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        武漢鸚鵡洲長江大橋三塔懸索橋纜索系統(tǒng)施工技術(shù)

        2016-11-16 08:07:30李陸平馮廣勝羅瑞華
        城市道橋與防洪 2016年6期
        關(guān)鍵詞:施工

        李陸平,馮廣勝,羅瑞華

        (中鐵大橋局集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430050)

        武漢鸚鵡洲長江大橋三塔懸索橋纜索系統(tǒng)施工技術(shù)

        李陸平,馮廣勝,羅瑞華

        (中鐵大橋局集團(tuán)有限公司,湖北 武漢430050)

        武漢鸚鵡洲長江大橋是目前世界上跨度最大的三塔四跨懸索橋。針對三塔四跨懸索橋的特點,采用了兩階段導(dǎo)索過江思路和四跨連續(xù)式貓道結(jié)構(gòu);主纜索股架設(shè)采用牽引力穩(wěn)定的平面小循環(huán)牽引系統(tǒng)。采取措施成功解決了首根索股架設(shè)中出現(xiàn)的纏包帶易破損、索股易扭轉(zhuǎn)和散絲等技術(shù)難題。

        懸索橋;三塔;貓道;主纜;牽引系統(tǒng);施工技術(shù)

        1 工程概況

        武漢鸚鵡洲長江大橋主橋為200 m+2×850 m+200 m三塔四跨懸索橋[1],“三塔”懸索橋中貓道架設(shè)、主纜索股牽引、纜索系統(tǒng)線形控制等相對于“兩塔”結(jié)構(gòu)來說更為復(fù)雜。上部結(jié)構(gòu)主纜橫向布置2根,每根主纜由114根索股組成,見圖1。主纜長約2 285 m,單根索股重約50 t。吊索采用銷接式,吊索上端通過耳板與索夾連接,下端通過叉形耳板與加勁梁上的錨板連接。

        2 貓道施工

        (1)兩階段導(dǎo)索過江

        導(dǎo)索是纜索工程中最先拉過江河的一根鋼絲繩索。本工程采用水面過渡法,即采用拖輪將導(dǎo)索拖拽過江。導(dǎo)索選用2根2 500 m、φ36 mm鋼絲繩(后期當(dāng)作主纜牽引索)。根據(jù)導(dǎo)索垂度和拖輪航行速度(1.5 m/s),計算得出拖輪蒸汽指示功率為706 HP。實際上、下游各配備一艘功率為1 200 HP的拖輪進(jìn)行導(dǎo)索過江作業(yè)。

        針對三塔四跨懸索橋的特點,兩個主跨采用兩階段導(dǎo)索過江方案。由于2#塔~3#塔之間為非主通航孔,導(dǎo)索過江對航道影響較小,故第一階段先完成2#~3#塔之間的導(dǎo)索架設(shè)(實行交通管制后,上、下游拖輪拖拽導(dǎo)索從3#塔駛向2#中塔)。然后第二階段完成1#~2#塔之間導(dǎo)索過江(對航道封航4小時,上、下游拖輪拖拽導(dǎo)索從1#塔駛向2#中塔),并將導(dǎo)索在2號塔附近與引索連接成整根,形成牽引系統(tǒng),見圖2。

        (2)貓道設(shè)計

        貓道是大跨度懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工的重要高空作業(yè)平臺[2]。貓道形式通常有連續(xù)式和分離式兩種。與分離式相比,連續(xù)式貓道具有塔頂預(yù)埋件相對較少、貓道線形調(diào)整方便、整根貓道索拆除后可重復(fù)利用,以及對橋塔受力影響比較小等優(yōu)點。為此,本工程采用四跨連續(xù)式貓道。

        貓道由承重索、扶手索、門架支承索、面層、門架、塔頂轉(zhuǎn)索鞍及變位系統(tǒng)、下拉裝置、橫向天橋及錨固體系等組成,見圖3。貓道索距離主纜中心1.5 m,貓道面寬4.0 m。貓道承重索每幅6根,單根長2 277 m,采用6×36WS+IWR-Φ48鍍鋅鋼絲繩,其抗拉強(qiáng)度為1 960 MPa。

        為方便上部結(jié)構(gòu)施工,貓道的線形應(yīng)與主纜線形平行。貓道索在制造過程中,必須嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行預(yù)張拉處理消除其非彈性變形(張拉荷載不小于其破斷荷載的0.5倍,且應(yīng)持荷60 min,并進(jìn)行兩次),同時要測量出實際彈模和截面積,以便修正貓道承重索最終下料長度。

