劉新華， 霰建平， 金 倉， 李 松， 郭 瑞

(1.中交第二公路工程局有限公司工程設(shè)計研究院， 西安 710065； 2.中交二公局第二工程有限公司， 西安 710065)

國內(nèi)外懸索橋主纜施工方法主要有預(yù)制平行索股法(PPWS法)和空中紡線法(AS法)2種。PPWS法起源于日本，現(xiàn)今國內(nèi)絕大部分懸索橋主纜均采用該方法架設(shè)，且已形成設(shè)計、纜索制造、成熟的架設(shè)工藝工法及完整產(chǎn)業(yè)鏈[1]。AS法屬于英式施工方法，是歐洲國家常用的懸索橋主纜架設(shè)方法，有著悠久的歷史[2]，目前在國外仍被廣泛使用，典型代表有丹麥的大海帶橋，英國的亨伯大橋和韓國的李舜臣大橋。

香港青馬大橋是國內(nèi)唯一采用AS法架設(shè)主纜的懸索橋[3-4]，施工單位為英高日建筑聯(lián)營所(特法佳建筑(亞洲)有限公司、高捷達土木工程有限公司及三井物業(yè)有限公司聯(lián)營)，國內(nèi)尚無自主采用主纜AS法施工的工程。為完善懸索橋主纜施工工藝，增加我國橋梁建設(shè)的核心競爭力，以陽寶山特大橋為依托，對懸索橋主纜AS法架設(shè)施工工藝進行研究。

1 工程概況

陽寶山特大橋位于貴州省黔南州貴定縣新巴州和德新鎮(zhèn)境內(nèi)，大橋橫跨獨木河大峽谷，是貴黃高速控制性工程之一。陽寶山特大橋主跨為650 m單跨鋼桁梁懸索橋，主纜計算跨度為170 m+650 m+210 m，主纜主跨矢跨比為1/10，該橋總體布置如圖1所示。

單位：cm

主纜中心間距36.0 m，其中1～10號通長索股由336根鋼絲組成，11～36號通長索股由320根鋼絲組成，貴陽岸的2根背索均由192根鋼絲組成。主纜所有鋼絲直徑均為5.35 mm、公稱抗拉強度為1 860 MPa的高強度鍍鋅鋼絲。陽寶山特大橋主纜采用空中紡線法(AS法)施工。

AS法主纜錨固系統(tǒng)由索股錨固連接構(gòu)造和預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)造組成。索股錨固連接構(gòu)造由拉桿及其組件、連接墊板組成；預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)造由管道、環(huán)氧涂層鋼絞線及錨具、錨頭防護帽等組成。在前錨面位置拉桿一端與股靴相連接，另一端與被預(yù)應(yīng)力鋼束錨固于前錨面的連接墊板。錨固單元構(gòu)造如圖2所示。

(a) 主纜錨固系統(tǒng)立面

(b) 主纜錨固系統(tǒng)平面

2 紡絲原理

主纜AS法施工分為空中紡絲牽引循環(huán)系統(tǒng)和地面放絲系統(tǒng)2部分?？罩屑徑z牽引循環(huán)系統(tǒng)由高速卷揚機、牽引繩、紡線輪及各鋼絲繩導(dǎo)輪組成的雙線循環(huán)往復(fù)式牽引系統(tǒng)。放絲系統(tǒng)主要由放線機、張力塔及各鋼絲導(dǎo)輪組成。牽引循環(huán)系統(tǒng)帶動紡線輪，牽引地面放絲系統(tǒng)放出的一組鋼絲(目前常用4根)，經(jīng)過多次往復(fù)牽引，當鋼絲達到單根索股設(shè)計數(shù)量時，將平行鋼絲對接后進行捆扎，形成主纜索股。

主纜AS法施工技術(shù)在應(yīng)用中不斷發(fā)展，歷經(jīng)自由懸掛鋼絲法(高強度法)、低張力法及最新技術(shù)的恒張力控制法，施工效率大大提高，并且降低了作業(yè)強度[5-7]。恒張力控制法，即主纜鋼絲在自由懸掛張力80%～85%恒張力狀態(tài)下紡絲，紡線輪往復(fù)架設(shè)的鋼絲張力恒定，20%～15%鋼絲張力的鋼絲自重通過主纜索股成型器傳遞給貓道[8-9]。

