大跨徑橋梁纜索吊系統安裝施工技術

摘要 為實現大跨徑拱橋拱肋的高精度安裝，文章針對斜拉扣掛施工過程中索力和拱肋位移計算困難、易受溫度及施工荷載影響的難題，研究建立了一種大跨徑拱橋線形及誤差反饋控制實用方法。研究表明，采用此技術后跨中合龍誤差僅2 mm，松索后線形與裸拱線形的誤差在45 mm以內且更光滑平順。

關鍵詞 大跨徑；橋梁纜索；吊裝系統

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0117-03

0 引言

纜索吊裝斜拉扣掛法是目前大跨徑拱橋安裝的主要方法，該方法通過纜索勁性將骨架節段吊裝到指定位置，然后焊接拼裝并用斜拉索調整結構線形和內力。隨著鋼管混凝土拱橋跨徑的增大、拱肋吊裝節段數的增多，鋼拱肋的斜拉扣掛成拱過程面臨計算困難、大懸臂結構頻繁調整、成拱狀態偏離等難題。

1 拱橋線形及誤差反饋控制技術

（1）提出了一種大跨徑拱橋線形及誤差反饋控制的實用方法。通過采用特定的可調參數表征各種參數誤差和環境干擾量，同時根據各拱肋節段實際安裝后的線形與理論值存在偏差，對可調參數進行調整，實現了模型輸出無偏跟蹤的真實拱肋結構，從根本上解決了傳統經驗方法和技術無法對誤差進行反饋修正控制，從而保障線形達到預期目標的技術缺陷。

（2）建立了不同溫度下的索力優化模型。不同于以往的索力優化問題，綜合考慮了大跨徑拱橋斜拉扣掛過程中拱肋線形、塔架偏位、索力均勻性及安全性，有效地克服了傳統施工監控計算方法的缺陷，同時將吊裝施工過程的各個參數控制在允許范圍內。

（3）首創了大跨徑拱橋誤差反饋的控制模型。將施工過程中的各種參數誤差和環境干擾進行糾偏，使其在誤差可行域內，不僅解決了斜拉扣掛成拱過程中各節段累計誤差容易導致成拱狀態偏離的問題，拱圈成拱乃至成橋狀態也都滿足要求，進一步解決了大跨徑拱橋施工控制難題。

2 大跨徑拱橋吊桿索力優化實用技術

2.1 技術創新性分析

（1）系統建立了大跨徑拱橋吊桿索力優化實用調整方法，免去了有序的吊桿索力調整順序及工序，從根本上解決了傳統經驗方法和技術需要遵循嚴格的張拉順序，若選取的吊桿張拉順序不合理，需要通過反復張拉調整以達到設計索力，導致施工工序繁多、精度難以保證的技術難題。

（2）首創了基于小矩陣的索力優化原理。在實際橋梁吊裝施工中，引入加權矩陣對索力影響矩陣進行簡化，用較少的索可以完成索力調整工作，克服了傳統經驗方法需要對全橋吊桿索力進行調整、施工工期較長等技術缺陷。

（3）針對索力迭代求解過程，在MATLAB中創新通過編寫相關程序，利用程序自帶編輯器數值分析功能，運用循環法加載求解，免去了人工調索的煩瑣，實現了快速調索的技術突破。

2.2 技術應用

主橋主跨為下承式鋼箱拱橋，橋梁跨徑組合為20 m+

120 m+20 m，全橋共設14對吊桿。現場實測對比研究表明，采用該方法優化后，單根索力最大相差在5%以內，誤差均能滿足10%的規范要求。實踐證明，提出的方法可對拱橋吊桿張拉施工進行精準控制。大跨徑拱橋吊桿索力優化實用方法的提出，既契合了工程建設需求，又具有顯著的社會經濟效益。鑒于傳統經驗方法和技術需要通過反復張拉調整以達到設計索力，導致施工工序繁多、施工工期較長、精度難以保證等技術缺陷，該文的創新方法計算簡便、實用性強，同時利用MATLAB編程，免去了人工調索的煩瑣，實現了快速調索的技術突破，可為同類大跨徑鋼管混凝土拱橋的施工控制和優化設計提供參考。

