一種隧道錨內散索鞍安裝關鍵技術

劉安金、諶艷輝

（1.柳州歐維姆工程有限公司，廣西 柳州 545006；2.湖南斌輝建設工程有限公司，湖南 長沙 410200）

0 引言

懸索橋，因其優美的線形和出眾的跨越能力，受到工程界的青睞。目前地錨式懸索橋散索鞍多設計為擺軸式結構，且鞍體為鑄焊一體。隨著懸索橋跨度的增加，主纜纜徑越大，散索鞍重量也越重，隨之給運輸和安裝帶來更大挑戰。散索鞍常規安裝方法為：使用大噸位汽車吊或卷揚機（或千斤頂）門架吊裝系統進行安裝。但對于隧道錨而言，空間受限，操作困難，不能采用常規方法運輸和安裝。針對此工況，研究新技術方案解決施工難題，為同類型項目提供借鑒。

1 工程概況

云南昆明金東大橋全長914.1m，塔高126m，橋面寬20m，橋面距江面高148m，主橋采用跨度730m 的地錨式懸索橋。根據橋位地形條件，邊跨不對稱布置，會東側錨碇采用隧洞式錨，跨度240m，東川側錨碇采用重力式錨，跨度120m。

散索鞍由鞍體、底座、底板、壓緊梁、拉桿、鋅填塊、隔板、螺栓、墊板、承力板、銷、密封條組成，鞍頭為鑄件。散索鞍設由上、下承力板、銷組成的擺軸式轉動裝置。散索鞍最大吊裝重量約為39t，在安裝過程中需要設置一定的預偏角度并且需要進行臨時支撐固定，待緊纜完成后解除散索鞍支撐約束。

2 運鞍小車

設計的運鞍小車（見圖1）長3.5m，寬2.5m，高0.2m，滿足散索鞍整體平放的尺寸要求。運鞍小車橫向和縱向設計為HW200×200×8×12 型鋼，滾軸采用長3m，φ95×10mm 無縫鋼管，為適應滾軸的安放切入，將運鞍小車前后端設計為倒角船型結構。由于隧道洞口至散索鞍安裝點水平坡度為16（下坡方向），而散索鞍支墩到前錨面水平坡度為35，為確保安全，需利用洞口10t 卷揚機，布置雙輪20t 滑輪組作為運鞍小車下滑反牽引系統。

圖1 運鞍小車結構圖（mm）

3 散索鞍門架

結合隧道錨尺寸情況，散索鞍門架設計高度為5m，懸挑長度1.5m，寬度4.5m。門架立柱及聯系桿件規格均為HW200×200×8×12 型鋼，散索鞍的吊裝橫梁規格為雙拼45a 工字鋼，上主梁滑動面加焊3mm厚不銹鋼板，涂抹二硫化鉬，減小移動摩擦力。門架整體使用8.8 級M20 高強螺栓連接，單個門架重量為8.18t，全橋共2 套，總重為16.36t。

4 施工技術

4.1 散索鞍門架安裝

散索鞍門架在工廠完成構件加工后，運至現場利用運鞍小車下滑至相應安裝位置。因空間有限，需要在門架位置搭建臨時腳手架平臺及在平臺頂部設置安裝門架桿件的吊裝梁，將門架桿件一件件拼裝，門架立柱與預埋件焊接牢固。

4.2 散索鞍底板預埋

散索鞍底板重約3t，長1.9m，寬3.6m。將底板吊放在運鞍小車上，利用卷揚機下滑至散索鞍門架前。慢慢收緊吊裝橫梁上的4 個2t 手拉葫蘆提起底板。再利用門架頂部的手拉葫蘆向前錨面方向移動吊裝橫梁，將底板下放到設計安裝位置。提前將預埋錨栓穿入底座的螺栓孔內，控制預埋錨栓間的相對位置和螺栓外露量。精確調整底板位置，使其坐標符合設計要求，焊接固定底板，加固好復測滿足要求后再澆筑底板混凝土。

4.3 散索鞍底座安裝

散索鞍底座重約16t，長1.5m，寬3.24m，高0.45m。在底板混凝土強度達到設計要求后，清理底板頂面的混凝土，涂刷防銹漆。再次將底座放在運鞍小車上，利用卷揚機反拉系統下滑至散索鞍門架前。慢慢收緊吊裝橫梁上的4 個10t 手拉葫蘆提起底座。提起過程中使用卷揚機反拉底座，防止底座在懸空后突然晃動。向前錨面方向移動吊裝橫梁使底座到達安裝位置。底座螺栓孔對齊底板相對應的錨栓后下放底座，使用專用工具扭緊錨栓螺母固定底座。

4.4 散索鞍鞍體安裝

散索鞍鞍體重約39t，高約3.5m，寬2.84m。鞍體為擺軸式，也近似為倒錐形，鞍體重心偏靠鞍頭一側，所以鞍體無底座無支撐架情況下不能豎放運輸。又因散索鞍支墩混凝土有一定的高度，隧道內空間小，門架高度有限，豎著吊裝散索鞍，起吊高度不夠，不能跨過支墩實現鞍體平移至安裝位置。所以不管是鞍體在隧道內運輸，還是在門架內平移，都只能水平放置、水平移動，具體安裝步驟如下。