AS法架設(shè)主纜時，紡絲系統(tǒng)的放線機上將工字輪內(nèi)的鋼絲放出，通過張力塔調(diào)節(jié)鋼絲的恒定張力，由牽引系統(tǒng)的紡線輪帶動鋼絲在兩岸往返運行，并進行主纜鋼絲架設(shè)作業(yè)。在兩岸的股靴位置，每次紡線輪到達時，工人將鋼絲從紡線輪中拉出后掛在股靴上，重復(fù)往返架設(shè)和掛股靴作業(yè)直至單根索股架設(shè)完畢，其架設(shè)基本原理如圖3所示[10]。在起始絲進行錨固且起始岸鋼絲掛股靴作業(yè)完成后，紡線輪帶動鋼絲進行去程紡絲作業(yè)，沒有運動的鋼絲定義為死絲，從放線機內(nèi)放出，同時以紡線輪2倍速度運行的鋼絲定義為活絲[11]。紡線輪1次往返中使鋼絲形成1個環(huán)，為提高架設(shè)主纜現(xiàn)場的工作效率，紡線輪單次運行可牽拉多根鋼絲進行架設(shè)主纜作業(yè)，目前采用最多的是1個紡線輪上牽拉4根鋼絲前進，即往返1個循環(huán)可架設(shè)8根鋼絲。

(a) 去程紡絲示意

(b) 回程紡絲示意

主纜AS法施工采用雙線往復(fù)式牽引循環(huán)系統(tǒng)，目前牽引系統(tǒng)設(shè)計的最大運行速度為6 m/s。紡線輪兩岸對稱安裝在牽引索的兩側(cè)鋼絲繩上，可進行單索股紡絲施工或雙索股同時紡絲施工。紡線輪通過塔頂時需減速，方便工人的操作和減少運行風險。

陽寶山特大橋采用恒張力控制的AS法施工技術(shù)，主纜紡絲張力為132.3 kgf，紡線輪單次牽拉4根鋼絲，往返8根鋼絲進行紡絲施工。陽寶山特大橋采用雙索股紡絲施工工藝，2個紡線輪同時往返運行架設(shè)主纜，即1個往返可架設(shè)16根鋼絲。由于陽寶山特大橋為國內(nèi)首次采用AS法進行主纜施工，將牽引系統(tǒng)最大運行速度控制在4 m/s。

3 紡絲設(shè)備

3.1 鋼絲回倒設(shè)備

主纜AS法施工是通過牽引循環(huán)系統(tǒng)帶動紡線輪，牽引1組鋼絲(目前常用4根)，經(jīng)過多次往復(fù)牽引，當鋼絲達到單根索股設(shè)計數(shù)量時，將平行鋼絲對接后進行捆扎，形成主纜索股。

鋼絲出廠為2 t鋼絲卷，為提高工作效率，減少紡絲過程中鋼絲換盤次數(shù)，在紡絲前通過鋼絲回倒設(shè)備，將3組2 t鋼絲卷纏繞到工字輪上形成紡絲用6 t絲盤。鋼絲回倒機組由放線盤、張力裝置、收線機等組成。通過調(diào)節(jié)張力裝置上的張力組件，使鋼絲帶有一定張力纏繞到工字輪上。

3.2 牽引系統(tǒng)設(shè)備及放絲系統(tǒng)設(shè)備

AS法架設(shè)主纜施工設(shè)備主要分為牽引系統(tǒng)設(shè)備和放絲系統(tǒng)設(shè)備，通過2個系統(tǒng)設(shè)備的協(xié)同作業(yè)完成主纜的紡絲作業(yè)[12-13]，如圖4所示。陽寶山特大橋放絲設(shè)備布置在黃平側(cè)錨碇后方，由黃平側(cè)向貴陽側(cè)進行往返紡絲作業(yè)。

陽寶山特大橋主纜AS法施工，為雙線循環(huán)往復(fù)式牽引系統(tǒng)。牽引系統(tǒng)設(shè)備主要由雙摩擦高速卷揚機、紡線輪、錨碇導(dǎo)輪組、塔頂導(dǎo)輪組、貓道門架導(dǎo)輪組、牽引系統(tǒng)張緊機構(gòu)、各轉(zhuǎn)向滑輪及平衡配重組成?，F(xiàn)場配備2套牽引循環(huán)系統(tǒng)，左右幅主纜各1套牽引循環(huán)系統(tǒng)。

