廣西龍門大橋貓道設計和施工探討

作者簡介：駱朝榮（1987—），工程師，主要從事公路施工安全管理工作。

摘要：廣西龍門大橋主橋為跨徑1 098 m單跨懸索橋，文章提出一種三跨連續式結構的貓道設計，并采用設計驗算和風洞試驗論證其可靠性。該設計先導索為2根，以拖船“水面過渡法”分別牽引過海；單幅利用三段單線往復式牽引系統獨立架設貓道承重索、門架承重索、防護索、扶手索等結構；通過測量計算可及時對貓道線形進行調整，滿足規范和設計要求以及作業舒適度需求。

關鍵詞：懸索橋；貓道；先導索；牽引系統；線形調整

中圖分類號：U442.5⁺4

0 引言

貓道是懸索橋主纜架設過程中的重要臨時結構，作為典型的索桁結構，貓道對風荷載敏感，容易出現靜風失穩和較大振幅的風致振動。

龍門大橋是廣西規劃建設的最大跨海大橋和廣西首座單跨超千米特大橋，其橫跨茅尾海海域，位于熱帶季風氣候區，臺風和大風天氣較為常見。為保證龍門大橋施工階段貓道的抗風安全和施工安全，通過對貓道系統進行風洞試驗和抗風性能分析，貓道的施工舒適度滿足要求，并經受住了臺風正面襲擊的考驗；采用的三段單線往復式牽引系統架設貓道施工技術，可為類似懸索橋項目提供參考。

1 工程簡介

廣西龍門大橋主橋采用主跨1 098 m單跨吊懸索橋，主纜跨徑布置為251 m+1 098 m+251 m，垂跨比擬定為1/10，主纜在塔頂、錨碇處橫向間距分別為33.8 m和36.2 m。主梁跨徑布置為（50+1 098+50）m，主梁在兩個過渡墩處設置豎向支座、橫向抗風支座、縱向阻尼裝置。西塔位于龍門港鎮北村船廠，東塔位于擦人墩西側；西錨位于面前嶺與龍門島之間的灘涂區、東錨位于擦人墩東側。如圖1所示。

2 貓道設計

貓道是從索股牽引至主纜防護涂裝的施工平臺，使用周期貫穿上部結構施工的全周期。龍門大橋貓道采用三跨連續式結構^[1-2]，如圖2所示，由貓道承重索、貓道面層、欄桿、門架承重索、貓道門架、橫向通道、貓道繩錨固及轉向裝置、變位鋼架、下拉裝置、貓道調節操作平臺等組成，貓道寬度為4.2 m，門架高度為7 m。在每條主纜中心線下方設置一幅貓道，兩幅貓道在中跨的中心距為33.8 m，在邊跨的中心距為33.8～36.2 m。單幅貓道的面層橫向設置2列，縱向則每隔6 m設置1個托輥。

2.1 貓道承重索和錨固調整系統

單幅貓道采用8根公稱抗拉強度為1 960 MPa（6×36WS+FC）的?48 mm鍍鋅鋼絲繩作為承重索。貓道承重索通過散索鞍支墩上的預埋裝置進行錨固，設置4根大錨固拉桿，通過銷棒將貓道承重索索力傳遞到錨碇散索鞍支墩^[3]。不采用小拉桿調節，貓道承重繩直接繞繩柄錨固固定。

2.2 塔頂轉索鞍

為確保貓道承重索順利通過塔頂，在塔頂設置轉索鞍，轉索鞍預埋件同門架預埋板合并焊接預埋。轉索鞍設計為整體箱型構件，采用鋼板焊接成箱，鋼板材質均為Q355鋼，轉索鞍設計高度為0.5 m。轉索鞍在主索鞍吊裝完成后用塔吊提升至塔頂安裝。

2.3 貓道門架承重索及貓道門架

單幅貓道共設置29個貓道門架，全橋共計58個，貓道門架之間的標準間距為50 m，貓道門架頂部用?48 mm鍍鋅鋼絲繩連接，以增強門架的縱向穩定性。門架承重索線形按照平行于貓道的承重索進行布置，門架承重索與貓道承重索間距離為7 m。

3 貓道設計驗算

3.1 設計荷載

計算荷載參數主要為6種。（1）恒載-均布荷載：考慮貓道承重索、門架承重索、扶手索、防護索、面網、扶手側網、防滑木條、大小橫梁、扶手立柱、主纜滾筒、電纜照明配電設備的延米自重。（2）恒載-集中荷載：考慮貓道門架、橫向通道及變位剛架的設計。（3）施工荷載：一幅貓道施工荷載按照在左右側托輥上均布置一根索股，外加其余活荷載、人群荷載。（4）施工階段風荷載：按10 m高度處≤6級風作為施工階段風荷載計算依據，6級風對應風速13.8 m/s。（5）設計風荷載：龍門大橋10 m高的設計風速取38.2 m/s。（6）溫度荷載：溫度荷載按降溫15℃考慮。

荷載組合如表1所示。

3.2 計算結果

貓道承重索計算結果如表2、表3所示。

由表2和表3可知，在各種荷載組合作用下，貓道承重索和門架承重索的安全系數滿足規范要求。

3.3 風洞試驗及抗風性能研究

西南交通大學風工程試驗研究中心在XNJD-1風洞中完成了龍門大橋貓道風洞試驗，并對抗風性能進行了分析研究。通過風洞試驗、靜風穩定性非線性分析、抖振分析，為貓道的抗風設計和計算提供了關鍵參數，對貓道構件強度進行了驗證。由試驗可知，龍門大橋貓道具有較高的抗風安全性，振動舒適度滿足施工期間的舒適度要求。

