马鞍山公路长江大桥猫道设计与安装施工技术

尚龙

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241009）

1 工程概况

马鞍山长江公路大桥位于安徽省东部，起自马鞍山市和县姥桥镇省道206，接规划中的马鞍山至合肥高速公路，跨江后进入马鞍山市，终点止于马鞍山市当涂县牛路口（皖苏界），与规划中的马鞍山至溧水公路（江苏段）相接。马鞍山长江公路大桥左汊主桥为三塔两跨悬索桥，结构呈对称布置，两边塔为钢筋混凝土结构，中塔为钢混叠合塔结构[1]，塔高均为178.3 m。主桥跨径为2×1 080 m，桥跨布置为（360＋1 080＋1 080＋360）m，主桥净宽33 m，设计车速100 km/h。全桥共两根主缆，主缆采用预制平行钢丝索股，每根主缆由154根索股组成，每根索股由91丝、直径为5.2 mm的高强镀锌钢丝组成，单根索股无应力长约3 045.53 m。

马鞍山长江公路大桥共设两幅猫道作为主缆施工作业平台，单幅猫道长约2 986.5 m，宽4 m，并在两幅猫道之间设置横向通道增加猫道的抗风性[2]，也作为猫道作业人员的行走通道。

2 猫道结构设计

三塔悬索桥猫道结构形式，根据桥跨特点可为“四跨连续”、“两跨连续”（锚碇和中塔处锚固）、“四跨分离”。根据对三种构造形式猫道的线形、静力、与索塔的连接关系构造的对比研究，“四跨连续”猫道具有以下优势：

1）不需在中塔塔壁上设置猫道锚固构造，对永久结构钢结构中塔的成品保护有利。

2）连续式猫道布置方式理论上不会对主塔产生不平衡力，实际施工中可以做到猫道对永久结构的附加影响（如塔顶偏位） 控制到最小程度，对降低施工过程中调索难度，对提高成桥安装精度均有好处。

3）猫道线形在端部区段更接近平行于主缆，竖向距离较为均匀，方便上部施工作业。

因此猫道形式选择四跨连续无抗风缆构造[3]。在上下游对应于主缆中心线下方设一幅猫道，猫道主要由承重索、扶手索、猫道面层、塔顶转索鞍及变位系统、横向通道、锚固体系等组成。猫道索布置采用对应主缆位置对称布置形式，两侧猫道中心距35 m，单侧猫道采用8根φ54承重索，2根φ54门架承重索。猫道门架在猫道上每隔45 m布置一道，将猫道承重索与门架承重索连接成空间结构，以提高猫道整体抗风稳定性，上下游猫道间每隔135 m设置一道猫道横向通道作为两侧猫道横向通行便道，如图1。

猫道承重索与主缆的径向距离为边跨1.7 m，中跨1.5 m。

图1 猫道布置总图

2.1 猫道承重索布置及锚固

2.1.1 猫道承重索布置形式

根据计算，猫道索采用对称布置形式，每条猫道设8根φ54钢芯镀锌钢丝绳猫道承重索，横桥向采用0.42×3+1.3+0.42×3的布置形式，如图2。单根猫道索分两段制造，在中塔靠南岸侧约13.5 m处对接。

图2 猫道断面结构图

2.1.2 猫道承重索塔顶变位及转索鞍

猫道为四跨连续式结构，猫道线形与主缆平行，边跨距主缆中心线高1.7 m，中跨距主缆中心线高1.5 m，设计宽度4.0 m，设置转索鞍（如图3），保证猫道承重索顺利通过塔顶及在塔顶固定，通过变位钢架进行猫道收分，将猫道承重索的间距由0.42 m变为0.10 m。

2.1.3 猫道承重索锚固

图3 猫道中塔塔顶转索鞍

在锚碇散索鞍支墩上设置锚固调节系统。锚固系统由预埋件、拉杆和锚梁等组成，通过千斤顶调整猫道索锚固拉杆长度，以满足猫道各阶段线形要求。锚固系统如图4、图5。

图4 型钢预埋件

图5 猫道调节系统

2.2 门架承重索及门架

2.2.1 布置形式

猫道门架承重索采用2φ54（6×36SW+IWR）钢芯钢丝绳，单根门架承重索分两段制造，在中塔塔顶正中对接。并在中塔、边塔顶门架和锚碇门架上设置转索小索鞍，形成4跨连续式结构。

为缩短牵引索的空间跨距，保证牵引索的垂度不至于过低，猫道上每隔45 m布置一道猫道门架与猫道连接，门架上设置两组牵引索导轮组。门架承重索与猫道承重索的垂直距离为7 m，横桥向间距3.6 m，猫道承重索与门架承重索通过门架连接，形成空间结构，提高抗风稳定性。