        (3)貓道架設(shè)生孔隙,易松動脫離。在該隧道采用了拱背注漿填充,經(jīng)雷達(dá)超聲波檢測,取得了明顯的效果。

        (4)鎖腳鋼管必須按設(shè)計要求進(jìn)行施工。仰拱是控制下沉的關(guān)鍵工序,應(yīng)盡早閉合成環(huán)。

        (5)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全,但工序復(fù)雜,速度較慢,成本較高。

        圖1 武漢鸚鵡洲長江大橋主纜橫斷面圖

        圖2 1#~2#塔主通航孔導(dǎo)索過江示意圖

        圖3 貓道斷面布置圖(單位:mm)

        先導(dǎo)索過江后,利用主纜架設(shè)用25 t摩擦式卷揚機(jī)作為主牽引卷揚機(jī),15 t卷揚機(jī)作為副卷揚機(jī),形成往復(fù)對拉牽引系統(tǒng)架設(shè)貓道索。

        貓道索架設(shè)時,依次架設(shè)支承索、承重索,然后安裝面網(wǎng)(橫向天橋同步安裝),最后安裝扶手繩、側(cè)網(wǎng)以及照明等附屬工程。

        貓道架設(shè)完畢后,按大型施工設(shè)施進(jìn)行逐級檢查簽證,經(jīng)驗收合格后才能使用。同時,在使用過程中,要加強(qiáng)防火作業(yè)管理。

        3 纜索系統(tǒng)施工

        (1)牽引系統(tǒng)

        考慮到兩個項目部分別位于漢陽、武昌岸,為方便管理,上游側(cè)主纜架設(shè)放索區(qū)設(shè)置在漢陽側(cè),牽引區(qū)設(shè)置在武昌側(cè);下游側(cè)主纜架設(shè)放索區(qū)設(shè)置在武昌側(cè),牽引區(qū)設(shè)置在漢陽側(cè)。每邊放索區(qū)均布置在錨碇后方,占地面積約4 200 m2,在預(yù)留放索支架、卸車空間、行車空間后,放索區(qū)可存放40個索盤。放索區(qū)設(shè)回轉(zhuǎn)支架進(jìn)行牽引索的轉(zhuǎn)向。另布置60 t龍門吊用于索盤轉(zhuǎn)運,牽引區(qū)布置一臺25 t摩擦式卷揚機(jī)提供牽引力,另布置平衡重支架保證鋼絲繩張緊不打滑。

        主纜架設(shè)牽引系統(tǒng)一般有循環(huán)式(又分平面小循環(huán)、平面大循環(huán))、往復(fù)對拉(又分單線往復(fù)、雙線往復(fù)對拉)形式[3]。對于本工程,將“雙線往復(fù)式”和“平面小循環(huán)方式”進(jìn)行了對比分析,見表1。

        根據(jù)表1,從技術(shù)性角度,往復(fù)式同步性較差,牽引力不穩(wěn)定,易出現(xiàn)拉力增加和減少現(xiàn)象,從而造成主纜散絲等問題。從經(jīng)濟(jì)上比較,往復(fù)式對主纜架設(shè)的效率提高并不明顯,但往復(fù)式多投入2臺卷揚機(jī)且耗電量大。

        為此,本工程主纜架設(shè)采用平面小循環(huán)系統(tǒng)牽引方式。該系統(tǒng)上、下游設(shè)置25 t摩擦式卷揚機(jī)2臺。貓道繩架設(shè)完成后,將拽拉器移動至25 t卷揚機(jī)附近,將貓道索架設(shè)的φ36牽引索的南北錨繩頭臨時打梢錨固,解開拽拉器,將25 t卷揚機(jī)內(nèi)的φ36牽引索繩頭,順著貓道通道,采用人工牽引和塔頂卷揚機(jī)輔助牽引,將其從漢陽側(cè)(武昌側(cè))牽引至武昌側(cè)(漢陽側(cè)),最后將φ36牽引索的兩個繩頭連接成平面小循環(huán),形成主纜索股牽引系統(tǒng)。

