楊宇輝

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100071）

懸索橋兼具跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)美觀、穩(wěn)定可靠、適用范圍廣等多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在業(yè)內(nèi)人士的不懈努力之下，懸索橋施工技術(shù)的應(yīng)用水平逐步提高，相配套的纜索吊系統(tǒng)也取得長足的發(fā)展。此時(shí)，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上做出突破，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新式發(fā)展。

1 大跨度懸索橋加勁梁纜索吊系統(tǒng)的應(yīng)用概述

纜索吊系統(tǒng)是一種特種起重機(jī)械，該機(jī)械使用時(shí)主要設(shè)計(jì)在兩支點(diǎn)之間的大跨距承載結(jié)構(gòu)中，同時(shí)配備載重小車輔助施工，往返移動(dòng)，亦滿足垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸?shù)碾p重作業(yè)需求。以纜索吊系統(tǒng)為主要裝置安裝加勁梁是現(xiàn)代懸索橋建設(shè)中的重要方法，其普遍應(yīng)用于1 000 m以下跨徑的懸索橋，在山區(qū)地形復(fù)雜的環(huán)境中其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)尤為突出。

在結(jié)構(gòu)組成方面，纜索吊系統(tǒng)主要含兩部分，即承重系統(tǒng)和起重系統(tǒng)，前者包含主索、地錨、塔架等裝置，后者包含起重索、吊具、卷揚(yáng)機(jī)等裝置。彼此協(xié)同運(yùn)行，形成有條不紊的機(jī)械配套體系。纜索吊系統(tǒng)的突出應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于其在承重的狀態(tài)下依然可以滿足水平移動(dòng)的要求，且起吊高度普遍較大，將其應(yīng)用于懸索橋加勁梁施工中，可以發(fā)揮生產(chǎn)力優(yōu)勢(shì)，高效完成相關(guān)工作。

1.1 承重系統(tǒng)

承重系統(tǒng)主要包含地錨、塔架、索鞍等內(nèi)容，在其共同作用下組成承重系統(tǒng)。主索也稱之為承重索，通常由多根鋼絲繩共同組成，在各狀態(tài)下主索的垂度相同，由此也保證了纜索吊系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。主索錨固在懸索橋兩岸的地錨上，在塔架處，則固定在鞍槽上。在配套承重系統(tǒng)時(shí)，通常將各主索通過滑車組串聯(lián)后錨固，此時(shí)可有效保證主索垂直度的一致性。

1.2 起重系統(tǒng)

以起重索、起重小車、起重卷揚(yáng)機(jī)、牽引卷揚(yáng)機(jī)、牽引系及支索器等為主，共同組成起重系統(tǒng)。起重索、牽引索兩部分均以鋼絲繩為原材料制作而成，首尾與起重卷揚(yáng)機(jī)相連，并在塔架處通過轉(zhuǎn)向輪實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)向與定位操作，卷揚(yáng)機(jī)則布設(shè)在橋的兩側(cè)。

2 大跨度懸索橋加勁梁纜索吊系統(tǒng)應(yīng)用局限性及創(chuàng)新技術(shù)

2.1 承重系統(tǒng)的應(yīng)用局限性及創(chuàng)新技術(shù)

纜索吊系統(tǒng)的塔架能夠與索塔及錨碇穩(wěn)定結(jié)合，主索固定在錨碇處，主索索鞍布設(shè)在索塔上橫梁處，得益于永久結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，有助于增強(qiáng)纜索吊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在纜索吊運(yùn)行期間，隨著吊裝物的縱向移動(dòng)，主索在中、邊跨兩處所產(chǎn)生的水平分力也具有持續(xù)移動(dòng)的變化特點(diǎn)，中、邊跨主索各自的水平力存在差異，也正因其水平力存在差值，才會(huì)給整個(gè)索塔造成推動(dòng)力，在該受力條件下，不利于維持索塔受力的穩(wěn)定性[1]。

在原有鞍槽結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整，為索鞍頂部位置添加滑輪組，以此有效提升主索結(jié)構(gòu)的靈活性，使其可以自由滑動(dòng)，維系中、邊跨主索的水平張力一致，避免其差值超出誤差允許范圍，維持受力條件的合理性。