2.2.2 门架承重索锚固

门架承重索锚固在锚块一顶面，通过预埋件、门架索调节装置锚固。

2.3 扶手索布置及锚固

扶手索采用φ22+φ16+φ16的布置形式，采用钢芯钢丝绳，单根扶手索分4段制作，在塔顶断开，与猫道承重索的竖向间距为0.5 m、1.0 m、1.2 m，分别锚固在塔顶门架和锚碇门架上。

2.4 猫道面层

猫道面层中心与主缆中心一致，上下游两侧猫道中心间距为35 m，单侧猫道宽度为4 m，猫道底面网采用φ5 mm×50 mm×70 mm的粗面网及φ2 mm×25 mm×25 mm的细面网，猫道侧面网采用φ5 mm×80 mm×100 mm的侧面网；猫道每隔500 mm布置一道60 mm×30 mm×1 500 mm的短踏步木方，每隔5 625 mm布置一道60 mm×50 mm×4 000 mm的长踏步木方；每隔5 625 mm布置一道扶手立柱（∠75×8），在扶手立柱底部布置一道［12×4 400 mm的槽钢横梁，形成猫道框架；猫道门架底部设置2[16a×4 800 mm的槽钢横梁。

2.5 横向通道

单侧猫道共设置18道横向通道，每个主跨设置7道横向通道，每个边跨设横向通道2道。横向通道由三角桁架、面层网、栏杆、扶手绳等组成。除满足左右幅猫道之间人员的通行外，还可提高猫道自身的整体稳定性，使猫道具备足够的抗风能力。

2.6 下拉装置

为了调整猫道线形，需在边塔位置设置猫道下拉装置，全桥范围内各边塔靠江侧设置2个下拉装置，通过边塔靠中跨侧变位刚架外侧型钢上设置下拉耳板，连接下拉钢丝绳，通过滑轮组进行调整。

2.7 照明系统

猫道使用期间涉及到夜间施工，在其扶手立柱位置安装照明灯，用于夜间的照明和景观效果。

3 猫道安全性能设计

猫道计算主要分为5种工况进行（见表1），其中3，4为设计工况；1，2为校核工况；5为检验工况。在施工期间，考虑每侧猫道最多放置两根主缆索股，并考虑20 a一遇的风载，同时考虑温度荷载，温差按15℃考虑。

表1 猫道各计算工况统计表

猫道承重索和门架承重索均采用φ54（6×36SW＋IWR）钢芯镀锌钢丝绳。张力计算结果见表2。

安全系数均满足安全要求。计算恒载状态索塔处四跨连续猫道水平力差为0，不会造成索塔偏位。

表2 猫道承重索恒载猫道张力计算结果

4 猫道架设施工

马鞍山长江公路大桥，地处长江黄金水道，航运繁忙，为减小猫道架设对航道的影响，主跨猫道承重索采用空中托架法间接架设，托架间距100 m一道。面网铺设由塔顶向主跨跨中、锚碇方向下滑铺设，初期设置反拉系统控制下滑速度，以策安全。面网铺设主跨一侧设置配重辅助下滑，减小猫道铺装难度。

4.1 猫道架设施工工序

准备工作→上游南主跨先导索过江→先导索垂度调整→上游南主跨过渡索架设→上游南侧牵引索架设→上游南侧单线往复式牵引系统架设完毕→上游北主跨先导索过江→先导索垂度调整→上游北主跨过渡索架设→上游北侧牵引索架设→上游南北2套单线往复式牵引系统架设完毕→上游牵引系统空中架设下游侧过渡索→上游南北主跨过渡索横移至下游侧→下游南北侧牵引索架设→全线4套单线牵引系统全部架设完成→主跨托架承重索架设→托架安装→猫道承重索架设→托架拆除→猫道承重索垂度调整→变位钢架安装→猫道面层铺设及横向通道安装→门架承重索架设施工→猫道门架安装→猫道防护、照明及警示装置安装→边塔处猫道主跨侧下拉施工→猫道整体系统调整→猫道架设完成。

4.2 猫道索制备

4.2.1 猫道索制作

猫道索以中塔为界分为二段，其中一段的两端接头为开式接头，另外一段的两端为一端开式接头，一端闭式接头。猫道索的联接采用“ISO7595－钢丝绳套接方法-熔融金属套接”的方法进行。钢丝绳与接头连接用合金浇铸而成，浇铸用的接头应符合“ISO3189一般用途钢丝绳索节”的规定。

