汕湛高速公路西江特大橋貓道施工關鍵技術

張光輝,牟 蕓,劉紅勝,周 雄

(1.保利長大工程有限公司,廣州 510630;2.武昌首義學院城市建設學院,武漢 430064)

1 工程概況

汕(頭)湛(江)高速公路清遠清新至云浮新興段是廣東省高速公路網規劃的“第二橫”——汕(頭)湛(江)高速公路的重要組成部分,該項目為汕(頭)湛(江)高速公路清遠清新至云浮新興段西江特大橋設計施工總承包SSZB合同段(清云高速公路西江特大橋項目),起訖點樁號K113+300～K116+300,總長3 km,標段為TJ11,位于肇慶市、云浮市。

合同段主橋為西江特大橋,全橋共3聯:2×47 m+(202 m+738 m)+4×45 m,主橋為邊跨202 m(清遠側)+主跨738 m的雙塔雙跨吊鋼箱梁懸索橋,矢跨比1/9,大直徑鉆孔灌注樁基礎,重力式錨碇基礎,門框式主塔,預制平行鋼絲索股形成主纜,平行鋼絲吊索,扁平流線型鋼箱加勁梁。

2 貓道結構設計概要

根據主橋結構特點,上、下游各設置一條貓道。貓道位于主纜空載中心線形下方1.5 m,長約1 277 m,單條貓道寬4 m。貓道承重索采用三跨連續結構,從北往南跨徑依次為294.3 m(北邊跨)+738 m(中跨)+198.4 m(南邊跨)。貓道承重結構由8根φ48 mm貓道承重索、2根φ40 mm門架支承索、2根φ24 mm扶手索及4根φ14 mm欄桿索組成。貓道承重繩與門架支承索的豎向間距為6.5 m,與扶手繩的垂直間距為1.5 m,扶手繩下設2根φ14 mm護欄繩。貓道剖面圖如圖1所示。

貓道北岸側錨固在北錨碇前墻,南岸側錨固在南錨碇前墻。貓道在南北塔頂通過轉索鞍和壓板進行錨固,主塔順橋向兩側采用變位鋼支架跨塔頂,主塔處布置如圖2所示。根據需要設置下拉裝置保證貓道與主纜之間的工作間隙。上下游貓道通過7座橫向天橋進行連接。橫向天橋采用鋼管焊接桁架,北邊跨設置1道,中跨設置5道,南邊跨設置1道。每道橫向通道長36 m,通過橫向通道底梁和U型螺栓固定在貓道承重索上。

3 貓道詳細施工工藝及關鍵技術

貓道施工前應做好前期準備,包括人員材料工具準備、門架改造、支架搭設、塔頂臨時鞍座、預埋件安裝檢查、牽引系統卷揚機布置就位。架設應選擇在天氣較好的情況下進行。

3.1 牽引系統

張暉等[1]提到牽引系統是大跨徑懸索橋上部結構安裝施工的重要組成部分,而貓道牽引系統的架設則成為施工轉換的重要標志。

全橋上下游設2套獨立貓道架設系統,貓道架設采用單線往復式牽引系統。牽引系統主要由儲繩筒、卷揚機、鋼絲繩、滑輪組和拽拉器串接而成。單套牽引系統采用2臺20 t卷揚機,牽引鋼絲繩采用直徑φ36 mm鋼絲繩。先導索過江工藝流程見圖3。

3.2 托架系統

托架系統由承重索(2條φ24 mm鋼絲繩,貓道扶手繩)、定位繩(2條φ14 mm鋼絲繩,貓道欄桿繩)和托架組成。牽引系統架通后,利用牽引系統直接架設2條φ24 mm鋼絲繩;塔頂設置2臺8 t卷揚機將φ14 mm定位繩和托架完成布設。

3.3 貓道錨固及調節系統安裝

貓道承重索、貓道門架承重索錨固及調節系統由預埋件、扁擔梁、調節拉桿、千斤頂組成,承重索預埋件提前安裝在前支墩前墻處,門架繩預埋件提前安裝在前錨面上。貓道錨固及調節系統采用地面組裝成整體,塔吊整體吊裝工藝。

3.4 貓道承重索架設

楊學祥等[2]指出貓道承重索施工線形精確控制是至關重要的一環,它關系到主纜架設的施工質量和工期。貓道承重索采用拖架系統輔助鋪設,牽引系統由北錨碇前支墩處向南錨碇連續牽引架設完成。貓道承重索架設按照上下游對稱整根架設,確保裸塔兩側水平方向受力平衡。貓道承重索按照8、9、1、16、2、15、7、10、6、11、3、14、4、13、5、12順序架設。承重索順序如圖4所示。