紡線輪為主纜紡線法施工往復(fù)拽拉架設(shè)鋼絲的關(guān)鍵構(gòu)件，結(jié)構(gòu)如圖5所示。紡線輪由4個單獨的轉(zhuǎn)動輪和前后支腳組成，每次往返最多架設(shè)8根主纜鋼絲，并且可進行去程和回程的角度調(diào)節(jié)，便于主纜索股鋼絲的入鞍和排列。紡線輪的前后支腳通過索道握索器固定在牽引索鋼絲繩上，能夠高速平穩(wěn)地通過各個導(dǎo)輪組。為了防止鋼絲在運行時出現(xiàn)鋼絲跳出轉(zhuǎn)動輪槽的現(xiàn)象，紡線輪上設(shè)置有防跳絲裝置。

放絲系統(tǒng)設(shè)備主要包括放線機和張力塔，放線機放絲速度為牽引系統(tǒng)運行速度的2倍。張力塔用于調(diào)節(jié)鋼絲張力，保證在紡絲過程中4根鋼絲張力恒定。現(xiàn)場共需配備8套放線機和8套張力塔。放線機和張力塔現(xiàn)場圖片如圖6所示。

圖4 主纜空中紡絲作業(yè)示意

(a) 紡線輪立面

(b) 紡線輪側(cè)面

3.3 鋼絲對接設(shè)備

紡線法是將鋼絲單獨牽拉進行架設(shè)主纜的施工技術(shù)，整根索股是一個閉環(huán)的串聯(lián)鋼絲束，在施工過程中需要對鋼絲進行對接作業(yè)，對接時采用壓接機對連接套進行壓接，壓接后的強度不低于鋼絲的抗拉強度。壓接機分為固定式壓接機和便攜式壓接機，固定式壓接機在紡絲場地倒換鋼絲卷盤時使用，便攜式壓接機用于單根索股架設(shè)完成時的首尾絲對接。鋼絲對接壓接套結(jié)構(gòu)及固定式、便攜式壓接機如圖7所示。

(a) 放線機

(c) 現(xiàn)場工作場景(航拍)

(a) 壓接套

(b) 固定式壓接機

(c) 便攜式壓接機

4 紡線法施工工藝

4.1 紡絲施工準備

包括滿盤工字輪準備、牽引系統(tǒng)準備和張力塔配重調(diào)節(jié)。

1) 滿盤工字輪準備

提前通過回倒機組將2 t鋼絲卷纏繞到6 t工字輪上，在工字輪存放區(qū)準備足夠的滿盤工字輪待用，并將指定的滿盤工字輪放置到放線盤上準備進行紡絲作業(yè)。

2) 牽引系統(tǒng)準備

(1) 牽引系統(tǒng)安裝完成后進行空載試運行和加載試運行。空載試運行分為低中高3種速度進行，反復(fù)運行查看牽引系統(tǒng)穩(wěn)定運行狀態(tài)及紡線輪通過門架的順暢程度。空載試運行后進行加載試運行，按照先輕后重，先慢后快的原則，進行加載試運行。

(2) 根據(jù)AS法施工實際運行時，鋼絲對紡線輪產(chǎn)生的反拉力對紡線輪施加配重，反復(fù)試運行，并對牽引系統(tǒng)配重進行調(diào)節(jié)，直到運行順暢，無牽引索脫槽及嚴重抖動等問題。

3) 張力塔配重調(diào)節(jié)

按照監(jiān)控設(shè)計單位給定的紡絲張力對張力塔的配重進行調(diào)節(jié)，通過拉力計測量鋼絲的張力塔出絲張力，根據(jù)張力測量結(jié)果對張力塔配重重量進行調(diào)節(jié)。

4.2 起始絲牽拉及錨固

1) 紡絲準備完成后進行起始絲牽拉工作。將單次的4根起始絲繞過各個導(dǎo)輪組和紡線輪后錨固在邊跨的貓道上，由于規(guī)范要求鋼絲接頭不能同時出現(xiàn)在同一斷面上，因此規(guī)定不同索股起始絲牽拉的距離不同，且同1根索股的4根鋼絲的鋼絲頭位置也不能在同一斷面上。

2) 在黃平側(cè)錨跨人工將鋼絲進行掛股靴作業(yè)，待該項完成后即可進行去程紡絲作業(yè)。

4.3 紡絲作業(yè)