4 貓道施工關鍵技術

4.1 先導索過海

根據對橋位處茅尾海海域通航條件的調查，可短時間封航，選擇安全性高、工藝成熟的500HP拖船“水面過渡法”^[5-6]牽引過海方案。先導索采用?16 mm鋼絲繩，由西岸向東岸牽引過海，左右幅各一次。控制放索速度，避免先導索垂度過大而沉入海底。東岸由于錨碇塔之間存在山體，采用塔錨之間3臺塔吊與滑輪組，以接力的方法將16 mm鋼絲繩從東塔牽引至東錨碇。

4.2 牽引索替換先導索

通過卷揚機將中跨和東岸邊跨牽引索替換先導索，西岸邊跨牽引索采用提升法直接安裝。如圖3所示，牽引索設計線形與貓道線形一致，比貓道承受索線形標高高1～2 m。上、下游各建立一套上述三段牽引單線往復式系統，由三根牽引索（①牽引索、②牽引索、③牽引索）組成，每套牽引索采用?26 mm的鋼絲繩（6×37S+IWR，公稱抗拉強度1 870 MPa，最小破斷拉力為450 kN）。兩套系統獨立架設、獨立運行。

4.3 托架承索、托架定位索架設及托架安裝

在牽引系統架設完成后，先采用吊環法架設托架承重索，接著架設托架定位索及托架，最后架設貓道承重索^[7]。牽引過程中，利用卷揚機對托架承重索進行反拉，防止托架承重索中跨側突然下沖。托架承重索完成并調整線形后，開始架設托架定位繩。如圖4所示。

4.4 貓道承重索架設

中跨采用托架法架設貓道承重索，邊跨采用拽拉器直接牽引上提法架設貓道承重索^[8]。為了將索塔偏位控制在允許的范圍內，上下游對稱架設貓道承重索，單幅貓道承重索從外向內編號為1～8，按照1→8→2→7→3→6→4→5的順序進行貓道架設。其架設順序見圖5。

在西錨碇頂板上設置放索器，貓道承重索存入放索器內。將貓道承重索繩頭提升至西錨碇門架上，牽引系統將貓道承重索攜帶至東錨碇散索鞍支墩處進行錨固，東、西岸塔頂卷揚機將貓道承重索提升并橫移至塔頂轉索鞍中。利用同樣方法架設剩余貓道承重索。

4.5 貓道面網、橫向通道安裝、臨邊防護、托輥安裝

貓道面網和橫向通道架設采用滑移法鋪設^[9]。分別自塔頂兩側向跨中、邊跨方向鋪設。架設扶手索、防護索，利用U型螺栓與扶手欄桿連接。側網隨面網一同下滑在指定位置上翻，并與扶手索及防護索連接固定，最后安裝貓道托輥。

4.6 貓道門架承重索錨固、貓道門架和附屬結構安裝

貓道門架承重索架設后臨時存放于貓道面網上，待主纜架設階段牽引鋼絲繩架設完成后進行貓道門架承重索錨固。利用塔吊將門架吊至門架承重索上，門架承重索及其掛架采用U型螺栓臨時連接，卷揚機反拉門架下滑至安裝位置之后用螺栓緊固。貓道構件全部安裝完成后，安裝貓道照明警示、電纜、電箱及工具箱等附屬結構。

5 線形調整

根據設計計算出的貓道承重索線形，對垂度進行測量調整，其順序是先中跨后邊跨^[10]。

5.1 貓道測量

貓道承重索的測量采用單向三角高程的方法。

5.1.1 水平角及距離計算（圖6）

根據置儀點A（X_A、Y_A）以及待測點O（X₀、Y₀、Z₀）計算出a、b、β以及水平距離S。

OA水平距離：

5.1.2 高程計算（圖7）

待測點高程：

H₀=h+Z_A+i_A（5）

式中：Z_A——置儀點高程；

i_A——儀器高；

h=tanα×S。

用H₀與設計標高進行比較并調整（測設時考慮塔偏、溫度對承重索的影響系數），直至滿足設計要求。

5.2 貓道調整

5.2.1 初調

利用主錨碇門架上卷揚機提升貓道承重索的垂度，直至貓道承重索錨頭能分別與兩岸錨碇散索鞍支墩上錨固裝置的拉桿相連接。

5.2.2 精調

貓道承重索的精調主要分三階段進行，即貓道承重索架設完成階段、變位鋼架安裝完成階段、下拉裝置安裝完成階段。

貓道承重索標高調整允許偏差＜30 mm，使8根貓道承重索標高同監控數據一致。調整時間宜選在夜間溫度較穩定、風小的時間段內進行。

5.2.3 貓道索固定

貓道承重索調整就位后，在塔頂處通過轉索鞍上下固定板進行固定，并在轉索鞍內側貓道承重索上設置3道繩夾以防止其發生滑移。

6 結語

廣西龍門大橋貓道施工采用2根先導索，利用“水面過渡法”拖船牽引過海，無須空中橫移；采用托架法進行貓道承重索、門架承重索架設；使用錨碇區域卷揚機代替小拉桿進行微調；貓道使用過程中發現下拉裝置對線性調整作用不大。貓道實際有效施工1.5個月，成型的貓道達到設計和規范要求以及作業舒適度需求，同時經受住了臺風正面襲擊的考驗，為類似工程積累了經驗。

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