3.5 貓道線形調整

貓道承重索架設完成后,就通過測量調整貓道線形使之符合設計要求。貓道線形平行于主纜線形,一般情況下整體布置于主纜線形下方[3]。貓道線形調整先通過調節拉桿整體調整線形,然后單根線形采用連接拉桿逐根進行調整(先中跨后邊跨、先整體后逐根的原則)。

貓道承重索垂度和貓道線形控制測量主要采用三角高程測量方法。貓道承重索橫移就位后,根據監控值計算出空纜階段貓道承重索調整值,對承重索進行垂度調整。調整方法為:1)初調,利用主塔和支墩上的卷揚機將承重索的標志點調整到相應標志點位置上。2)精調,調整順序為:先中跨后邊跨。

(1)首先進行中跨貓道承重索調整。全站儀測量中跨跨中點垂度及中跨跨徑,結合現場溫度計算出實際需要的調整量,并與監控計算值比較。滿足要求后,在塔頂轉索鞍處錨固,并用油漆做好標記。(2)待中跨貓道承重索固定好后,進行邊跨貓道承重索調整。邊跨調整通過錨固在錨塊前錨面上的錨固調節系統進行,調整步驟同中跨。(3)調整計算垂度過程中,注意邊跨塔頂處變位剛架的影響。貓道承重索標高調整允許偏差控制在30 mm以內。

3.6 變位鋼架安裝

貓道線形調節完成后,安裝變位鋼架和下拉裝置。8根貓道承重索的轉索鞍對稱布置在主索鞍的兩側,在離主塔4.5 m位置,對貓道承重索用變位剛架進行變位,使各承重索跨過主索鞍,滿足貓道斷面設計要求。變位鋼架安裝完成后,在兩個主墩跨中側安裝下拉裝置(下拉裝置采用鋼絲繩,鋼絲繩一頭捆綁在邊跨鋼架雙拼的H482工鋼上,一頭連接于塔壁的下拉吊耳處),然后下拉調整線形。

3.7 面網及橫向通道鋪設

貓道面層采用下滑鋪設法。面網鋪設從塔頂開始,并按設計要求鋪設型鋼橫梁。用U型螺栓(尺寸比承重索稍大)將面網與型鋼卡在貓道承重索上。每鋪設完成112 m面層安裝一道橫向天橋,如此循環至貓道合龍。李昶[4]和代皓[5]研究指出橫向天橋結構可以有效地約束貓道結構的扭轉變形,增強貓道的抗風穩定性。另一方面也有利于施工,節約了成本[6]。面網及橫向天橋現場施工圖見圖5和圖6。

3.8 貓道門架架設

單側貓道設置2根φ40 mm的貓道門架承重繩,通過塔頂和錨碇門架導輪錨固于錨定前錨面預埋件上。門架承重繩調節完成后,開始進行貓道門架架設。單條貓道共計21個貓道門架,北邊跨5個,中跨13個,南邊跨3個,每個貓道門架上設2個導輪組。門架安裝順序:中跨從跨中開始往塔柱安裝,邊跨從塔柱開始,往錨碇方向安裝。

3.9 附屬設施安裝(包含托輥)

根據主纜架設施工需要,采用雙線循環架設系統。單條貓道需配備雙排托輥,托輥采用900 mm高尼龍托輥,支架采用型鋼焊接而成。單個托輥重約65 kg,間距8 m,單條貓道共計托輥320個。托輥采用主墩塔吊吊裝到貓道面后,由牽引系統牽引到托輥安裝位置安裝固定在貓道上。

沿貓道一定距離在扶手立柱上安裝貓道照明燈具、通航安全標志和配電箱,完善整個貓道及牽引系統,最終完成貓道架設。

4 貓道架設施工過程中的優化

1)原設計三位一體的變位支架(變位、下拉、操作底籃)中的下拉采用的是吊耳,下拉鋼絲繩通過卸扣與下拉吊耳連接。由于下拉吊耳的受力不是很明朗,為保證下拉的受力安全,且減少焊縫數量,現場將下拉吊耳取消,將下拉吊耳改成直接用鋼絲繩進行捆綁,并焊制護角,這樣更好地保證了結構的受力安全。現場具體施作如圖7所示。

2)為保證主纜的順利架設,貓道托輥必須保證線形的順直,這對托輥的安裝精度提出了很高的要求。根據現場實際情況,提前在貓道底梁上進行打洞(作為托輥安裝的預留螺栓孔),貓道鋪設完成后,托輥直接與貓道底梁進行拴接,保證了托輥都在一條直線上?，F場具體施作如圖8所示。

5 結 語

貓道屬于懸索橋施工必備的臨時結構,從始至終貫穿整個懸索橋上部構造施工過程。許多工程實例證明,其架設速度直接影響后續的工期;其質量的好壞,直接影響后續工作的安全性[7-10]。西江特大橋整個貓道架設時間約一個半月,貓道質量可控,為后續主纜架設等工作的順利開展打下了堅實的基礎。