cm。⑤側(cè)抗風(fēng)的布設(shè)。側(cè)抗風(fēng)的錨碇布設(shè)在拱肋的上下游兩側(cè)，距離根據(jù)地形設(shè)定。側(cè)抗地錨除宜昌側(cè)上游方向利用石柱外，其余3個(gè)方向均為鉆孔埋設(shè)鋼管。由于受地形限制，抗風(fēng)收緊為卷?yè)P(yáng)機(jī)預(yù)收，葫蘆調(diào)節(jié)。

（2）牽引主纜索過(guò)溝布設(shè)。①牽引索的布置。本橋在進(jìn)行主索布置前，設(shè)Φ21.5鋼繩1根作牽引繩（循環(huán)索），牽引繩長(zhǎng)900 m，兩岸各經(jīng)主索鞍主槽輪進(jìn)主錨前的各1臺(tái)5 t中速卷?yè)P(yáng)機(jī)。牽引索翻索鞍采用臨時(shí)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(diào)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(diào)整;主繩在布置時(shí)采用目測(cè)法進(jìn)行控制。其目測(cè)方法：兩岸索塔至塔頂往下22.96 m處設(shè)一醒目標(biāo)志，布設(shè)時(shí)由1名工程技術(shù)人員在該處觀測(cè)（目測(cè)）指揮操作人員收緊工作繩，待垂度達(dá)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(dú)錨固，Φ56主索每根每岸用卡子（特定）16個(gè)，卡子間距為40 cm；Φ28工作索每根每岸用卡子10個(gè)，卡子間距為20 cm；所有索卡均為騎馬式。

2.2.4 穿吊點(diǎn)滑車系統(tǒng)施工

（1）安天線滑車及上下吊點(diǎn)滑車組。天線滑車及上吊點(diǎn)滑車組均為定型加工件，到現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收合格后即可進(jìn)行安裝。

安裝時(shí)用塔頂?shù)觞c(diǎn)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(shí)特別注意應(yīng)將其臨時(shí)固定在塔頂上，以防其下滑至主繩跨中不便處理，下吊點(diǎn)置于預(yù)先搭好的上吊點(diǎn)下附近的平臺(tái)上待用。

（2）起吊卷?yè)P(yáng)機(jī)及牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)線。主吊點(diǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)為5 t摩擦式恒力卷?yè)P(yáng)機(jī)，共使用4臺(tái)，布置在萬(wàn)州岸主錨碇前30～40 m。起吊卷?yè)P(yáng)機(jī)就位固定，接好電源調(diào)試合格后，該繩另端送到塔頂備用。

牽引用卷?yè)P(yáng)機(jī)：萬(wàn)州岸2臺(tái)8 t中速卷?yè)P(yáng)機(jī)，宜岸2臺(tái)5 t中速卷?yè)P(yáng)機(jī)，安裝在兩岸卷?yè)P(yáng)機(jī)群位置處,安好后檢驗(yàn)符合要求即可進(jìn)行牽引鋼繩線一端入卷?yè)P(yáng)機(jī)，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(yù)先已拉在塔頂?shù)钠鸬蹙€逐輪地將滑車組穿線完畢，穿起吊線時(shí)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(guò)索鞍時(shí)可利用塔頂?shù)觞c(diǎn)協(xié)助。將吊點(diǎn)從塔頂拉下至下吊點(diǎn)需要的位置（注意下拉時(shí)，卷?yè)P(yáng)機(jī)卷盤內(nèi)的繩應(yīng)松出來(lái)），至此該吊點(diǎn)穿線完畢，同法穿完其他的吊點(diǎn)。工作天線吊點(diǎn)穿法與主吊點(diǎn)基本相同，可參照進(jìn)行。②牽引繩穿線。牽引索每組吊點(diǎn)每端由φ28鋼繩走兩線構(gòu)成，在上吊點(diǎn)的天線滑車背離兩吊點(diǎn)間的一側(cè)設(shè)轉(zhuǎn)線動(dòng)滑車，先進(jìn)牽引繩線端頭至靠近塔側(cè)的一個(gè)動(dòng)滑車，拉回經(jīng)索鞍轉(zhuǎn)向輪進(jìn)入地錨處固定；再安裝好兩吊點(diǎn)間與牽引匹配的4φ28的連接繩（長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，最長(zhǎng)為25 m×4的閉合線），將另一吊點(diǎn)用單線牽引至另岸靠索塔（牽引走移時(shí)，已進(jìn)線的卷?yè)P(yáng)機(jī)要松繩出來(lái)，因?yàn)殡p線松出較慢，單線牽引繩不時(shí)要停頓一下，注意走移時(shí)吊點(diǎn)配重；亦可直接安裝另岸牽引繩），通過(guò)該岸天線吊點(diǎn)上轉(zhuǎn)線動(dòng)滑車、索鞍轉(zhuǎn)線至該岸地錨處固定（牽引繩穿線時(shí)可利用工作吊籃配合）。至此，該組天線的牽引索布設(shè)完成，如法完成全部的牽引索。③工作索布設(shè)。工作天線主索為2Φ28，牽引21.5為單線牽引，牽引布設(shè)為循環(huán)線，在卷?yè)P(yáng)機(jī)布設(shè)岸（萬(wàn)州岸）索塔上掛轉(zhuǎn)向單門滑車（50 kN）。注意上吊點(diǎn)兩起吊滑車（定滑車）間要拉開(kāi)距離至3 m，以防吊籃在空中旋轉(zhuǎn)。工作吊籃卷?yè)P(yáng)機(jī)為5 t雙筒卷?yè)P(yáng)機(jī)，且牽引筒為馬鞍式卷?yè)P(yáng)機(jī)。安裝吊點(diǎn)分配梁及配重。主吊點(diǎn)分配梁置于每節(jié)段梁的兩組吊點(diǎn)的上下游吊點(diǎn)之間，前后吊點(diǎn)各設(shè)置一分配梁，其配重配在下吊點(diǎn)上，各由2 t的混凝土塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。工作天線下設(shè)吊籃，因無(wú)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(fù)利用，先布設(shè)吊籃及其牽引繩，再利用吊籃進(jìn)行吊點(diǎn)牽引繩的牽引，兩岸卷?yè)P(yáng)機(jī)錨碇至索塔間鋼繩為牽引繩牽引。

