上海長江隧橋長重索施工技術

黃偉

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 工程概況

上海長江大橋主橋為混凝土塔柱鋼箱梁雙索面五跨連續斜拉橋，其跨徑布置為92+258+730+258+92=1430 m，采用全漂浮結構體系。主橋索塔上布置空間雙索面扇形斜拉索，每個索面23對（全橋另有4對0號索）低松馳平行鋼絲斜拉索，全橋共192根。斜拉索在梁上的標準錨固間距為15 m，在塔上的錨固間距為2.3 m。

斜拉索所用鋼絲為7 mm的鍍鋅高強度、低松弛鋼絲，抗拉強度為1670 MPa，斜拉索外熱擠雙層聚乙烯（PE）護套，內層為黑色PE護套，兩端裝配冷鑄錨。上海長江大橋斜拉索有13種規格，分別為：PES7-151、PES7-163、PES7-187、PES7-211、PES7-223、PES7-241、PES7-253、PES7-283、PES7-313、PES7-337、PES7-349、PES7-379、PES7-409，總質量4377 t，其中最長斜拉索382.408 m，質量56 t。斜拉索張拉噸位在200～800 t之間。斜拉索規格見表1。

表1 上海長江大橋長索統計表

根據斜拉索的長度及質量，將17-23號索定義為長索，其長度超過300 m，質量超過35 t，型號超越了國內大多數已建大跨度斜拉橋中最大型號索。

2 長重索施工方案比選

2.1 總體施工方案

根據長索牽引、張拉方位不同，長索施工可分為梁端牽引張拉、塔端牽引張拉、梁端牽引塔端張拉（塔端牽引梁端張拉）3種施工方案（見表2）。

表2 3種施工方案對比

2.2 牽引方案

根據牽引方式不同，長索牽引方式一般可分為軟牽引、硬牽引、軟硬結合牽引3種施工方式，以下將3種施工方式的優缺點以及適用條件進行對比分析（見表3）。

表3 牽引方式的優缺點對比

軟牽引：采用鋼絞線與錨杯連接，用牽引設備將斜拉索錨杯牽引至錨墊板并錨上錨環。

硬牽引：采用張拉桿與錨杯連接，用牽引設備將斜拉索錨杯牽引至錨墊板并錨上錨環。

軟硬結合牽引：先用張拉桿與錨杯連接，然后用鋼絞線與張拉桿連接，用牽引設備將斜拉索錨杯牽引至錨墊板并錨上錨環。

2.3 方案選用

由以上方案分析可知：選用塔端牽引、張拉方式進行斜拉索施工，可以減少人員設備投入，采用軟硬結合牽引方式可滿足超長、超重斜拉索施工要求。

3 長重索吊裝

3.1 長索上橋設備分析

上海長江大橋斜拉索中最長索型號為PES7-409，索重56 t，采用鋼盤卷裝，鋼盤質量8 t，斜拉索毛重及索盤質量之和約64 t，需選用起重能力70 t以上起重設備。

斜拉索上橋面常用起重設備有3種：浮吊、塔吊、門機吊。

3.1.1 方案比較

浮吊、塔吊、門機吊方案比較見表4。

表4 斜拉索整體上橋面各種吊裝方式比較

3.1.2 現場特點

1）承臺下游已經布置900 t·m塔吊1臺，不宜再布置動臂式塔機；

2）主梁采用分體式鋼箱梁，中間兩主梁間距為10.0 m，采用中間橫系梁連接，中間橫系梁寬3.75 m，間距為15 m，索盤（寬3.8 m）從橋面上游側到達下游側需將中間橫系梁拓寬。

3）現場施工環境惡劣，斜拉索上橋面設備抗風等級要求較高。

3.1.3 方案選用

綜合各方面因素，斜拉索上橋面設備采用門機吊。

3.2 門機吊結構及布置

3.2.1 門機吊布置位置

上海長江大橋鋼箱梁采用分離式雙主梁結構形式，兩主梁間距為10 m，中間采用中間橫梁連接，橫梁寬度3.75 m，間距15 m。門機吊布置在南塔B1、B2梁段橋軸線處；北塔布置在Z1、Z2梁段橋軸線處。門機吊起吊區域在B1、B2（Z1、Z2）系 梁之間。門機吊布置見圖1，圖2。

圖1 橋面門機吊平面布置圖（單位：mm）

圖2 門機吊布置照片

3.2.2 門機吊結構設計

門機吊門架采用貝雷架，門機吊凈跨度24 m，高度約13 m，底座寬度7.5 m，門機吊靠近塔柱一側布置單行軌道。

門機吊高度為13 m：門機吊高度≥平板車高度（0.8 m）+放索架高度（2.8 m）+索盤半徑（2.2 m）+吊具高度（3.5 m）+組合滑輪組高度（2.5 m）=11.8 m，則高度滿足要求。

門機吊凈跨度為24 m：門機吊跨度≥兩主梁間距（10 m）+2倍放索架寬度（5 m）+2倍行車空間（1 m）=22 m，則凈跨度滿足要求。索盤直徑取4 m，寬度取3.8 m。

固定式門機吊底座寬度為7.5 m，門機吊底座坐落在鋼箱梁橫隔板上（橫隔板間距3.75 m），符合鋼箱梁受力要求。

3.2.3 門機吊性能參數

設計最大起重量80 t；凈跨度24 m；起重高度：軌道以上13 m，軌道以下64 m；起重速度3 m/min；小車行走速度4～5 m/min；整機行走速度6 m/min；設計工作風速6級；工作級別A3級。

