作者簡(jiǎn)介：駱朝榮（1987—），工程師，主要從事公路施工安全管理工作。

摘要：廣西龍門大橋主橋?yàn)榭鐝? 098 m單跨懸索橋，文章提出一種三跨連續(xù)式結(jié)構(gòu)的貓道設(shè)計(jì)，并采用設(shè)計(jì)驗(yàn)算和風(fēng)洞試驗(yàn)論證其可靠性。該設(shè)計(jì)先導(dǎo)索為2根，以拖船“水面過(guò)渡法”分別牽引過(guò)海；單幅利用三段單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)獨(dú)立架設(shè)貓道承重索、門架承重索、防護(hù)索、扶手索等結(jié)構(gòu)；通過(guò)測(cè)量計(jì)算可及時(shí)對(duì)貓道線形進(jìn)行調(diào)整，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求以及作業(yè)舒適度需求。

關(guān)鍵詞：懸索橋；貓道；先導(dǎo)索；牽引系統(tǒng)；線形調(diào)整

中圖分類號(hào)：U442.5⁺4

0 引言

貓道是懸索橋主纜架設(shè)過(guò)程中的重要臨時(shí)結(jié)構(gòu)，作為典型的索桁結(jié)構(gòu)，貓道對(duì)風(fēng)荷載敏感，容易出現(xiàn)靜風(fēng)失穩(wěn)和較大振幅的風(fēng)致振動(dòng)。

龍門大橋是廣西規(guī)劃建設(shè)的最大跨海大橋和廣西首座單跨超千米特大橋，其橫跨茅尾海海域，位于熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，臺(tái)風(fēng)和大風(fēng)天氣較為常見(jiàn)。為保證龍門大橋施工階段貓道的抗風(fēng)安全和施工安全，通過(guò)對(duì)貓道系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)和抗風(fēng)性能分析，貓道的施工舒適度滿足要求，并經(jīng)受住了臺(tái)風(fēng)正面襲擊的考驗(yàn)；采用的三段單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)架設(shè)貓道施工技術(shù)，可為類似懸索橋項(xiàng)目提供參考。

1 工程簡(jiǎn)介

廣西龍門大橋主橋采用主跨1 098 m單跨吊懸索橋，主纜跨徑布置為251 m+1 098 m+251 m，垂跨比擬定為1/10，主纜在塔頂、錨碇處橫向間距分別為33.8 m和36.2 m。主梁跨徑布置為（50+1 098+50）m，主梁在兩個(gè)過(guò)渡墩處設(shè)置豎向支座、橫向抗風(fēng)支座、縱向阻尼裝置。西塔位于龍門港鎮(zhèn)北村船廠，東塔位于擦人墩西側(cè)；西錨位于面前嶺與龍門島之間的灘涂區(qū)、東錨位于擦人墩東側(cè)。如圖1所示。

2 貓道設(shè)計(jì)

貓道是從索股牽引至主纜防護(hù)涂裝的施工平臺(tái)，使用周期貫穿上部結(jié)構(gòu)施工的全周期。龍門大橋貓道采用三跨連續(xù)式結(jié)構(gòu)^[1-2]，如圖2所示，由貓道承重索、貓道面層、欄桿、門架承重索、貓道門架、橫向通道、貓道繩錨固及轉(zhuǎn)向裝置、變位鋼架、下拉裝置、貓道調(diào)節(jié)操作平臺(tái)等組成，貓道寬度為4.2 m，門架高度為7 m。在每條主纜中心線下方設(shè)置一幅貓道，兩幅貓道在中跨的中心距為33.8 m，在邊跨的中心距為33.8～36.2 m。單幅貓道的面層橫向設(shè)置2列，縱向則每隔6 m設(shè)置1個(gè)托輥。

2.1 貓道承重索和錨固調(diào)整系統(tǒng)

