大跨度懸索橋加勁梁纜索吊系統技術及實際應用

楊宇輝

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100071）

懸索橋兼具跨越能力強、結構美觀、穩定可靠、適用范圍廣等多重應用優勢，在業內人士的不懈努力之下，懸索橋施工技術的應用水平逐步提高，相配套的纜索吊系統也取得長足的發展。此時，應當準確認識關鍵技術的應用要點，在此基礎上做出突破，實現創新式發展。

1 大跨度懸索橋加勁梁纜索吊系統的應用概述

纜索吊系統是一種特種起重機械，該機械使用時主要設計在兩支點之間的大跨距承載結構中，同時配備載重小車輔助施工，往返移動，亦滿足垂直運輸和水平運輸的雙重作業需求。以纜索吊系統為主要裝置安裝加勁梁是現代懸索橋建設中的重要方法，其普遍應用于1 000 m以下跨徑的懸索橋，在山區地形復雜的環境中其應用優勢尤為突出。

在結構組成方面，纜索吊系統主要含兩部分，即承重系統和起重系統，前者包含主索、地錨、塔架等裝置，后者包含起重索、吊具、卷揚機等裝置。彼此協同運行，形成有條不紊的機械配套體系。纜索吊系統的突出應用優勢在于其在承重的狀態下依然可以滿足水平移動的要求，且起吊高度普遍較大，將其應用于懸索橋加勁梁施工中，可以發揮生產力優勢，高效完成相關工作。

1.1 承重系統

承重系統主要包含地錨、塔架、索鞍等內容，在其共同作用下組成承重系統。主索也稱之為承重索，通常由多根鋼絲繩共同組成，在各狀態下主索的垂度相同，由此也保證了纜索吊系統運行時的穩定性。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。在配套承重系統時，通常將各主索通過滑車組串聯后錨固，此時可有效保證主索垂直度的一致性。

1.2 起重系統

以起重索、起重小車、起重卷揚機、牽引卷揚機、牽引系及支索器等為主，共同組成起重系統。起重索、牽引索兩部分均以鋼絲繩為原材料制作而成，首尾與起重卷揚機相連，并在塔架處通過轉向輪實現精確的轉向與定位操作，卷揚機則布設在橋的兩側。

2 大跨度懸索橋加勁梁纜索吊系統應用局限性及創新技術

2.1 承重系統的應用局限性及創新技術

纜索吊系統的塔架能夠與索塔及錨碇穩定結合，主索固定在錨碇處，主索索鞍布設在索塔上橫梁處，得益于永久結構的應用，有助于增強纜索吊系統的穩定性。在纜索吊運行期間，隨著吊裝物的縱向移動，主索在中、邊跨兩處所產生的水平分力也具有持續移動的變化特點，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，才會給整個索塔造成推動力，在該受力條件下，不利于維持索塔受力的穩定性[1]。

在原有鞍槽結構的基礎上適當調整，為索鞍頂部位置添加滑輪組，以此有效提升主索結構的靈活性，使其可以自由滑動，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。

結構組成如圖1所示。

圖1 創新設計主索索鞍結構（單位：mm）

索塔偏載問題較為嚴重，為避免此問題，按照從內向外的順序有序將左、右幅主索架設到位。系統運行期間，主索移動至塔頂門架時，主索與拉拽器兩部分保持相互分離的位置關系。在卷揚機和塔吊的共同影響下，牽引主索從門架頂部繞過門架，隨后方可實現與拽拉器的穩定連接，在轉向滾筒的帶動作用下，持續牽引。

2.2 起重小車的應用局限性及創新技術

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，具有較高安全系數是實現穩定運行的必要前提。對此，在制造起重小車時，較為適宜的是配套具有耐磨性的滑輪，例如可以選用輕質高強尼龍材料，其在減輕重量的同時還可以較好地避免鋼絲繩與滑輪過度摩擦的情況，保證纜索吊系統的安全性[2]。

2.3 支索器的應用局限性及創新技術

支索器在大跨度施工環境中起到重要的作用，可用于承托起重索以及牽引索，增強各索的秩序性，避免各索相互絞亂的情況。考慮到放索和收索的穩定性要求，支索器應當具有足夠的重量，即不宜采取輕質化的設計方法。對此，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側翻的情況。

此外，合理控制支索器的間距后，可有效提高纜索吊系統的運行水平。對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的方法，從起重小車向索塔方向其布設間距有逐步增加的變化。

