大跨度懸索橋主纜線形施工控制研究

李　青

(山西省交通科學研究院　太原　030006)

大跨度懸索橋主纜線形施工控制研究

李青

(山西省交通科學研究院太原030006)

摘要主纜線形施工控制是懸索橋施工過程中極其重要的一環。為保證主纜線形精度要求，文中結合南溪長江大橋特點，從基準索股線形控制和一般索股線形控制2方面，分析研究主纜線形施工控制方法。用文中所述主纜線形施工控制方法，對南溪長江大橋主纜線形進行調整，經檢測大橋線形良好，滿足精度要求。

關鍵詞懸索橋主纜線形基準索股一般索股

隨著大跨度懸索橋設計、建造及施工技術的日漸成熟，對懸索橋主纜線形施工精度的要求亦不斷提高，主纜線形控制的優劣是懸索橋最終成橋線形能否滿足設計精度要求的一個重要環節[1-3]。

目前，就主纜線形施工控制問題，已有不少研究成果。譚紅梅[4]為提高大跨度懸索橋基準索股的施工精度，提出基于懸鏈線理論的2種調索方法，并將2種方法及傳統的拋物線調索公式法應用于珠江黃埔大橋的基準索股的調索計算中，最終取得了理想線形；薛光雄等[5]結合潤揚長江公路大橋基準絲股線形在溫度和跨度變化時的修正計算方法，提出了采用影響系數的辦法來修正溫度和跨度變化的影響，并取得了良好的效果；沈銳利[6]通過計算比較，闡述了懸索橋成橋線型的精確計算方法及2種近似計算方法的誤差，介紹了懸索橋無應力長度、索鞍預偏量、索夾安裝位置及各種施工工況下的主纜線型、索塔位移及內力等問題的分析方法；王戒躁等[7]以陽邏長江大橋為例，對大跨度懸索橋主纜主要參數的影響作了較為細致的分析，得出了大跨度懸索橋中對主纜跨中標志點影響較大的參數有溫度、索股彈性模量、梁段重量及主纜水平力的結論。研究現有成果可知，目前對主纜施工主要圍繞影響主纜架設精度的因素及其修正計算展開，而對主纜線形施工控制全過程研究則相對很少。基于此，本文結合南溪長江大橋特點，從基準索股線形控制和一般索股線形控制兩方面，分析研究主纜線形施工控制方法，并利用文中所述主纜線形施工控制方法，對南溪長江大橋主纜線形進行調整。經檢測，南溪長江大橋線形良好，滿足精度要求，為同類懸索橋主纜線形施工控制提供了實例參考。

1工程概況

南溪長江大橋是現代化特大型鋼箱梁懸索橋，主跨為820 m，主纜分跨為192 m+820 m+176 m，中跨為懸吊結構，跨中設置中央扣。矢跨比1/10；加勁梁高跨比為1/273，寬跨比為1/27.5；主纜橫橋向間距29.1 m，吊索順橋向標準間距為12.8 m。主纜在成橋狀態下的垂跨比為1∶237.5，中跨1/10，南邊跨 1∶217.6。主纜橫橋向中心間距為29.1 m。

南溪長江大橋主纜采用預制平行鋼絲束股(PPWS)。主纜索股共計182根，其中通常索股174根、背索索股8根，單根通長索股長度為1 305 m，重量為26.5 t。背索索股8根，南邊跨背索長度為251 m，重量為5.1 t，北邊跨背索長度為225 m，重量為4.6 t。每根索股由127根直徑5.1 mm、抗拉強度為1 670 MPa的高強度鍍鋅鋼絲組成。索股兩端為熱鑄錨頭，每束索股通過錨頭用拉桿與錨固系統連接，形成主纜系統。

主纜在架設時豎向排成尖頂的近似六邊形，緊纜后主纜為圓形。索夾內直徑為590 mm(中跨)、602 mm(邊跨)，索夾外直徑為596 mm(中跨)、609 mm(邊跨)。

橋型總體布置見圖1。

圖1　橋型總體布置圖(單位：cm)