第一，利用大噸位汽車吊將散索鞍放置在隧道口的運鞍小車上，洞口反拉卷揚機預緊受力。使用多個5t 手拉葫蘆使鞍體與運鞍小車固定，并在運鞍小車上焊接限位進一步固定鞍體。

第二，在運鞍小車前方按50cm 間距布置好滾軸，啟動反拉卷揚機，利用鞍體自重下滑。注意控制卷揚機速度，使運鞍小車慢慢勻速下滑。人工將運鞍小車已通過的滾軸抬至前方重新按間距布置好，交替使用滾軸，減少滾軸數量。

第三，直到運鞍小車行走至散索鞍支墩前不能再行走為止，將吊裝橫梁上的8 個10t 手拉葫蘆與鞍體相應的耳板連接，預緊手拉葫蘆。隨后將反拉卷揚機的滑輪組的固定點從運鞍小車移至散索鞍處。

第四，解除散索鞍與運鞍小車的限位，收緊10t 手拉葫蘆，使鞍體逐漸騰空高過散索鞍支墩，過程中慢慢釋放反拉卷揚機，使手拉葫蘆垂直受力，見圖2。隨后收緊5t 手拉葫蘆緩慢移動2 根吊裝橫梁向前錨面方向移動。待到達鞍體安裝位置后，釋放鞍體下端的手拉葫蘆，收緊上端葫蘆，使鞍體從水平翻轉到豎直狀態。下放散索鞍，調整散索鞍安裝角度，匹配散索鞍底部與底座的銷軸連接。

圖2 散索鞍吊裝平移圖

第五，散索鞍鞍體吊裝就位后，根據監控給定預偏量，調整好鞍體豎向傾斜角，立即用臨時支撐構件將鞍體撐住，直至索股全部架設完成后再將鞍體支撐構件拆除。

5 散索鞍門架吊裝工況計算

散索鞍門架是纜索系統施工過程中非常重要的臨時設施，前期主要用來吊裝散索鞍底板、底座、散索鞍及散索鞍配件等，中后期主要用來固定貓道門架支撐索、牽引系統布置、散索鞍入鞍等。吊裝散索鞍鞍體最不利工況為懸挑端外緣吊裝。由于門架材料是舊材料改制，故在計算時乘以折舊系數1.1；散索鞍在吊裝或者滑移過程中會因其他因素引起晃動，需考慮動載系數1.15；還需考慮散索鞍質量系數1.05。因此，吊裝荷載計算如表1所示。

表1 吊裝荷載計算表

根據設計資料利用橋梁設計軟件邁達斯（MIDAS/Civil）建立三維有限元模型，單元類型采用梁單元，模型共計12 個節點，劃分為18 個單元。各桿件之間使用8.8 級M20 的高強螺栓連接，使用扭矩扳手擰到設計力矩，每根桿件的端部至少有8 個高強螺栓組成螺栓群，可以承受剪力和彎矩，故在模型中各桿件間采用固結處理。4 根立柱與預埋件焊接。因此，模型中邊界條件采用固結來約束柱腳節點的所有自由度。由于門架兩側對稱，故只選取一半結構來進行計算，吊裝橫梁間距0.8m，每個節點受力12.95t。

5.1 工況一

懸挑端吊裝工況下，散索鞍處于試吊及提升階段，力主要作用于門架懸挑端外緣，門架受力示意圖及計算結果如圖3所示。

圖3 門架組合應力云圖

在此工況下，門架最大組合位移為2.7mm，位于懸臂端跨中部位；最大應力為90.3MPa，位于懸臂端跨中部位，安全系數為2.32；桿件最大軸壓力為34.9t，位于前柱腳柱腿處；最大反力為35.2t，位于懸臂端立柱柱腳位置;后柱腳最大反力為7.4t。在此工況下，門架受力情況符合相關規范要求。

5.2 吊裝橫梁計算

每個門架共兩根吊裝橫梁，在加工廠完成加工，待門架拼裝完成后將兩根吊裝橫梁吊裝上去，施工現場將兩根吊裝橫梁連接。每根吊裝橫梁兩個受力點，每個點受力12.95t，橫梁受力驗算按簡支梁計算，吊裝橫梁受力示意圖及驗算結果如圖4所示。

圖4 吊裝橫梁應力云圖

由有限元計算可知，吊裝橫梁最大豎向位移為3.27mm，位于橫梁跨中位置；最大組合應力為62.1MPa，安全系數為3.38。因此，吊裝橫梁受力驗算滿足要求。

5.3 模態分析

利用橋梁設計軟件邁達斯（MIDAS/Civil）對結構進行屈曲分析，取前4 階模態，各階模態的變形圖及所對應的特征值如表2所示，均滿足要求。

表2 門架各階模態特征值

6 結語

在常規的吊裝起重設備受限而不能滿足施工的情況下，根據項目實際工況，研究行之有效且能保證安全質量的施工技術方案：滿足可操作性，滿足施工，降低成本，提高效率。經該項目實踐，散索鞍安裝精度符合規范要求（見表3），施工進度超前，安全可靠，取得較好施工效果，可供同類型工程施工借鑒與參考。

表3 散索鞍安裝實測項目