4.2.2 猫道索钢丝绳下料

在气温稳定的时段采用温度修正的方法，将预张拉后的钢丝绳在持荷（最小破断拉力20%）状态下按设计无应力长度+弹性伸长量的修正长度进行精确测长、下料、标记。

4.2.3 灌铸锚头

对锚头浇注工艺进行评定，并制作试验段进行静载试验，确保浇铸部分实际抗拉力大于钢绳最小破断力，以策安全。然后按灌铸工艺完成承重索锚头灌注工作。

4.3 托架施工

托架系统含两根托架承重索、若干托架和一根定位索组成。托架承重索采用36 mm钢丝绳，托架承重索采用吊环法假设。托架定位索采用16mm钢丝绳。托架由支架、导轮和滚轮等组成，沿跨度每隔100 m一道布置于中跨，边跨不布置。施工由塔顶塔吊、塔顶卷扬机、牵引系统配合完成。

4.4 猫道承重索安装

4.4.1 猫道承重索架设顺序

根据上下游对称施工、南北跨同步施工的顺序依次架设，以减小不均衡荷载对主塔的影响。施工顺序为先猫道外侧后猫道内侧。

4.4.2 猫道承重索架设

猫道承重索南边跨、南中跨与北中跨均采用托架法架设，北边跨采用北塔顶10 t卷扬机直接牵引架设，至塔顶后与拽拉器相连。

由牵引系统将猫道承重索向中塔方向牵引，牵引速度控制在18 m/min，保持匀速牵引；当经过塔顶转索鞍时，安装在正确的槽口内。

当索盘上索长不足50 m时，将猫道承重索从索盘上取出，使用上锚通道运行小车送至锚体门架处，锚体门架10 t卷扬机连接后锚头，并施加适当的反张力，继续牵引猫道承重索至设计位置。

猫道承重索接头位置位于中塔靠南侧约13.5 m处，牵引到位后，使用人工将两个索节连接，然后解除与牵引系统的连接。

使用锚体门架卷扬机反拉，将后锚头牵引至锚体鞍部锚固系统上，与锚固系统固定。

待猫道承重索全部架设连接就位后，根据监控单位计算出空缆阶段猫道承重索线性，进行垂度调整。

4.5 变位刚架、下拉装置安装

4.5.1 变位刚架安装

猫道承重索的转索鞍布置在主索鞍的两侧，在离塔顶转索鞍前方适当位置，对猫道承重索用变位刚架进行变位，使各承重索向主缆中心线方向集中，以满足猫道断面设计要求。

4.5.2 边塔下拉装置安装

为确保猫道线型与主缆线型一致，在边塔中跨近塔部位设置猫道承重索下拉装置。在猫道变位刚架安装完成之后，利用塔吊和塔顶卷扬机将下拉装置的锚固梁与变位刚架端头相连并予以固定，连接滑车组，并使滑车组系统另一端连接在与塔身预埋件相连的耳座板上。待猫道架设完成后，通过卷扬机调整滑车组钢丝绳，对猫道承重索施加向下的拉力。

4.6 猫道面层铺设

猫道索变位刚架安装后，进行猫道面层的铺设工序。猫道面层采用下滑铺设法，分单元段（135 m左右）铺设。根据计算确定先进行中跨猫道面层铺设，待架设至相应位置进行边跨猫道面层铺设。

4.6.1 铺设准备

猫道面网采用片网结构，在地面将组成猫道面层的各种材料，如防滑木条、粗面层网等，按设计位置进行绑扎，形成猫道面层基本单元，如图6。

图6 面层单元绑扎

4.6.2 猫道面层拼装

在塔顶进行横向通道和配重安装。

在塔顶工作平台开始铺设面层，将猫道面层与横向通道或配重连接；用螺栓将面网与型钢吊挂在猫道承重索上，螺栓不宜过紧，以确保面层能在承重索上自由滑动。

每安装一个面层基本单元，即下滑一段，再铺设另一个面层单元，并在设计位置安装猫道下横梁型钢，如此循环至一个猫道面层单元段。

为防止猫道面层基本单元间发生下滑挤压情况，将塔顶卷扬机钢丝绳依次连结在面层网及型钢上，保证猫道面层下放安全。

4.6.3 猫道面层下放

将中跨侧第一个猫道面层单元段与牵引索连接，如图7。

图7 猫道面层下放

通过牵引索牵引或反拉，下放第一个猫道面层单元段。

将猫道面层单元段下放至相应设计位置，将猫道面层单元段两端及中间部分位置与猫道承重索固定，避免猫道面层下滑。

依次交错下放中跨南、北侧猫道面层单元段，至猫道面层全部合龙。

南、北边跨猫道面层下放采用与中跨相同的方法，由南、北塔顶下放至南、北锚碇处。由于塔顶两侧坡度较陡，面网依靠自重便能下滑，为防止面网下滑速度过快，将猫道面层两端分别与牵引索连接，由牵引索控制猫道面层下滑速度。在当面网下滑至坡度平缓地段，依靠自重不能下滑时，利用牵引索牵引猫道面层，直至跨中合拢。