2主纜線形施工控制

主纜索股線形施工控制分為基準索股線形控制和一般索股線形控制。如圖2主纜索股編號所示，其中1號索股為南溪長江大橋主纜基準索股，其余均為一般索股。通長索股架設順序按編號從1～87號依次進行，為了便于索股垂度調整，工廠制索時，在索股上相應于散索鞍處、邊跨跨中、主索鞍處、中跨跨中以及兩端錨頭附近共設置了9個標志點，做為索股垂度調整參考點，并作了特定標記。

a)主纜邊跨安裝截面b)主纜中跨安裝截面

圖2主纜索股編號

2.1　基準索股線形施工控制

主纜基準索股線形的控制，實質上是主纜線形的控制，也是基準索股垂度的控制。為保證基準索股線形，南溪長江大橋選取如圖3所示索股垂度控制點，對索股垂度進行控制。

圖3　基準索股絕對標高觀測點示意圖

(1) 控制原理及方法。考慮到溫度對基準索股的影響，在進行基準索股調整施工前，對索股溫度測試區域進行氣溫采集，找出溫度場變化規律，確定索股調整時間段。南溪長江大橋索股溫度的測量用接觸式溫度計，測點沿長度方向布置為：南北錨碇、邊跨跨中、南北塔頂、1/4中跨、跨中、3/4中跨處共9個斷面；沿斷面方向布置為：索股上緣及下緣。索股溫度穩定的條件是：長度方向索股的溫差Δt≤2 ℃，主纜斷面方向索股的溫差Δt≤1 ℃。另外風力超過12 m/s(六級風)、霧太濃時不能對索股調整。

基準索股垂度控制具體操作原理及方法是：在索股跨中處懸掛反光棱鏡，采用2臺全站儀分別從不同方向同時觀測，進行三角高程測量，計算索股跨中垂度，并與設計垂度進行比較，根據監控計算的垂度調整圖表，算出索股移動調整的長度，并作跨度、溫度修正。在索股垂度調整時，將索股的特定標志點對準北塔主索鞍上相應的標志點，并用千斤頂和木楔固定，以索股特定標志點為固定基準點調整各跨垂度。首先通過控制索股在南主索鞍鞍槽內的滑移(放松或收緊量)調整中跨索股垂度，符合要求后在南主索鞍鞍槽內固定。最后通過控制索股在南、北散索鞍鞍槽內的滑移量調整兩邊跨索股垂度，符合要求后在散索鞍鞍槽內固定。錨跨則利用千斤頂張拉索股張力進行調整，垂度調整完成后，作上標記，以便后續索股架設時檢查有無滑移。

圖4為基準索股測量示意圖。

a) 基準索股垂度b) 基準索股垂度

控制原理 控制方法

圖4基準索股測量示意圖

在索股絕對垂度符合要求后，同時進行上、下游2根基準索股相對垂度調整，其相對垂度差不大于5 mm。采用2種不同測量方法進行測量，首先采用液體靜力水準測量即連通管測量方法(直徑大于20 mm)，在風小、夜間溫度變化較小和索股穩定時，直接測量上下游索股間的相對高差，同時采用三角高程相對垂度測量方法實施監控。用2種測量方法進行測量，目的是便于相互驗證、相互校核，從而確保索股的線形。

基準索股垂度調整好后，進行3 d穩定觀測，確認索股線形完全符合穩定要求后，連續3 d對1號基準索股進行觀測，對比1號基準索股各控制點實測標高與理論標高的差值，取3 d連續觀測結果中基準索股實測標高與理論標高偏差值的算術平均值作為1號基準索股的偏差值。表1為1號基準索股連續觀測值。

表1　1號基準索股連續觀測表　mm

(2) 注意事項。索股調整前，在索股上做上標記，保證調整量準確無誤；白天架設完的索股，垂度調整選擇在溫度相對穩定、風力不大的時間；索股調整時，用橡膠錘敲打索股以消除索股間的摩擦以方便調整；調整工作一般無法一次完成，因此，將調整量分成幾份，逐次調整并觀測索股移動量與垂度變化量，直至達到預定值。

2.2　一般索股線形施工控制

基準索股以外的索股為一般索股，一般索股是依據基準索股進行相對垂度調整。因南溪長江大橋跨徑大，索股數量多，主纜粗，內外層索股溫度相差大，必然引起已架上層索股擠壓基準索股，導致基準索股線形發生變化，不能繼續作為索股垂度調整的基準來進行后續索股的調整，這就必須另設基準索股，南溪大橋采用在日本明石大橋和潤揚大橋成功實踐的方法對索股垂度進行調整。

(1) 控制原理及方法。為保證一般索股調整時所用的基準索股始終處于自由漂浮狀態，南溪長江大橋采用主纜各層外側一根一般索股作為相對基準索股(2，4，7,…,58, …,87號為相對基準索股)，其垂度依靠1號基準索股進行傳遞，然后利用各層相對基準索股調整同一層一般索股和上一層相對基準索股的垂度，以達到主纜線形調整目的。為了消除調整誤差的積累，每根相對基準索股的調整誤差均進行傳遞，即調整下一根相對基準索股時，他們之間的理論相對垂度值中要減去當前相對索股的調整誤差值，以確保每一根索股相對于1號索股的調整誤差均為0～5 mm；當架設完一定數量索股后，用全站儀對相對基準索股進行絕對垂度的檢測。