        (2)索股制造、架設(shè)及緊纜

        a.索股制造

        首先按要求制作標(biāo)準(zhǔn)長度絲(便于長度控制)、定位標(biāo)志絲(便于觀察扭轉(zhuǎn))。然后將127根平行鋼絲索股編成六角形截面形狀的主纜鋼絲索股。鋼絲索股成盤后,最后澆鑄錨頭并按要求進(jìn)行頂壓。索股批量制造前,要進(jìn)行3根試驗索制造,并進(jìn)行靜載試驗,以確定制造工藝是否滿足要求,并提供索股彈性模量,以便監(jiān)控單位計算主纜無應(yīng)力下料長度。

        b.索股架設(shè)

        主纜是懸索橋的“生命線”,索股架設(shè)質(zhì)量是確保主纜質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[4]。主纜的架設(shè)采用預(yù)制平行鋼絲索股即PPWS工法。首先將索盤安裝在南(北)錨碇錨后的支架上,利用北(南)錨錨碇后的25t卷揚機(jī),從南(北)錨碇沿貓道向北(南)錨碇用循環(huán)牽引索牽引,牽引過程中索股落于順橋向布置的滾輪上。牽引到位后,檢查索股扭轉(zhuǎn)情況并調(diào)整后,將兩端錨頭臨時與錨桿固定,各鞍座處對索股進(jìn)行橫移、整形、入鞍。

        對于三塔懸索橋而言,主纜索股牽引需要穿過三個塔,為掌握索股牽引力變化情況,對前期7根索股索引過程中的牽引力進(jìn)行實時監(jiān)測(卷揚機(jī)可自動顯示牽引速度、牽引力等)。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計:索股平均牽引速度為27 m/min,索股依次經(jīng)過北錨碇、1#、2#、3#塔時,牽引力呈增漲趨勢,且經(jīng)過第3個塔時卷揚機(jī)的牽引力最大(為122 kN)。隨后,牽引力略為降低。7根索股經(jīng)過2個錨碇和3個塔時的牽引力曲線見圖4。

        表1 主纜牽引方式(往復(fù)對拉與循環(huán)式)分析比較表

        圖4 不同位置索股牽引力曲線圖(單位:kN)

        主纜架設(shè)時索股垂度調(diào)整是保證主纜線形的關(guān)鍵,基準(zhǔn)索股(即1#、28#索股)采用絕對高程法調(diào)整,以后的一般索股采用相對垂度調(diào)整法(與基準(zhǔn)索股處于若即若離狀態(tài)),使其達(dá)到設(shè)計精度的要求。

        為保證主纜索股架設(shè)后的形狀,當(dāng)28#索股待架設(shè)完成后,開始安裝V型保持器,將和保持器接觸的索股用鐵絲固定在一起;架設(shè)28#以后的索股開始安裝豎向保持器,確保索股和索股之間平行。

        c.緊纜

        索股架設(shè)完成后,對主纜進(jìn)行緊纜作業(yè)。緊纜作業(yè)分為預(yù)緊纜、正式緊纜作業(yè)。預(yù)緊纜時主纜空隙率控制在26%~28%,正式緊纜時索夾處主纜空隙率控制在18%±3%,索夾外主纜空隙率控制在20%±3%。

        (3)索夾、吊索安裝

        安裝前先將索夾(索夾左右兩半先連成整體)汽運至邊塔位置,后經(jīng)塔吊吊裝,對塔吊吊重范圍內(nèi)的索夾直接吊裝,其余索夾用塔吊吊放至移動吊架上,利用移動吊架運送索夾至相應(yīng)的安裝位置,拆分索夾為左右兩部分,利用移動吊架及手拉葫蘆同時吊升左右兩半索夾,待左右兩側(cè)索夾達(dá)到同一高度時穿入螺桿,人工預(yù)緊后,精確調(diào)整索夾位置,利用拉伸器張拉到位。

        吊索安裝時,對塔吊吊重范圍內(nèi)的吊索直接吊裝;對跨中長度較小的吊索,可在門架支承索上安裝滑鉤,將吊索下滑到安裝位置安裝;其余吊索可先水運至安裝位置下方,在其對應(yīng)索夾上安裝轉(zhuǎn)向滑輪,用卷揚機(jī)鋼絲繩通過轉(zhuǎn)向滑輪吊裝。

        4 施工中技術(shù)問題處理措施

        (1)主纜索股混編問題

        由于主纜索股鋼絲直徑、彈模對其線形影響較大,對于上、下游主纜索股采用不同的鋼絲廠家時,一般需要通過“混編”解決上、下游兩根主纜直徑和變形差異問題。目前已建成懸索橋主纜索股混編”情況見表2。