單幅貓道采用8根公稱抗拉強(qiáng)度為1 960 MPa（6×36WS+FC）的?48 mm鍍鋅鋼絲繩作為承重索。貓道承重索通過(guò)散索鞍支墩上的預(yù)埋裝置進(jìn)行錨固，設(shè)置4根大錨固拉桿，通過(guò)銷棒將貓道承重索索力傳遞到錨碇散索鞍支墩^[3]。不采用小拉桿調(diào)節(jié)，貓道承重繩直接繞繩柄錨固固定。

2.2 塔頂轉(zhuǎn)索鞍

為確保貓道承重索順利通過(guò)塔頂，在塔頂設(shè)置轉(zhuǎn)索鞍，轉(zhuǎn)索鞍預(yù)埋件同門架預(yù)埋板合并焊接預(yù)埋。轉(zhuǎn)索鞍設(shè)計(jì)為整體箱型構(gòu)件，采用鋼板焊接成箱，鋼板材質(zhì)均為Q355鋼，轉(zhuǎn)索鞍設(shè)計(jì)高度為0.5 m。轉(zhuǎn)索鞍在主索鞍吊裝完成后用塔吊提升至塔頂安裝。

2.3 貓道門架承重索及貓道門架

單幅貓道共設(shè)置29個(gè)貓道門架，全橋共計(jì)58個(gè)，貓道門架之間的標(biāo)準(zhǔn)間距為50 m，貓道門架頂部用?48 mm鍍鋅鋼絲繩連接，以增強(qiáng)門架的縱向穩(wěn)定性。門架承重索線形按照平行于貓道的承重索進(jìn)行布置，門架承重索與貓道承重索間距離為7 m。

3 貓道設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.1 設(shè)計(jì)荷載

計(jì)算荷載參數(shù)主要為6種。（1）恒載-均布荷載：考慮貓道承重索、門架承重索、扶手索、防護(hù)索、面網(wǎng)、扶手側(cè)網(wǎng)、防滑木條、大小橫梁、扶手立柱、主纜滾筒、電纜照明配電設(shè)備的延米自重。（2）恒載-集中荷載：考慮貓道門架、橫向通道及變位剛架的設(shè)計(jì)。（3）施工荷載：一幅貓道施工荷載按照在左右側(cè)托輥上均布置一根索股，外加其余活荷載、人群荷載。（4）施工階段風(fēng)荷載：按10 m高度處≤6級(jí)風(fēng)作為施工階段風(fēng)荷載計(jì)算依據(jù)，6級(jí)風(fēng)對(duì)應(yīng)風(fēng)速13.8 m/s。（5）設(shè)計(jì)風(fēng)荷載：龍門大橋10 m高的設(shè)計(jì)風(fēng)速取38.2 m/s。（6）溫度荷載：溫度荷載按降溫15℃考慮。

荷載組合如表1所示。

3.2 計(jì)算結(jié)果

貓道承重索計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。

由表2和表3可知，在各種荷載組合作用下，貓道承重索和門架承重索的安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

3.3 風(fēng)洞試驗(yàn)及抗風(fēng)性能研究

西南交通大學(xué)風(fēng)工程試驗(yàn)研究中心在XNJD-1風(fēng)洞中完成了龍門大橋貓道風(fēng)洞試驗(yàn)，并對(duì)抗風(fēng)性能進(jìn)行了分析研究。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)、靜風(fēng)穩(wěn)定性非線性分析、抖振分析，為貓道的抗風(fēng)設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)貓道構(gòu)件強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)證。由試驗(yàn)可知，龍門大橋貓道具有較高的抗風(fēng)安全性，振動(dòng)舒適度滿足施工期間的舒適度要求。

4 貓道施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 先導(dǎo)索過(guò)海

根據(jù)對(duì)橋位處茅尾海海域通航條件的調(diào)查，可短時(shí)間封航，選擇安全性高、工藝成熟的500HP拖船“水面過(guò)渡法”^[5-6]牽引過(guò)海方案。先導(dǎo)索采用?16 mm鋼絲繩，由西岸向東岸牽引過(guò)海，左右幅各一次?？刂品潘魉俣?，避免先導(dǎo)索垂度過(guò)大而沉入海底。東岸由于錨碇塔之間存在山體，采用塔錨之間3臺(tái)塔吊與滑輪組，以接力的方法將16 mm鋼絲繩從東塔牽引至東錨碇。