2.4 控制方式的應用局限性及創新技術

在傳統的纜索吊系統中，施工人員間的溝通主要借助對講機實現，通過此途徑交流，以便完成加勁梁的吊裝作業。隨著懸索橋建設質量要求的逐步提高，加之現場建設環境的愈發復雜，傳統的方法缺乏適用性，且在千米級的大型懸索橋建設中更是如此，兩岸操作人員的溝通存在不及時、信息不完整等問題，出現作業不協調的局面，輕則影響施工質量，重則誘發安全事故，嚴重阻礙施工進程的順利推進。

通過計算機集成智能控制系統的應用，有助于提高纜索吊的運行能力，以便高效完成起吊作業，同時也有利于提高控制的精確性，使纜索系統可以在更為復雜的大跨度懸索橋工程中得到有效的應用[3]。

計算機集成智能控制系統主要基于信息化理念進行工作，充分運用了自動控制技術、計算機網絡技術維持運行，即在兩種技術保障下，實現信息溝通、遠程指揮調度，以便工作人員根據項目實際情況綜合調度、分配系統內所有卷揚機?；谀K化技術支持下，系統集成控制系統能夠同時管理到系統內所有卷揚機，根據施工需求的變化隨時調節每臺卷揚機的張力、速度之類的參數指標，創建設備聯動機制，由多臺設備協同運行，提高控制精度，規避控制不同步。

在信息監測控制系統的支持下，能夠通過計算機直觀呈現出纜索吊裝系統的實際運行情況，供工作人員分析，以便及時掌握實際情況，采取針對性的控制措施。

（1）電機零位保護。因正常操作或特殊原因而出現斷電現象后，完成重啟電源的操作后方可恢復正常工作狀態，此機制可以確保在突然來電時不出現突發情況。

（2）電機過流、過載保護。在負載明顯偏大、電流超出設計規范值的情況下，系統將及時進行應對，具體呈現為過熱繼電器常閉觸點自動斷開，切斷電源，導致電流無法流通，可在短時間內快速停機，起到安全防護的效果。

（3）電機超速保護。重物吊運期間，若其運行速度明顯偏高（相比電動機的額定轉速較大），此時超速開關常閉觸點將快速斷開，由此高效切斷電源。

（4）電機欠壓保護。總電源的運行機制成熟，采用的是DW系統萬能式斷路器，并適配漏電空氣開關，此類裝置可以協同運行。此外，柜體和設備兩部分獨立接地，實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。隨著荷載值的持續增加，待其即將達到設定值時，系統將發出報警，及時告知相關工作人員；若荷載值未得到有效的控制而超過設定值，此時則會及時出現控制器常閉觸點斷開的情況，電源隨即被切斷，由此停機，以免因設備持續運行而出現安全問題。

（6）鋼絲繩行程限位保護。隨著行程的增加，待其即將達到設定值時，系統發出報警，及時告知相關工作人員；若因行程增加，具體數值已超出設定值，此時系統中行程指示開關常閉觸點將直接斷開，電流無法繼續傳輸，系統處于停機狀態。

3 工程實例的應用分析

本文選取了實際橋梁項目進行分析，其采用的是跨徑長度大小為（258+1 130+345）m的主橋，整體結構設定為雙塔單跨鋼桁架懸索橋。橋梁結構組成設計：加勁梁同時運用了鋼桁加勁梁與正交異性鋼橋面板進行施工，其桁高設為9 m，橫向、縱向間距保持在27 m與10.2 m。從施工現場的地形條件出發，結合工程質量要求、具體施工方案，本項目決定使用纜索吊系統安裝法進行施工。

立足于懸索橋的結構特點，確定纜索吊承載索跨徑，即（237+1 130+325）m，充分發揮出兩岸索塔的應用優勢，將其作為纜索吊塔架而使用。根據索塔上橫梁的結構特點，在其頂面布置支撐索鞍，承載索錨固至散索鞍支墩處，形成穩定連接的關系。分別為纜索吊機左、右幅適配起吊系統，卷揚機和牽引卷揚機為關鍵動力裝置，兩者分別布置在兩岸塔錨間引橋上，在智能控制機制下，設備聯合作業，高效吊裝。纜索吊機的平面布置情況如圖2所示。

圖2 大橋纜索吊機平面布置（單位：mm）

4 結語

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