結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)主索索鞍結(jié)構(gòu)（單位：mm）

索塔偏載問題較為嚴(yán)重，為避免此問題，按照從內(nèi)向外的順序有序?qū)⒆蟆⒂曳魉骷茉O(shè)到位。系統(tǒng)運(yùn)行期間，主索移動(dòng)至塔頂門架時(shí)，主索與拉拽器兩部分保持相互分離的位置關(guān)系。在卷揚(yáng)機(jī)和塔吊的共同影響下，牽引主索從門架頂部繞過門架，隨后方可實(shí)現(xiàn)與拽拉器的穩(wěn)定連接，在轉(zhuǎn)向滾筒的帶動(dòng)作用下，持續(xù)牽引。

2.2 起重小車的應(yīng)用局限性及創(chuàng)新技術(shù)

起重小車含滑輪、掛架等裝置，用于攜帶加勁梁，使其沿著主索縱向行走。起重小車的工作量較大，具有較高安全系數(shù)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的必要前提。對(duì)此，在制造起重小車時(shí)，較為適宜的是配套具有耐磨性的滑輪，例如可以選用輕質(zhì)高強(qiáng)尼龍材料，其在減輕重量的同時(shí)還可以較好地避免鋼絲繩與滑輪過度摩擦的情況，保證纜索吊系統(tǒng)的安全性[2]。

2.3 支索器的應(yīng)用局限性及創(chuàng)新技術(shù)

支索器在大跨度施工環(huán)境中起到重要的作用，可用于承托起重索以及牽引索，增強(qiáng)各索的秩序性，避免各索相互絞亂的情況。考慮到放索和收索的穩(wěn)定性要求，支索器應(yīng)當(dāng)具有足夠的重量，即不宜采取輕質(zhì)化的設(shè)計(jì)方法。對(duì)此，可以采用前述所提的耐磨型滑輪，并且輔以鋼箱混凝土配重塊，以增加支索器的重量，避免其在使用過程中因重量不足而出現(xiàn)側(cè)翻的情況。

此外，合理控制支索器的間距后，可有效提高纜索吊系統(tǒng)的運(yùn)行水平。對(duì)于大跨度纜索吊而言，其配套的支索器通常采取不等間距布設(shè)的方法，從起重小車向索塔方向其布設(shè)間距有逐步增加的變化。

2.4 控制方式的應(yīng)用局限性及創(chuàng)新技術(shù)

在傳統(tǒng)的纜索吊系統(tǒng)中，施工人員間的溝通主要借助對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過此途徑交流，以便完成加勁梁的吊裝作業(yè)。隨著懸索橋建設(shè)質(zhì)量要求的逐步提高，加之現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)環(huán)境的愈發(fā)復(fù)雜，傳統(tǒng)的方法缺乏適用性，且在千米級(jí)的大型懸索橋建設(shè)中更是如此，兩岸操作人員的溝通存在不及時(shí)、信息不完整等問題，出現(xiàn)作業(yè)不協(xié)調(diào)的局面，輕則影響施工質(zhì)量，重則誘發(fā)安全事故，嚴(yán)重阻礙施工進(jìn)程的順利推進(jìn)。

通過計(jì)算機(jī)集成智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，有助于提高纜索吊的運(yùn)行能力，以便高效完成起吊作業(yè)，同時(shí)也有利于提高控制的精確性，使纜索系統(tǒng)可以在更為復(fù)雜的大跨度懸索橋工程中得到有效的應(yīng)用[3]。

計(jì)算機(jī)集成智能控制系統(tǒng)主要基于信息化理念進(jìn)行工作，充分運(yùn)用了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)維持運(yùn)行，即在兩種技術(shù)保障下，實(shí)現(xiàn)信息溝通、遠(yuǎn)程指揮調(diào)度，以便工作人員根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況綜合調(diào)度、分配系統(tǒng)內(nèi)所有卷揚(yáng)機(jī)。基于模塊化技術(shù)支持下，系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)能夠同時(shí)管理到系統(tǒng)內(nèi)所有卷揚(yáng)機(jī)，根據(jù)施工需求的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)每臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)的張力、速度之類的參數(shù)指標(biāo)，創(chuàng)建設(shè)備聯(lián)動(dòng)機(jī)制，由多臺(tái)設(shè)備協(xié)同運(yùn)行，提高控制精度，規(guī)避控制不同步。

在信息監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的支持下，能夠通過計(jì)算機(jī)直觀呈現(xiàn)出纜索吊裝系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，供工作人員分析，以便及時(shí)掌握實(shí)際情況，采取針對(duì)性的控制措施。

