纜索吊機塔頂承重索空載橫移施工技術

馮四超

(中鐵一局集團橋梁工程有限公司,重慶 401121)

1 工程概況

夜郎河雙線特大橋位于貴州省遵義市桐梓縣境內，大橋跨越夜郎河溝谷地形、習新公路，為雙線客貨共線鐵路，主橋采用1～370m 上承式空間X 形( 提籃式) 鋼筋混凝土拱橋，豎直平面內矢高83.5m，矢跨比1∶4.4，拱軸系數M=5.0；引橋及拱上孔跨布置為：5 m×3 2 m 簡支T 梁+(4m×38m+3m×38m+4m×38m) 鋼混結合梁+16m×32m 簡支T 梁；主橋拱座基礎為馬蹄形混凝土基礎如圖1 所示[1]。

圖1 橋梁設計圖

主橋鋼管拱肋勁性骨架分為44 個節段。上下弦主鋼管 共計8 肢(其中分叉段兩側各對應4 肢鋼管，拱頂合并段對應8 肢鋼管)。勁性骨架底寬41m，頂寬15.42m，最重節段重約1960kN（196t），最長節段24.5m，吊裝高度205m。

2 施工方案比選

大橋橫跨夜郎河溝谷，橋位處地勢較為陡峻，地面高程501～829m，相對高差約328m。提籃式拱橋，拱腳為分叉段，中心距為32m；拱頂為合并段，中心距為10m。

針對空間X 形勁性骨架拱腳段、拱頂段間距變化大，且節段需對稱拼裝，則纜索吊機須頻繁且快速地進行橫移。綜合比較固定式、雙擺塔式及平移式纜索吊機，分析研究適合本項目勁性骨架及鋼梁吊裝的纜索吊機。

其中，固定式纜索吊機承重索兩端支點固定不動，各承重索覆蓋范圍只是1 條直線。其結構較為簡單，但不能解決勁性骨架拱腳、拱頂節段變間距吊裝的難題。

擺塔式纜索吊機的承重索支承于桅桿式塔架。通過塔架左、右擺動，使其工作范圍為可變寬度的矩形。其塔架結構較復雜、安全風險高；單次擺塔時間較長，不能滿足本橋工期要求。

平移式纜索吊機采用纜塔橫移的方式實現機構平移。其一般無后風纜、塔架剛度要求大，塔架及纜索系統構造相對較復雜；本項目塔架高度約101m，塔架橫移的安全風險高；同時，其軌道基礎要求高，設計工程量最大，造價高。

綜上所述，最終確定本項目纜索吊機采用塔頂承重索空載橫移的方式覆蓋橫橋向工作范圍。即在纜塔頂設橫向滑道，索鞍沿滑道橫移而帶動纜索系統空載橫移，然后豎直起吊，縱向移動就位。

3 施工方案設計

依據兩側地形，設計了吊重約40kN×500kN(4t×50t)，跨徑組合為124.2m+548.46m+150.21m 的纜索吊機，確保4 組吊鉤平穩起吊最大吊重1 960kN（196t)拱肋勁性骨架。纜索吊機設計布置如圖2 所示。

3.1 纜索吊機簡介

纜索吊機纜塔高度約101m，基礎設計為樁基礎+承臺。纜塔與承臺采用鉸接設計，上下鉸座均采用鋼板焊接，采用大直徑定制銷軸連接。

纜塔立柱采用四管格構拴接拼裝，格構單節長度8m，采用800mm×16mm 鋼管，連接系均為雙榀槽20a 型鋼。纜塔兩立柱間距為28m，塔頂橫梁總長度為52m。塔架設置3 道橫梁，橫聯設計為鋼管桁架(與立柱一致)，采用螺栓與立柱連接。

圖2 纜索吊機總體設計布置圖

纜塔頂部設置橫梁，橫梁采用鋼管桁架設計，全部采用426mm×12mm 鋼管焊接，其上部放置索鞍滑道，滑道采用鋼板焊接的箱型結構，長度為52m，滑道采用型鋼連接。滑道上部放置索鞍承載纜索系統。

纜索承重索采用6 根62mm 鋼絲繩；牽引索采用根32mm 鋼絲繩，走“4”布置，單根牽引索配合1 臺25t 慢速自鎖式卷揚機進行牽引作業；起重索采用根32mm 鋼絲繩，走“10”布置，單根牽引索配合1 臺15t 慢速自鎖式卷揚機進行起重作業。

纜塔設計跨中通風纜、邊跨后風纜，克服吊裝過程中纜索系統對纜塔的縱向水平荷載；設計橫向風纜，克服風荷載及索鞍橫移后吊裝過程中纜索系統對纜塔的橫向水平荷載。確保塔架結構安全。

起重小車、索鞍等均為定制配套鋼結構。承重索主錨碇（后風纜聯合錨碇）、橫向風纜聯合錨碇均設計為重力式錨碇。

3.2 索鞍橫移機構設計

滑道上布置索鞍，依據勁性骨架間距變化值，在滑道兩側腹板對應位置預留銷孔，用于索鞍橫移后的錨固。索鞍設計為空載橫移，采用連續千斤頂來回牽引兩索鞍同步橫移，橫移最大間距約32m，滿足纜索吊機橫移覆蓋勁性骨架吊裝施工如圖3 所示。

