复合式缆索吊机在落布溪大桥钢管拱肋吊装施工中的应用

王武斌

（中铁航空港集团三公司，河北 霸州 065700）

复合式缆索吊机在落布溪大桥钢管拱肋吊装施工中的应用

王武斌

（中铁航空港集团三公司，河北 霸州 065700）

文章详细介绍了复合式缆索吊机设计的施工方法以及在落布溪大桥拱肋吊装中的应用。

复合式缆索吊机；宜万铁路；落布溪大桥；钢管拱肋节段

1 工程概况

宜万铁路落步溪大桥为国内跨度最大的上承式钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥，其钢管拱肋的吊装采用了设计吊重为62 t的复合式缆索吊机。由于目前我国对于缆索吊机无定型设计和专业生产厂家，故根据桥梁跨度、结构形式、桥址地形地质情况、起吊重量自行设计。在缆索吊机设计安装及拱肋节段吊装过程中，经过科技人员攻关，通过严密的计算和监控，不断改进施工工艺，形成了一套切实可行、安全快速的施工方法，为同类型桥施工及大吨位吊装运输提供了宝贵的经验。

2 设计及施工方法

2.1 复合式缆索吊机设计要点

2.1.1 缆索吊机总体布置

本缆索吊机采用吊、挂分离方案。缆索吊机由索塔系、索道系、后锚系群、卷扬机群、抗风系等组成。

2.1.2 主要技术指标

本缆索吊机确定技术指标如下：

（1）主索。①主索天线由2×2Φ56 mm（CFRC8×36SW，1 960 MPa）钢绳组成；②主索最大张力Tmax=1 394 kN/组，安全系数为3.52；③最大施工垂度fmax=22.96 m=L/13.5；④空索安装垂度f0=18.7 m=L/16.6。

（2）起重索。选用 Φ21.5（6×37+1，1 550 MPa）钢绳走 8 线，安全系数为5.1，采用4台5 t卷扬机作为动力系统。

（3）牵引索。万州岸牵引索选用 2Φ28（6×37+1，1 550 MPa）钢绳，安全系数为6.61，采用2台8 t卷扬机作为动力系统；宜昌岸牵引索选用 2Φ21.5（6×37+1，1 550 MPa）钢绳，安全系数为5.67，采用2台5 t卷扬机作为动力系统。

（4）索塔。①采用门式索塔，用万能杆件拼装，立柱为2×2 m的两根。塔宽10 m，塔高万州岸39.29 m，宜昌岸45.28 m，全塔在塔高20 m处设一横联，横联断面为2×2×6 m；②索塔均采用铰座固定在混凝土基础上；③由于塔断面的宽纵比达到5∶1，因此，两塔均不设横向缆风索，前后缆风均采用Φ15.24钢绞线，其中前缆风为4Φ15.24钢绞线，后缆风为8Φ15.24钢绞线，安装时在主锚碇上进行张拉；④索塔安装，万州岸塔顶后偏8 cm，宜昌岸后偏6 cm。

（5）扣索。①所有扣索均为塔扣分离，利用两岸桥台作为扣索锚梁；②第一、二段扣索采用钢绳用卷扬机进行张拉，3#、4#、5#用低松弛Φ15.24钢绞线束在桥台上进行张拉；③扣索背索为预应力钢绞线束锚索，也在桥台上进行张拉。

（6）地锚。①两岸主地锚均为预应力钢绞线束锚索，为4×10Φ15.24无粘结钢绞线；②锚索、主绳、前后缆风均在锚梁上进行张拉和固定。

（7）卷扬机群。除宜昌岸两台牵引卷扬机和两台扣索卷扬机布置在宜昌台外，其余所有卷扬机均布置在万州侧。

2.2 施工方法

2.2.1 索塔施工

索塔由M型万能杆件拼装组成，塔脚为铰接，铰座与万能杆件主弦等强。索塔基础厚150 cm，分2次浇筑。准确埋设塔铰预埋螺栓固定支架及相关预埋件后第1次浇60 cm C40混凝土。在定位支架上用全站仪准确定位塔铰预埋螺栓（用铰座固定）后，浇注第二次90 cm混凝土。安装塔铰及万能杆件塔身8 m左右，并拼装临时定位横向风缆，确保索塔各构件间相对位置正确、准确，焊接万能杆件和塔铰后，继续正常拼装索塔。

塔高超过10 m应始终保持2层临时抗风。每层2组2Φ21.5滑车组。

塔顶结构由纵、横工字钢组成。纵向10I28b、横向4I45b与万能杆件支承靴焊结组成塔顶结构。

2.2.2 后主锚施工

结合地形、地质情况主锚采用预应力锚索方案。每岸设两个各自独立式锚碇，其中心距离8 m，全桥设主锚4个。每个主锚设2束10Φ15.24 mm预应力锚索，钢铰线强度1 860 mpa，预拉力1 110 kN。锚梁C40混凝土长300 cm×Φ280 cm。