2.2.5 試吊驗(yàn)收施工

纜索吊機(jī)整套系統(tǒng)涉及到的結(jié)構(gòu)物和機(jī)具設(shè)備眾多，為檢驗(yàn)系統(tǒng)在各種工況下的結(jié)構(gòu)受力以及機(jī)具設(shè)備的運(yùn)行情況及相關(guān)人員的協(xié)作情況，確保系統(tǒng)在拱肋吊裝過(guò)程中絕對(duì)安全和正常運(yùn)行；吊裝前應(yīng)進(jìn)行試吊工作及收集各種技術(shù)參數(shù)指導(dǎo)以后的吊裝施工工作。

2.2.6 節(jié)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(jiàn)表1。

表1 吊裝次序

拱肋的吊裝方法采用四點(diǎn)抬吊整體吊裝、起吊就位的方法進(jìn)行。吊裝順序?yàn)椋阂瞬齻?cè) 1、2→萬(wàn)州側(cè) 6、7→宜昌側(cè) 3、4、5→萬(wàn)州側(cè) 8、9、10→合攏節(jié) 11。

吊裝利用第1節(jié)段進(jìn)行試吊，以檢查纜索吊的工作狀況。

3 結(jié)論和體會(huì)

（1）纜索吊機(jī)的索塔采用門式索塔，用鉸座固定在混凝土基礎(chǔ)上，比固結(jié)方式的索塔斷面小，經(jīng)濟(jì)適用。

（2）纜索吊機(jī)的錨碇系統(tǒng)根據(jù)地質(zhì)情況采用預(yù)應(yīng)力錨索，利用鋼絞線能夠承受巨大拉力的優(yōu)點(diǎn)來(lái)克服纜風(fēng)、主索等施加的拉力，比傳統(tǒng)的重力式錨碇更加安全經(jīng)濟(jì)。

（3）纜索吊機(jī)采用吊裝系統(tǒng)、錨扣系統(tǒng)分離方案，相互制約小，施工操作方便。

（4）通過(guò)空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)，精密測(cè)量控制節(jié)段軸線及標(biāo)高，確保拱肋線形。

（5）利用仿真計(jì)算，合理控制扣索拉力，有效保證拱肋的線形。

（6）經(jīng)濟(jì)效益顯著，與傳統(tǒng)的采用固結(jié)式塔架和重力式錨碇纜索吊機(jī)進(jìn)行成本對(duì)比，本纜索吊機(jī)可節(jié)約30余萬(wàn)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(gè)月便完成了纜索吊機(jī)的安裝，每個(gè)節(jié)段的吊裝準(zhǔn)備用時(shí)不超過(guò)2天，吊裝用時(shí)不超過(guò)1天。

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

[2] GB50086-2001，《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)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