        表2 已建成懸索橋主纜“混編”情況一覽表

        武漢鸚鵡洲長江大橋上、下游兩根主纜鋼絲制造和索股編制均為2家,前期初步考慮主纜線形對彈性模量等參數(shù)影響比較敏感,為保證成橋后主纜線形和受力,并結(jié)合施工現(xiàn)場實際條件,擬將兩家鋼絲廠的鋼絲在同一根主纜內(nèi)進(jìn)行混編處理。后經(jīng)兩個鋼絲廠家對鋼絲直徑、彈模進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)兩家差異很少,故最終未采用混編措施。

        (2)索股成束中扭轉(zhuǎn)問題

        由于高強(qiáng)鋼絲制作后放置時間過長,導(dǎo)致索股成束中易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。解決方法是采用人工方式將主纜索股起始端和尾端的扭曲進(jìn)行復(fù)原,即在主纜起始端和尾端索股制作時,采取增加人力資源利用專用索股成型夾具,將已扭曲的主纜索股起始端和尾端在外力作用下調(diào)整到正確位置,從而使主纜索股標(biāo)準(zhǔn)絲、標(biāo)志絲在正確位置下入盤。

        (3)索股架設(shè)時纏包帶破損問題[5]

        在首根索股架設(shè)過程中,發(fā)現(xiàn)下游側(cè)索股易出現(xiàn)纏包帶破損問題,經(jīng)專題討論,發(fā)現(xiàn)廠家使用的纏包帶為國產(chǎn),相比國外進(jìn)口產(chǎn)品質(zhì)量上有差異,主要表現(xiàn)在國產(chǎn)纏包帶延伸率?。▏a(chǎn)產(chǎn)品僅4.3%,而進(jìn)口產(chǎn)品至少為20%)易碎斷,且耐磨性差,不能滿足本橋長距離、三次跨越主塔的使用要求。另外,主纜纏包帶間距規(guī)范要求1.5 m,實測間距偏大,纏包帶層數(shù)也偏少。

        后經(jīng)改進(jìn),嚴(yán)格控制纏包帶間距和層數(shù),且纏包帶改為進(jìn)口產(chǎn)品后,索股架設(shè)過程中纏包帶破損問題得到明顯改善。

        (4)索股架設(shè)時扭轉(zhuǎn)、散絲問題

        在首根主纜索股架設(shè)中,發(fā)現(xiàn)索股容易扭轉(zhuǎn)、散絲。解決扭轉(zhuǎn)措施是隔一定距離安裝“魚雷夾”,并在索股架設(shè)中每隔一定距離安排專人監(jiān)護(hù)索股的運行情況,隨時檢查和及時處理扭轉(zhuǎn)、散絲等問題。

        5 結(jié)語

        武漢鸚鵡洲長江大橋上部結(jié)構(gòu)自2013年1月13日先導(dǎo)索過江后,于2013年4月10日至6月24日完成全部114根主纜索股架設(shè)(其中一般索股架設(shè)僅用55 d,平均每天架設(shè)2.1根)。在上部結(jié)構(gòu)纜索系統(tǒng)施工中,采用了兩階段導(dǎo)索過江、四跨連續(xù)式貓道、平面小循環(huán)牽引系統(tǒng)架設(shè)主纜索股等技術(shù),為今后類似工程提供了借鑒和參考。

        [1]李陸平.武漢鸚鵡洲長江大橋中塔基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)[J].橋梁建設(shè),2015,45(4):7-12.

        [2]楊學(xué)祥,張明卓,朱艷,等.大跨度懸索橋施工貓道若干問題綜述[J].世界橋梁,2007(2):61-64.

        [3]常大寶.泰州長江公路大橋主纜架設(shè)施工關(guān)鍵技術(shù)[J].公路,2012(3):62-65.

        [4]葉覺明.三塔懸索橋主纜系施工應(yīng)用技術(shù)問題分析和探討[J].橋梁建設(shè),2008(1):69-72.

        [5]王紅霞,朱治寶.懸索橋主纜索股架設(shè)常見問題分析及處理措施[J].世界橋梁,2007(2):22-24.

        U445.4

        B

        1009-7716(2016)06-0198-04

        2016-02-15

        李陸平(1978-),男,湖北建始人,高級工程師,從事橋梁施工工作。

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