（1）電機(jī)零位保護(hù)。因正常操作或特殊原因而出現(xiàn)斷電現(xiàn)象后，完成重啟電源的操作后方可恢復(fù)正常工作狀態(tài)，此機(jī)制可以確保在突然來電時(shí)不出現(xiàn)突發(fā)情況。

（2）電機(jī)過流、過載保護(hù)。在負(fù)載明顯偏大、電流超出設(shè)計(jì)規(guī)范值的情況下，系統(tǒng)將及時(shí)進(jìn)行應(yīng)對(duì)，具體呈現(xiàn)為過熱繼電器常閉觸點(diǎn)自動(dòng)斷開，切斷電源，導(dǎo)致電流無法流通，可在短時(shí)間內(nèi)快速停機(jī)，起到安全防護(hù)的效果。

（3）電機(jī)超速保護(hù)。重物吊運(yùn)期間，若其運(yùn)行速度明顯偏高（相比電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速較大），此時(shí)超速開關(guān)常閉觸點(diǎn)將快速斷開，由此高效切斷電源。

（4）電機(jī)欠壓保護(hù)。總電源的運(yùn)行機(jī)制成熟，采用的是DW系統(tǒng)萬能式斷路器，并適配漏電空氣開關(guān)，此類裝置可以協(xié)同運(yùn)行。此外，柜體和設(shè)備兩部分獨(dú)立接地，實(shí)施的是三相五線制的布置方案，安全效果得到保證。

（5）鋼絲繩超載保護(hù)。隨著荷載值的持續(xù)增加，待其即將達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，及時(shí)告知相關(guān)工作人員；若荷載值未得到有效的控制而超過設(shè)定值，此時(shí)則會(huì)及時(shí)出現(xiàn)控制器常閉觸點(diǎn)斷開的情況，電源隨即被切斷，由此停機(jī)，以免因設(shè)備持續(xù)運(yùn)行而出現(xiàn)安全問題。

（6）鋼絲繩行程限位保護(hù)。隨著行程的增加，待其即將達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，及時(shí)告知相關(guān)工作人員；若因行程增加，具體數(shù)值已超出設(shè)定值，此時(shí)系統(tǒng)中行程指示開關(guān)常閉觸點(diǎn)將直接斷開，電流無法繼續(xù)傳輸，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。

3 工程實(shí)例的應(yīng)用分析

本文選取了實(shí)際橋梁項(xiàng)目進(jìn)行分析，其采用的是跨徑長度大小為（258+1 130+345）m的主橋，整體結(jié)構(gòu)設(shè)定為雙塔單跨鋼桁架懸索橋。橋梁結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)：加勁梁同時(shí)運(yùn)用了鋼桁加勁梁與正交異性鋼橋面板進(jìn)行施工，其桁高設(shè)為9 m，橫向、縱向間距保持在27 m與10.2 m。從施工現(xiàn)場(chǎng)的地形條件出發(fā)，結(jié)合工程質(zhì)量要求、具體施工方案，本項(xiàng)目決定使用纜索吊系統(tǒng)安裝法進(jìn)行施工。

立足于懸索橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定纜索吊承載索跨徑，即（237+1 130+325）m，充分發(fā)揮出兩岸索塔的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將其作為纜索吊塔架而使用。根據(jù)索塔上橫梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在其頂面布置支撐索鞍，承載索錨固至散索鞍支墩處，形成穩(wěn)定連接的關(guān)系。分別為纜索吊機(jī)左、右幅適配起吊系統(tǒng)，卷揚(yáng)機(jī)和牽引卷揚(yáng)機(jī)為關(guān)鍵動(dòng)力裝置，兩者分別布置在兩岸塔錨間引橋上，在智能控制機(jī)制下，設(shè)備聯(lián)合作業(yè)，高效吊裝。纜索吊機(jī)的平面布置情況如圖2所示。

圖2 大橋纜索吊機(jī)平面布置（單位：mm）

4 結(jié)語

綜上所述，縱觀懸索橋的發(fā)展進(jìn)程，其施工技術(shù)水平具有逐步提高的變化趨勢(shì)，同時(shí)纜索吊裝系統(tǒng)也能夠更好地適應(yīng)大跨徑懸索橋的施工要求。但受地形、地勢(shì)等多重因素的影響，實(shí)際施工中仍有諸多有待解決的難點(diǎn)，作為工程人員，有必要從實(shí)際情況出發(fā)，遵循因地制宜的原則，合理應(yīng)用纜索吊系統(tǒng)，注重技術(shù)創(chuàng)新，以便高效完成大跨度懸索橋加勁梁的吊裝作業(yè)。