4 長重索塔端牽引、張拉施工技術

4.1 長重索施工階段牽引力分析

長索施工階段牽引力統計見表5。由表中數據可知：索梁端錨杯錨固在理論位置后，塔端錨杯牽引至錨箱錨墊板并錨上一個螺母高度絲牙后，此時牽引力在370～597 t之間。

表5 斜拉索牽引力統計表 t

若斜拉索采用鋼絞線牽引，單根鋼絞線平均受力按照15.6 t計算（0.6倍破斷拉力），則鋼絞線需要39根，目前國內橋梁中從可施工性考慮，軟牽引鋼絞線最大做到25孔（錨具孔分布直徑210 mm）。因此直接采用鋼絞線牽引存在較大施工風險。

若采用軟硬結合牽引方式，將塔端錨杯離錨墊板上口距離為60 cm時，使鋼絞線受力轉化為張拉桿受力，則鋼絞線在134～242 t之間，單根鋼絞線平均受力按照13 t計算（0.5倍破斷拉力），只需要19根，可以滿足塔內正常操作。

4.2 長重索塔端軟硬結合牽引施工工藝

4.2.1 長重索軟硬結合牽引結構設置

軟硬結合牽引方式見圖3，圖中采用張拉桿將索懸鏈加長，減小軟牽引鋼絞線受力。張拉桿長度滿足塔端張拉時張拉設備正常使用要求（見圖4），圖中23號錨環理論出錨墊板485 mm，圖中實際考慮630 mm，滿足空間要求。

圖3 軟硬結合牽引示意圖

圖4 23號張拉空間圖

4.2.2 長重索軟硬結合牽引工藝流程

先用鋼鉸線牽引—牽引拉桿螺母露出錨墊板—插入分離式墊板，將螺母錨固于錨墊板上—更換張拉設備—錨杯張拉至接近錨墊板—取出墊板，懸平錨杯螺母—張拉設備更換—斜拉索進行一張，二張（如圖5）。

圖5 長重索軟硬結合牽引工藝

斜拉索硬牽引階段，中跨與邊跨不能同步進行，需先將中跨硬牽引張拉到位，后將邊跨硬牽引張拉到位（見圖6）。斜拉索張拉階段進行同步控制。

圖6 斜拉索硬牽引

5 長重索防扭施工技術

以下根據上海長江大橋斜拉索的長度長、質量重、直徑大的特點以及索扭轉的方向來論述防扭技術。

5.1 斜拉索扭轉力計算

以最大型號索為例（PES7-409），斜拉索因本身鋼絲扭轉所產生的扭矩為19.283 kN·m，計算見表6，按照同樣方法計算PES7-241索扭轉力矩為8.84 kN·m。扭轉力大小與鋼絲層數有關，鋼絲層數多，扭轉力大，即索型號大扭轉力大，同時因索型號大，索上繞盤時產生的加扭圈數也多。另外，鋼絲外圈的纏絲以及PE層護套能克服部分扭矩，斜拉索只有在張拉力較大時鋼絲開始出現反扭。

表6 PES7-409索扭矩計算

索在退扭以及加扭圈數較小情況下，對索本身扭轉力矩影響不大。見表7。

表7 索本身扭轉力矩

5.2 斜拉索防扭轉力措施

1）斜拉索在橋面展索、空中掛索階段，盡量將索繞盤時產生的加扭力釋放，減少索的加扭圈數。

2）斜拉索牽引階段，采用軟硬結合牽引方式，盡量減少鋼絞線受力，防止索反扭時導致鋼絞線扭轉。

3）斜拉索硬牽引、張拉階段采用限制索扭轉。斜拉索扭轉時會帶動張拉桿以及張拉桿螺母同時轉動，千斤頂油缸與拉桿螺母之間的摩擦力太小，不能限制索扭轉，需采用防扭轉裝置限制索扭轉，見圖7。圖中采用張拉桿螺母與承壓板之間的摩擦力克服索扭轉，承壓板將扭轉力傳遞給千斤頂。以409索為例，拉桿直徑為170 mm，張拉力N=9129.3 kN，摩擦力f=Nμ=9129.3×0.04=365.72 kN，摩擦力產生的扭力矩=365.72×0.085=31.04 kN·m，大于 19.2834 kN·m。

圖7 防扭轉裝置

6 結語

隨著我國經濟的飛速發展，交通樞紐愈加繁忙，以前所建的斜拉索橋很難滿足以后交通運輸的需要，隨之出現的將是大跨徑、超寬橋面以及凈空高的大型斜拉索橋。其中必須首先解決好超長超重索在施工中的問題，通過上海長江大橋的施工得出以下幾點經驗：

1）長重索在上橋面吊裝過程中的問題，根據橋面空間、斜拉索的重量、安全、便于施工以及節省成本等方面選擇起重設備，保證斜拉索順利上橋面。

2）選擇牽引、張拉方法，根據梁內與塔內鋼錨箱空間來決定所采用的張拉方法，另外，根據索力的大小來選擇張拉方式。

3）長重索防扭問題，首先在展索的過程中將索纏繞的索力釋放掉，然后在千斤頂上裝防扭裝置防止斜拉索在牽引和張拉過程中由于力過大出現扭轉。

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