面层全部铺装完毕后，分段逐个紧固螺栓，固定面层。

4.7 侧网及栏杆安装

由于猫道型钢横梁与栏杆立柱焊成整体，猫道面层下滑铺设安装型钢横梁时，栏杆立柱已安装到位，同时安装侧面网，同面层一同下滑。

猫道面层合拢、紧固后，将扶手索置入扶手立柱鞍槽内，螺栓固定。将侧网扶正，将侧网上、下端与扶手索和猫道承重索连接固定，侧网间亦进行连接固定。

4.8 横向通道安装

横向通道在塔柱中、边跨侧承台上拼装成整体，在猫道面层铺设过程中，由塔吊吊至横向通道在猫道相应位置安装。横向通道与面层连接后，随面层一起下滑。

4.9 面层托架滚轮安装

在猫道铺装完成后，安装面层托架滚轮。托架滚轮采用人工安装，在牵引系统将托架滚轮吊放至正确位置后，人工用铁丝将托架支架与猫道承重索固定。

4.1 0 猫道门架安装

由塔吊将门架吊至塔顶，将门型门架置于门架承重索上，利用塔顶门架卷扬机反拉，将门架逐个下滑至设计位置安装。利用牵引索将门架导轮组及托架滚轮牵引到相关位置，安装固定。猫道门架安装顺序为由中跨跨中向塔顶、边跨锚碇向塔顶方向进行安装。

4.1 1 猫道照明设施安装

照明系统沿猫道12.5 m一道在猫道单侧扶手立柱上安装猫道照明灯具，猫道灯具采用低压节能照明灯，并按设计在相应位置设置配电箱。

5 猫道整体垂度调整

5.1 猫道线形设计

猫道线形设计为中跨距主缆径向距离1.5 m高，边跨距主缆径向距离1.7 m高。

5.2 猫道垂度调整

猫道垂度调整[4]按照由中塔开始、逐步向锚固端推进的原则进行。计算工况见表3，调整过程如下：

表3 猫道垂度计算工况表

1）中塔猫道承重索制作标记点与塔顶转索鞍标记点对准，拧紧压板固定螺栓，锚固猫道承重索。

2）主跨猫道承重索垂度调整。

3）考虑变位长度的影响，计算确定每根猫道承重索跨中垂度，利用边塔塔顶门架上的卷扬机及滑车组逐根调整直至满足垂度要求后，在边塔塔顶转索鞍处锚固好。

4）安装中塔侧变位架，逐根复测猫道承重索跨中标高，与计算值比较，如有误差，边塔处再次调整。

5）安装边塔变位装置主跨侧变位架。复测主跨跨中猫道承重索垂度。

6）边跨猫道承重索调整。猫道锚固梁就位在初始设计位置，利用小拉杆调节单根承重索，消除猫道承重索制作精度误差并调整跨中标高到考虑变位长度差的修正标高。

7）安装边塔边跨侧变位架，与计算值比较，如有误差，锚固处小拉杆处再次调整。

8）铺设猫道面层（面网、横梁、横通道、扶手等）。

9）复测主跨跨中标高。考虑温度修正，边塔顶转索鞍间千斤顶辅助整体调整系统整体复调主跨垂度。

10）复测边跨跨中标高。考虑温度修正，猫道锚固拉杆整体调整边跨垂度。

11）猫道边塔主跨侧下拉到位。

6 结语

马鞍山公路长江大桥上构安装施工开工以来，前期由于各种因素的影响，上构施工速度相对较慢，但是猫道架设施工开始以后，以平均2 d架设3根猫道承重索，猫道单元平均也以每1.5 d绑扎和下放135 m，为后续索股架设和钢箱梁吊装赢得了宝贵时间，同时这种猫道结构体系及施工方法也为其他同类型桥梁建设提供借鉴。

[1] 杨光武，徐宏光，张强.马鞍山长江大桥三塔悬索桥关键技术研究[J].桥梁建设，2010（5）：7-11.

[2] 王中文，朱宏平，钟建峰，谭立心.大跨度悬索桥猫道抗风设计与施工[J].桥梁架设.2009（2）：65-68.

[3] 薛光雄，闫友联，沈良成，金仓，先正权.泰州长江公路大桥上部结构施工方案综述[J].桥梁建设，2009（4）：59-63.

[4] 周昌栋，谭永高，宋官保.悬索桥上部结构施工[M].北京：人民交通出版社，2004：82-83.