采用相對基準索股法對主纜一般索股垂度調整時，索股架設順序按設計圖紙上的編號逐根架設。計算各相對基準索股與1號索股的理論垂度值，測定相對基準索股與待調索股的溫度(索股斷面上4個面的溫度平均值)并進行溫度修正。采用游標卡尺按照相對基準索股與待調基準索股調整高差和待調一般索股調整高差測定索股垂度調整量。垂度調整通過主、散索鞍處索股放松或收緊，達到調整線形的目的。一般索股與基準索股高程誤差在±10 mm。

(2) 注意事項。由于各索股之間距離偏小，若索股調整量過大，調整索股將壓在下面索股上，得不到正確垂度數值；若壓在基準索股上，也將引起基準索股垂度測量誤差，故相對垂度調整，上下層索股應保持一種若即若離狀態，方可保證垂度測量準確。

索股垂度測量方法見圖5。

圖5 索股垂度測量方法

2.3　索股調整順序

通長索股垂度調整順序是先中跨后邊跨，邊跨背索只調整跨中垂度，具體見圖6。

圖6　索股垂度調整順序圖

3主纜線形觀測結果

索股垂度調整好后，進行錨碇索股張力調整，索股張力調整完成后，對主纜線形進行觀測，索股(或主纜)線形測量局域網為索股垂度控制點，測量過程中，要求在氣壓穩定，風力較小時進行。測量結果如下。

(1) 南邊跨跨中主纜中心上下游實測標高與理論修正標高的差值分別為10 mm，17 mm，均小于45 mm(指標值)，滿足要求；南邊跨跨中主纜中心上下游索股實測標高相對高差為7 mm，小于10 mm(指標值)，滿足要求。

(2) 跨中主纜中心上下游實測標高與理論修正標高的差值分別為7 mm，8 mm，均小于20 mm(指標值)，滿足要求；中跨跨中主纜中心上下游索股實測標高相對高差為1 mm，小于10 mm(指標值)，滿足要求。

(3) 北邊跨跨中主纜中心上下游實測標高與理論修正標高的差值分別為-14 mm，-14 mm，均小于45 mm(指標值)，滿足要求；北邊跨跨中主纜中心上下游索股實測標高相對高差為0，小于10 mm(指標值)，滿足要求。

主纜線形良好，符合主纜架設的精度要求及標準。

4結語

主纜線形控制是懸索橋施工過程中極其重要的一環，主纜架設、調整施工中，基準索股線形直接影響主纜線形，為保證基準索股線形，本文結合南溪長江大橋特點，從基準索股線形控制和一般索股線形控制2方面，分析研究主纜線形施工控制方法，利用文中所述主纜線形施工控制方法，對南溪長江大橋主纜線形進行調整，經檢測南溪長江大橋線形良好，滿足精度要求。為同類懸索橋主纜線形施工控制提供參考。

參考文獻

[1]葉志龍.懸索橋主纜架設誤差影響分析及參數控制[D].成都：西南交通大學,2008.

[2]潘韜,楊德燦.懸索橋主纜成橋線形的迭代算法[J]. 交通科技,2008(5):3-5.

[3]孫艷麗.懸索橋施工監控過程中的幾個問題探討[J]. 山西交通科技,2013(5):59-61.

[4]譚紅梅,袁帥華,肖汝誠.大跨度懸索橋的基準索股調整[J].中國鐵道科學,2010(1):38-43.

[5]薛光雄,沈銳利,先正權,等.懸索橋基準絲股線形的確定與測控[J].橋梁建設，2004(4):4-6，24.

[6]沈銳利.懸索橋主纜系統設計及架設計算方法研究[J].土木工程學報,1996(2):3-9.

[7]王戒躁.鐘繼衛.大跨度懸索橋主纜線形主要參數的影響性分析[J].橋梁建設,2005(4):21-24.

Study of Main Cable Curve Construction

Control For Long Span Suspension Bridge

LiQing

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

Abstract：Construction control of main cable curve is extremely important during the construction of suspension bridge. To ensure the main cable curve accuracy requirements, this paper combined with the characteristics of Nanxi Yangtze River Bridge to analyze the method of construction control of main cable curve from two aspects: datum strand linear control, general strand linear control. Using the related construction control of main cable curve in this paper, we adjusted Nanxi Yangtze River Bridge main cable curve. Through test Nanxi Yangtze River Bridge main cable curve was good and met the accuracy requirements.

Key words:suspension bridge; main cable curve; datum strand; general strand

收稿日期：2015-05-11

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.005