4.2 牽引索替換先導(dǎo)索

通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)將中跨和東岸邊跨牽引索替換先導(dǎo)索，西岸邊跨牽引索采用提升法直接安裝。如圖3所示，牽引索設(shè)計(jì)線形與貓道線形一致，比貓道承受索線形標(biāo)高高1～2 m。上、下游各建立一套上述三段牽引單線往復(fù)式系統(tǒng)，由三根牽引索（①牽引索、②牽引索、③牽引索）組成，每套牽引索采用?26 mm的鋼絲繩（6×37S+IWR，公稱抗拉強(qiáng)度1 870 MPa，最小破斷拉力為450 kN）。兩套系統(tǒng)獨(dú)立架設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行。

4.3 托架承索、托架定位索架設(shè)及托架安裝

在牽引系統(tǒng)架設(shè)完成后，先采用吊環(huán)法架設(shè)托架承重索，接著架設(shè)托架定位索及托架，最后架設(shè)貓道承重索^[7]。牽引過(guò)程中，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)托架承重索進(jìn)行反拉，防止托架承重索中跨側(cè)突然下沖。托架承重索完成并調(diào)整線形后，開(kāi)始架設(shè)托架定位繩。如圖4所示。

4.4 貓道承重索架設(shè)

中跨采用托架法架設(shè)貓道承重索，邊跨采用拽拉器直接牽引上提法架設(shè)貓道承重索^[8]。為了將索塔偏位控制在允許的范圍內(nèi)，上下游對(duì)稱架設(shè)貓道承重索，單幅貓道承重索從外向內(nèi)編號(hào)為1～8，按照1→8→2→7→3→6→4→5的順序進(jìn)行貓道架設(shè)。其架設(shè)順序見(jiàn)圖5。

在西錨碇頂板上設(shè)置放索器，貓道承重索存入放索器內(nèi)。將貓道承重索繩頭提升至西錨碇門架上，牽引系統(tǒng)將貓道承重索攜帶至東錨碇散索鞍支墩處進(jìn)行錨固，東、西岸塔頂卷?yè)P(yáng)機(jī)將貓道承重索提升并橫移至塔頂轉(zhuǎn)索鞍中。利用同樣方法架設(shè)剩余貓道承重索。

4.5 貓道面網(wǎng)、橫向通道安裝、臨邊防護(hù)、托輥安裝

貓道面網(wǎng)和橫向通道架設(shè)采用滑移法鋪設(shè)^[9]。分別自塔頂兩側(cè)向跨中、邊跨方向鋪設(shè)。架設(shè)扶手索、防護(hù)索，利用U型螺栓與扶手欄桿連接。側(cè)網(wǎng)隨面網(wǎng)一同下滑在指定位置上翻，并與扶手索及防護(hù)索連接固定，最后安裝貓道托輥。

4.6 貓道門架承重索錨固、貓道門架和附屬結(jié)構(gòu)安裝

貓道門架承重索架設(shè)后臨時(shí)存放于貓道面網(wǎng)上，待主纜架設(shè)階段牽引鋼絲繩架設(shè)完成后進(jìn)行貓道門架承重索錨固。利用塔吊將門架吊至門架承重索上，門架承重索及其掛架采用U型螺栓臨時(shí)連接，卷?yè)P(yáng)機(jī)反拉門架下滑至安裝位置之后用螺栓緊固。貓道構(gòu)件全部安裝完成后，安裝貓道照明警示、電纜、電箱及工具箱等附屬結(jié)構(gòu)。

5 線形調(diào)整

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算出的貓道承重索線形，對(duì)垂度進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，其順序是先中跨后邊跨^[10]。