3 纜索吊裝系統H形鋼塔架及其異位拼裝施工方法

3.1 技術創新性分析

（1）研發了一種標準化H形鋼塔架結構及連接構造，該結構可作為纜索吊裝和斜拉扣掛的塔架系統，首次應用于拱橋纜索吊裝施工，解決了塔架應用于纜索吊裝的強度、剛度和穩定性等問題。

（2）首創塔架立柱異位拼裝施工方法，使整個塔架立柱法蘭連接面依次異位，有效提升了塔架在同一水平截面的剪切抵抗能力。

（3）研發了一種標準H形鋼塔架的基礎結構及施工方法，解決了塔架安裝精度問題，有效提高了施工效率，并保證了結構安裝質量。

（4）提出了“場地內成片組裝+高空分片安裝”的安裝方法，利用塔架內爬升平臺及塔吊設備配合人工輔助，可實現塔架的快速裝拆施工。

3.2 技術應用

無論從H形塔架設計、制作和安裝，還是從纜索吊裝系統的試吊、拱肋和格子梁吊裝施工效果上，均取得了良好的效果。相較于傳統塔架，該塔架大幅降低了整體制造和加工成本，提高了施工效率；同時可以減小塔架單元件型號，安裝過程中可減少吊裝重量，減小塔吊型號，減少租賃成本并提高施工效率，節約施工成本，滿足現場施工要求和綠色施工“環境保護”的要求，達到綠色施工示范工程的實施效益?！爸骺酆弦弧崩|索吊裝系統塔架為自主研發的新型H形鋼塔架，具有加工效率快、成本低、便于運輸儲存、周轉率高等優點。經設計優化，相較于圓管塔架，節省20%的整體用鋼量，節約材料成本約220萬元，節約人工成本約20萬元以上；優化后的塔架更適合小型塔吊安裝，可每月節省塔吊租賃費約30萬元以上，H形鋼塔架使用時間按12個月計算，共節省費用600萬元以上。

4 纜索吊系統安裝遠程操控和智能監控一體化系統

實現纜索吊機的遠程集中控制和全過程監測。遠程操控系統主要包括雙系統操控、集中控制功能、遠程操作、單動聯動模式、預警功能、操作人員身份識別、數據查詢與導出、云端界面顯示等；智能監控系統主要包括索力及起重重量監測、塔架偏位監測、風速監測、卷揚機電機狀態監測、起升高度與運行行程監測、視頻監控等。大跨徑拱橋纜索吊系統安裝施工工藝流程圖如圖1所示：

5 工程實例

某項目采用EPC模式，設計單位具體負責承擔該標段施工圖勘察設計、工程施工至工程竣工驗收全過程管理。施工單位承擔該標段工程施工的全部工作及質保工作。在施工過程中充分發揮設計方主導作用，結合施工方實施方案，合理優化設計，實現設計、采購、施工各個階段的合理交叉與協調，使得三者高效銜接，提高項目的運行效率，達到節省投資、縮短工期的目標，見表1所示。施工工序流程圖如圖2所示：

6 結束語

綜上所述，纜索吊裝斜拉扣掛法是目前大跨拱橋安裝的主要方法，在實際施工中，拱橋線形及誤差反饋控制技術、大跨徑拱橋吊桿索力優化實用技術、纜索吊裝系統H型鋼塔架及其異位拼裝施工方法、纜索吊系統安裝遠程操控和智能監控一體化系統的應用取得了良好的效果，吊裝施工過程各參數同時控制在允許范圍內，有效地克服傳統施工監控計算方法的缺陷。

參考文獻

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