2.2.3 缆索布设施工

缆索系统包括主索、牵引索、起吊索、工作索、抗风索等。

（1）布设准备。①索卡准备。索卡主要用于地锚处，其次用于索塔处，其中固端绳的接头索卡个数Φ56主索为16个。索塔处用的索卡，用于主索过索鞍时的连接交换。②卷扬机及其钢绳准备。在索塔下，地锚处均应组织足够的卷扬机安装好备用，并准备足够的钢绳（各种规格）以备使用。③主抗风布设。全桥主抗风为Φj15.24钢绞线，布设时前端锚固在索塔上，后端锚固在（张拉端）主锚上（布设有预埋件）。前抗风为2组×2×1Φj15.24，后抗风为2组×2×2Φj15.24。抗风布设前先准确计算出每组抗风钢铰线的下料长度。下完料后用铁丝间距为4～6 m一道进行绑扎，然后采用P锚锚固（后抗风）或通过转向索鞍，其中前抗风钢绞线需利用先头索（牵引索）运输至另一岸索塔塔顶，前抗风锚固端利用P锚进行锚固。张拉端利用卷扬机预拉协助将钢绞线另一端穿过锚碇张拉端预留孔，然后采用千斤顶张拉之后进行锚固。④前、后抗风的张拉及控制施工。前后抗风牵挂并锁紧之后，即用YCW24型千斤顶对前后抗风进行初拉，初拉力以设计计算为准，并同时考虑将塔顶位移控制在10 cm以内。前抗风每组钢绞线（1Φj15.24）安装后初拉力控制为万州塔82.5 kN、宜昌塔42.5 kN，后抗风每组钢绞线（2Φj15.24）安装后初拉力控制为万州塔100 kN、宜昌塔70kN。前后抗风初拉时可有意使塔顶往后锚侧倾斜6～8 cm。⑤侧抗风的布设。侧抗风的锚碇布设在拱肋的上下游两侧，距离根据地形设定。侧抗地锚除宜昌侧上游方向利用石柱外，其余3个方向均为钻孔埋设钢管。由于受地形限制，抗风收紧为卷扬机预收，葫芦调节。

（2）牵引主缆索过沟布设。①牵引索的布置。本桥在进行主索布置前，设Φ21.5钢绳1根作牵引绳（循环索），牵引绳长900 m，两岸各经主索鞍主槽轮进主锚前的各1台5 t中速卷扬机。牵引索翻索鞍采用临时人字扒杆链子滑车配合提升。②主缆索的垂度控制。2φ56的吊装用主缆的空载垂度为22.96 m，主索最大张力1 394 kN/组，8Φ21.5滑车组调整；2Φ28的工作绳的空载垂度为16.5 m，最大张力为242.3 kN，4Φ21.5滑车组调整;主绳在布置时采用目测法进行控制。其目测方法：两岸索塔至塔顶往下22.96 m处设一醒目标志，布设时由1名工程技术人员在该处观测（目测）指挥操作人员收紧工作绳，待垂度达到22.96 m，卡紧主缆。③主缆索的锚固及连接。主索的锚固为单根，两岸单独锚固，Φ56主索每根每岸用卡子（特定）16个，卡子间距为40 cm；Φ28工作索每根每岸用卡子10个，卡子间距为20 cm；所有索卡均为骑马式。

2.2.4 穿吊点滑车系统施工

（1）安天线滑车及上下吊点滑车组。天线滑车及上吊点滑车组均为定型加工件，到现场验收合格后即可进行安装。

安装时用塔顶吊点将其分别吊到塔顶待安装位置，由人工配合安装到位，安装时特别注意应将其临时固定在塔顶上，以防其下滑至主绳跨中不便处理，下吊点置于预先搭好的上吊点下附近的平台上待用。

（2）起吊卷扬机及牵引卷扬机进线。主吊点卷扬机为5 t摩擦式恒力卷扬机，共使用4台，布置在万州岸主锚碇前30～40 m。起吊卷扬机就位固定，接好电源调试合格后，该绳另端送到塔顶备用。

牵引用卷扬机：万州岸2台8 t中速卷扬机，宜岸2台5 t中速卷扬机，安装在两岸卷扬机群位置处,安好后检验符合要求即可进行牵引钢绳线一端入卷扬机，另一端送上塔顶备用。