5.1 貓道測(cè)量

貓道承重索的測(cè)量采用單向三角高程的方法。

5.1.1 水平角及距離計(jì)算（圖6）

根據(jù)置儀點(diǎn)A（X_A、Y_A）以及待測(cè)點(diǎn)O（X₀、Y₀、Z₀）計(jì)算出a、b、β以及水平距離S。

OA水平距離：

5.1.2 高程計(jì)算（圖7）

待測(cè)點(diǎn)高程：

H₀=h+Z_A+i_A（5）

式中：Z_A——置儀點(diǎn)高程；

i_A——儀器高；

h=tanα×S。

用H₀與設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行比較并調(diào)整（測(cè)設(shè)時(shí)考慮塔偏、溫度對(duì)承重索的影響系數(shù)），直至滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 貓道調(diào)整

5.2.1 初調(diào)

利用主錨碇門架上卷?yè)P(yáng)機(jī)提升貓道承重索的垂度，直至貓道承重索錨頭能分別與兩岸錨碇散索鞍支墩上錨固裝置的拉桿相連接。

5.2.2 精調(diào)

貓道承重索的精調(diào)主要分三階段進(jìn)行，即貓道承重索架設(shè)完成階段、變位鋼架安裝完成階段、下拉裝置安裝完成階段。

貓道承重索標(biāo)高調(diào)整允許偏差＜30 mm，使8根貓道承重索標(biāo)高同監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一致。調(diào)整時(shí)間宜選在夜間溫度較穩(wěn)定、風(fēng)小的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。

5.2.3 貓道索固定

貓道承重索調(diào)整就位后，在塔頂處通過(guò)轉(zhuǎn)索鞍上下固定板進(jìn)行固定，并在轉(zhuǎn)索鞍內(nèi)側(cè)貓道承重索上設(shè)置3道繩夾以防止其發(fā)生滑移。

6 結(jié)語(yǔ)

廣西龍門大橋貓道施工采用2根先導(dǎo)索，利用“水面過(guò)渡法”拖船牽引過(guò)海，無(wú)須空中橫移；采用托架法進(jìn)行貓道承重索、門架承重索架設(shè)；使用錨碇區(qū)域卷?yè)P(yáng)機(jī)代替小拉桿進(jìn)行微調(diào)；貓道使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)下拉裝置對(duì)線性調(diào)整作用不大。貓道實(shí)際有效施工1.5個(gè)月，成型的貓道達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求以及作業(yè)舒適度需求，同時(shí)經(jīng)受住了臺(tái)風(fēng)正面襲擊的考驗(yàn)，為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)國(guó)敏.現(xiàn)代懸索橋[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]周孟波，劉自明，王邦楣.懸索橋手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]徐 陽(yáng).大跨懸索橋貓道設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)驗(yàn)算[J].湖南交通科技，2017，43（2）：172-177，204.

[4]馬 亮，屈喜慶，李 飛，等.空間索面懸索橋貓道設(shè)計(jì)與施工[J].天津建設(shè)科技，2016，26（3）：51-54.

[5]張 宇，方小林，劉曉升，等.伍家崗長(zhǎng)江大橋貓道設(shè)計(jì)與施工[J].世界橋梁，2020，48（6）：16-20.

[6]鄭大超.至喜長(zhǎng)江大橋貓道設(shè)計(jì)與施工[J].世界橋梁，2016，44（5）：16-20.

[7]黎圓圓.懸索橋梁貓道施工的技術(shù)方法及施工措施[J].交通世界，2018（19）：114-115.

[8]周詠凱，張潤(rùn)澤.雅康高速大渡河特大橋貓道設(shè)計(jì)與架設(shè)[J].城市道橋與防洪，2017（11）：143-148，16.

[9]宋洪喜，韓勝利.武漢楊泗港長(zhǎng)江大橋超大跨徑貓道施工關(guān)鍵技術(shù)[J].世界橋梁，2021，49（4）：13-18.

[10]韋世國(guó)，薛光雄，沈良成，等.潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋貓道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工[J].橋梁建設(shè)，2004（4）：29-31，35.