圖3 索鞍橫移設計布置圖

3.3 索鞍橫移機構計算

由上述設計可知，索鞍機構主要有連續千斤頂、錨座、鋼絞線及索鞍限位銷軸。其中，依據本橋纜索吊機在最外側吊裝作業時，空載工況下單個索鞍對纜塔的豎向荷載約為2235kN(223.5t)，橫向力約為207kN(20.7t)。考慮索鞍與滑道摩擦系數為μ=0.1，則兩個索鞍同步牽引需要的牽引力為F=2×（μ×223.5t+20.7t）=86.1t。

1）千斤頂選型

依據橋涵施工技術規范要求，張拉千斤頂的額定張拉力宜為設計張拉力的1.5 倍，且不得小于1.2 倍[2]。千斤頂選型為120t 的連續千斤頂（約為設計張拉力的1.39 倍）。

2）鋼絞線選型

考慮最大牽引力F=861kN（86.1t），其中體外預應力鋼絞線的控制應力為[3]：

式中，fpk為預應力鋼絞線的抗拉強度。

單根φ15.24mm 鋼絞線的截面積為A=140mm2[4]；單根鋼絞線的控制張拉力為Tcon=Aσcon=18.23t。

則計算鋼絞線數量n=F/Tcon=4.7。故牽引鋼絞線采用6 根φ15.24mm 鋼絞線。

3）錨座焊縫計算

錨座均采用鋼板焊接而成，焊縫均為直角角焊縫。簡化計算，豎板與立板焊縫承壓，立板與滑道頂板焊縫抗剪。錨座設計如圖4 所示。

圖4 索鞍橫移錨座設計圖

圖4 中，N1 豎板厚3cm，N2 立板厚20cm，滑道梁頂板厚2cm。焊腳尺寸均為hf=12mm；則焊縫計算尺寸：he=0.7hf=8.4mm。由錨座設計可知，正面角焊縫及側面角焊縫長度一致，即單根焊縫長度為lf=40cm；則單根焊縫計算長度為lw=38.8cm。

正面角焊縫：設計3 道立板，則N1 豎板與N2 立板正面角焊縫共計6 道，計算時考慮3 道焊縫受力。

則正面角焊縫計算應力為[5]：

式中，βf為正面角焊縫的強度設計值增大系數；ffw為角焊縫的設計強度；N 為作用于焊縫的力。

故正面角焊縫滿足設計要求。

側面角焊縫：設計3 道立板，則N2 立板與滑道頂面側面角焊縫共計6 道，計算時考慮3 道焊縫受力。

則側面角焊縫計算應力為：

故側面角焊縫滿足設計要求。

4）錨固銷軸計算

單個索鞍最大牽引力為N=F/2=430.5kN（43.05t），單個索鞍錨固點共計4 處，銷軸設計為d=φ50mm 鋼棒，材質為Q345 鋼。由于牽引特性，考慮2 處錨固點參加受力。滑道梁腹板厚度為t =20mm。

式中，fcb銷軸承壓強度設計值。

銷軸抗剪強度為[5]：

銷軸抗彎強度為[5]：M=32.29kN·m

式中，fb為銷軸抗彎強度設計值。

綜上所述，采用Q345 鋼的φ50mm 鋼棒限位錨固能夠滿足現場施工。

4 纜索吊機橫移施工

勁性骨架節段吊裝時，先在橋為下拼裝場將節段平面調整至安裝姿態，纜索吊機垂直提升后，縱移就位。當一個節段對稱吊裝完成，開始橫移索鞍。

本橋設計索鞍橫移最大距離32m，節段對稱吊裝，索鞍需來回往復橫移。往左橫移工序為：安裝索鞍右側錨具固定→左側錨座安裝調試連續千斤頂→釋放索鞍限位銷軸→張拉連續千斤頂→索鞍限位錨固→拆除連續千斤頂→拆除索鞍右側錨具（往右橫移工序一致）。

連續千斤頂位于滑道兩側，橫移時多余鋼絞線應盤圓放置于2 滑道間的端頭工作平臺，并做好保護，不得損傷鋼絞線；橫移過程中注意連續千斤頂油表讀數，超過設計讀數時，應立即停止橫移，做好措施后再繼續橫移，避免強行牽引對索鞍及鋼絞線等造成破壞，影響結構安全。

5 結語

本橋通過采用纜索吊機塔頂承重索空載橫移的方式滿足大跨度空間X 形勁性骨架變間距吊裝。采用固定式纜塔，并塔頂索鞍空載橫移帶動纜索系統橫移的方式覆蓋全部勁性骨架節段，極大地優化了纜塔設計，節約了材料；采用連續千斤頂進行塔頂承重索空載橫移，快速高效地完成了勁性骨架節段的吊裝施工，節段吊裝施工比同類型橋梁工期節約約60d，平均每個節段節約工期約1.4d；設置預緊橫向纜風繩，很好地克服了纜索系統在最外側重載吊裝時產生的橫向水平荷載。采取的塔頂承重索空載連續千斤頂橫移、橫向纜風繩等一系列措施，確保了經濟、高效、安全地完成了拱肋勁性骨架的吊裝施工。