（3）穿线。①穿起吊滑车组线。起吊滑车组共8线，用预先已拉在塔顶的起吊线逐轮地将滑车组穿线完毕，穿起吊线时可用工作吊篮配合。起吊线穿好后，将“活头”牵至固定端的地锚（因起吊均为“单抽”）锚固，活头过索鞍时可利用塔顶吊点协助。将吊点从塔顶拉下至下吊点需要的位置（注意下拉时，卷扬机卷盘内的绳应松出来），至此该吊点穿线完毕，同法穿完其他的吊点。工作天线吊点穿法与主吊点基本相同，可参照进行。②牵引绳穿线。牵引索每组吊点每端由φ28钢绳走两线构成，在上吊点的天线滑车背离两吊点间的一侧设转线动滑车，先进牵引绳线端头至靠近塔侧的一个动滑车，拉回经索鞍转向轮进入地锚处固定；再安装好两吊点间与牵引匹配的4φ28的连接绳（长度可调节，最长为25 m×4的闭合线），将另一吊点用单线牵引至另岸靠索塔（牵引走移时，已进线的卷扬机要松绳出来，因为双线松出较慢，单线牵引绳不时要停顿一下，注意走移时吊点配重；亦可直接安装另岸牵引绳），通过该岸天线吊点上转线动滑车、索鞍转线至该岸地锚处固定（牵引绳穿线时可利用工作吊篮配合）。至此，该组天线的牵引索布设完成，如法完成全部的牵引索。③工作索布设。工作天线主索为2Φ28，牵引21.5为单线牵引，牵引布设为循环线，在卷扬机布设岸（万州岸）索塔上挂转向单门滑车（50 kN）。注意上吊点两起吊滑车（定滑车）间要拉开距离至3 m，以防吊篮在空中旋转。工作吊篮卷扬机为5 t双筒卷扬机，且牵引筒为马鞍式卷扬机。安装吊点分配梁及配重。主吊点分配梁置于每节段梁的两组吊点的上下游吊点之间，前后吊点各设置一分配梁，其配重配在下吊点上，各由2 t的混凝土块来实现。工作天线下设吊篮，因无承索器，其跨度大，考虑配重为1 t。穿线牵引。本桥牵引绳为反复利用，先布设吊篮及其牵引绳，再利用吊篮进行吊点牵引绳的牵引，两岸卷扬机锚碇至索塔间钢绳为牵引绳牵引。

2.2.5 试吊验收施工

缆索吊机整套系统涉及到的结构物和机具设备众多，为检验系统在各种工况下的结构受力以及机具设备的运行情况及相关人员的协作情况，确保系统在拱肋吊装过程中绝对安全和正常运行；吊装前应进行试吊工作及收集各种技术参数指导以后的吊装施工工作。

2.2.6 节段吊装施工

落步溪大桥主跨钢管拱肋共分11段，吊装次序见表1。

表1 吊装次序

拱肋的吊装方法采用四点抬吊整体吊装、起吊就位的方法进行。吊装顺序为：宜昌侧 1、2→万州侧 6、7→宜昌侧 3、4、5→万州侧 8、9、10→合拢节 11。

吊装利用第1节段进行试吊，以检查缆索吊的工作状况。

3 结论和体会

（1）缆索吊机的索塔采用门式索塔，用铰座固定在混凝土基础上，比固结方式的索塔断面小，经济适用。

（2）缆索吊机的锚碇系统根据地质情况采用预应力锚索，利用钢绞线能够承受巨大拉力的优点来克服缆风、主索等施加的拉力，比传统的重力式锚碇更加安全经济。

（3）缆索吊机采用吊装系统、锚扣系统分离方案，相互制约小，施工操作方便。

（4）通过空间坐标转化为平面坐标，精密测量控制节段轴线及标高，确保拱肋线形。

（5）利用仿真计算，合理控制扣索拉力，有效保证拱肋的线形。

（6）经济效益显著，与传统的采用固结式塔架和重力式锚碇缆索吊机进行成本对比，本缆索吊机可节约30余万元，且充分利用钢绞线的特性，使得安全性更高，工效大幅提高。落步溪大桥仅用了3个月便完成了缆索吊机的安装，每个节段的吊装准备用时不超过2天，吊装用时不超过1天。

[1] 周水兴、何兆益等，《路桥施工计算手册》[M].北京：人民交通出版社.

[2] GB50086-2001，《锚杆喷射混凝土支护技术规范》。

Composite Cable Crane’s Application in the Steel Arch Rib Erection Construction of Luobuxi Bridge

Wang Wubin

This paper introduces in detail the construction methods of composite cable crane design and its application in the rib erection construction of Luobuxi bridge.

composite cable crane;Yiwan railway;Luobuxi bridge;steel arch rib segment

U 448.22

A

1000-8136(2011)08-0030-03