1) 去程紡絲作業(yè)前，將紡線輪調(diào)整為25°狀態(tài)[14]，此時紡線輪上端鋼絲為活絲，下端鋼絲為死絲。

2) 進行去程紡絲，死絲落入對應(yīng)的索鞍鞍槽或者主纜成型器的保持槽內(nèi)，并按照設(shè)計圖順序進行排列，活絲落入活絲滾輪上，如圖8(a)所示。此時，牽引系統(tǒng)和放線系統(tǒng)進入聯(lián)動控制狀態(tài)，放線機放絲速度為牽引索運行速度的2倍。

3) 紡線輪到達對岸錨跨時，放絲系統(tǒng)停止放絲，對岸錨跨人工進行鋼絲掛股靴作業(yè)。

4) 回程紡絲作業(yè)前，將紡線輪擺動到與鉛垂面成15°[14]返程角度。

5) 操作牽引系統(tǒng)進行回程紡絲，此時放線系統(tǒng)為停止狀態(tài)，放線機不再放絲。紡線輪回程紡絲時，將活絲置入索鞍鞍槽內(nèi)或者主纜成型器的保持槽內(nèi)并按照設(shè)計圖順序進行排列，如圖8(b)所示。

(a) 去程紡絲作業(yè)

(b) 回程紡絲作業(yè)

4.4 起始絲和尾絲對接

按照4.3節(jié)所述循環(huán)進行紡絲作業(yè)，當紡絲達到設(shè)計數(shù)量后，將最后4根活絲(尾絲)和4根起始絲進行對接，接合位置要錯開。采用液壓剪進行錯位剪斷，砂輪鋸對鋼絲頭進行打磨，便攜式壓接機將起始絲和尾絲絲頭用連接套筒進行對接，單根索股紡絲結(jié)束。

4.5 索股整形及垂度調(diào)整

1) 索股整形

單根索股紡絲完成后，即可進行索股整形和垂度調(diào)整作業(yè)。索股整形采用索股整形器進行圓整工作，在整形過程中采用木錘敲打通過震動減小索股的孔隙率，索股整形要求達到孔隙率20%。當整形達到規(guī)定的直徑后采用強力纖維帶進行綁扎定型[15]。

2) 索股垂度調(diào)整

索股垂度調(diào)整與PPWS索股垂度調(diào)整方法基本一致，基準索股和參照索股垂度調(diào)整均采用絕對高程法進行測量，一般索股垂度調(diào)整采用相對高程法進行測量。調(diào)整順序為先中跨，再邊跨，最后調(diào)整錨跨。

5 雙索股紡絲施工工藝

為便于讀者理解，前文所述均為單索股紡絲施工工藝，但施工現(xiàn)場為提高施工效率，通常單幅貓道采用雙索股同時進行施工，陽寶山特大橋主纜架設(shè)也是用雙索股紡絲的方法。牽引循環(huán)系統(tǒng)兩岸同時對稱安裝紡線輪，當一個紡線輪進行去程紡絲時，另一個紡線輪進行回程紡絲，每個紡線輪對應(yīng)紡絲1根索股，單幅貓道上同時紡絲2根索股。

6 結(jié)束語

1) 懸索橋主纜AS法架設(shè)施工工藝在貴州陽寶山特大橋的成功應(yīng)用填補了國內(nèi)該施工工藝的空白。歷時4個月，陽寶山特大橋主纜AS法架設(shè)施工全部完成，在施工精度和效率方面均取得了較好的效果，為該法的推廣應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗。

2) 相較PPWS法架設(shè)的懸索橋主纜，AS法的孔隙率達到了同樣的精度，在制索精度上甚至有了提高,達到了1/30 000；經(jīng)濟性方面，AS法極大節(jié)省了工廠制索費用，同時節(jié)約了貓道等臨時結(jié)構(gòu)的制造費用；在施工效率上，對跨徑小于2 500 m的懸索橋，PPWS法的效率更好，但在2 500 m以上的超大跨徑懸索橋施工中，PPWS法的制索和架設(shè)能力受限，AS法較PPWS法更優(yōu)。

3) 在后續(xù)工程應(yīng)用中將在陽寶山特大橋主纜AS法架設(shè)施工的基礎(chǔ)上，更進一步優(yōu)化施工工藝，提高施工效率，并向超大跨徑主纜AS法架設(shè)工藝更高效方向努力。

4) AS法工藝的突破，將在山嶺雙隧道錨固懸索橋、山區(qū)大跨徑懸索橋以及2 500 m以上的超大跨徑懸索橋中發(fā)揮它的優(yōu)勢。