山区大跨度悬索桥主缆架设技术

唐颖等

【摘要】坝陵河大桥桥址为山区峡谷，悬索布置（268+1088+228）m，跨径较大，施工与控制难度较大。本文针对先导索架设方法、主缆架设技术及主缆线形精细化控制进行了研究，提遥控飞艇牵引架设先导索、水平放索及垂直排线被动放索新工艺及精细化调索方法，保证了保证悬索桥先导索架设的安全、便捷准确，并更具经济性、适用性、环保性，有效的减少索股缠包带断带、散丝、断丝等质量事故，提高了主缆的施工质量和效率，达到线形精细化控制的目的。

【关键词】大跨度；悬索桥；主缆；先导索；施工技术

1引言

主缆是悬索桥重要的结构，其架设精度是成桥线形的关键，成桥后不可调整，其架设的质量对整个桥梁工程的使用影响较大。主缆丝股较多，架设受环境因素影响较大，作为构成桥梁悬索系统的永久性结构，其几何线形对结构受力有着较大影响，其安装质量标志着悬索桥的建造水平，直接影响悬索桥的设计与使用寿命，架设过程中施工及控制措较为关键[1-2]。

坝陵河大桥为一座主跨1088m的单跨双铰钢桁悬索桥，钢桁梁宽28m，高10m。全桥共2根主缆，主缆矢跨比为1：10.3，主缆间距28.0m。主缆为工厂预制的高强度镀锌平行钢丝索股（PPWS）组成，每根索股含91根钢丝，钢丝直径为5.2mm，中跨主缆的索股数量为208股/缆。大桥总体布置见图1。

2遥控飞艇牵引架设先导索技术

先导索是缆索工程中最先拉过的一根钢丝绳索，先导索架设是上部结构施工的第一步，是形成猫道承重索架设牵引系统的基础。针对坝陵河大桥所在地区的特点，采用的遥控飞艇牵引法架设先导索是世界首创的先导索空中牵引法。

该桥先导索分为四级架设，一级引绳由飞艇牵引到位，再通过3次转换对接和机械牵引，实现二～四级引绳的架设。架设采用镇宁岸放绳、关岭岸收绳的单循环放线方式。飞艇技术参数见表1。飞艇载重量较小，要求第1根先导索必须轻质高强，再逐级替换成较粗和抗拉力较大的绳索。

3大跨度主缆架设技术

坝陵河大桥西岸地势陡峭，主缆索股平均长度较大，非线性效应显著，受风、温度等环境因素影响较大，且架设过程存在索股易扭转、鼓丝、散丝等现象。因此，需结合主缆结构及桥址条件，对主缆架设技术进行研究，以保证索股保护层不被破坏、组成丝股的钢丝相互平行不扭转及主缆垂度达到较高精度。

3.1 主缆牵引施工

主缆索股牵引依靠牵引系统完成，主缆架设阶段采用门架式单线往复式牵引系统。牵引系统由两部分组成，第一部分为西锚碇锚块、东锚后锚面间牵引，为主牵引部分，采用两台25T卷扬机牵引；第二部分为放索支架于东锚后锚面间短距离的牵引，为辅助牵引部分，直接采用布置于锚块的卷扬机进行牵引。主缆牵引系统布置示意见图2，上、下游侧对称布置。

索股在中边跨运行过程中，被动卷扬机要提供一定的反张力，按正常牵引速度一根索股的牵引时间为120min-160min内，速度控制在20m/min-25m/min，通过塔顶时可以适当放缓速度，减小对门架的冲击，在后期可适当放缓牵引速度，并观察索股是否出现扭转、包扎带破损断裂，是否出现鼓丝等情况，及时纠正处理。

图2主缆牵引系统布置示意

3.2 被动放索工艺

根据国、内外已建成同类型悬索桥中主缆单元索股在放索中产生的不良现象，经过综合比较研究，该水平放索系统的研制采用油压制动的方式对放索盘进行辅助制动，使放出索股始终处于张紧状态。在高速放索情况下（ 已试验最高速为 65 m/min） 放索装置能在3s以内克服惯性。为了方便成圈索股的放置以及适应多种规格成圈内径的索股，整个放索盘或者索股托盘可以随着成圈索股的具体尺寸大小进行调整而不影响整个放索系统。水平放索装置的实施方法：

（1）放索速度和长度测试：在导向架上安装一个圆滚轮和水平的索股保持接触，保证放索时，通过索股和圆滚轮之间的摩擦力让圆滚轮跟着一起转，再通过检测圆滚轮转的速度和转动的圈数来计算放索的速度和长度。

（2）放索速度控制：在放索的牵引力满足速度的情况下，通过控制放索架底部刹车系统的摩擦力，从而控制放索的速度，通过调节使放索的速度更加平稳。调节刹车系统的摩擦力是通过控制变频器，变频器控制油压电机，从而调节放索盘的摩擦力。

（3）按设定阻力放索：根据放索架刹车系统油腔内部半径的大小和油压的最大值，可以计算出该刹车系统的最大摩擦力，即是最大的阻力（ 其他摩擦力忽略） ，操作人员可设置在此范围的阻力值，通过控制油压机的转速以此改变油压压力，从而达到按设定的阻力来控制放索速度。

（4）導向架高度自动调节：导向架支架上安装有 3 个轮子（ 上面一个，下面两个） ，导向架可以根据导向架左右两端索股的高度适当地调整，保证了放索过程稳定性。上滚轮正下方两侧分别安装两个测力传感器，可以测出当索股放在上面时的静态值，根据导向架两端索股高度的变化，两个传感器的受力之和就会发生变化，根据受力之和的变化来控制导向架的上升和下降。通过导向架最上端定滑轮上安装的一个旋转编码器可以计算出导向架升降的高度，综合考实际操作和安全可靠性，可设置自动和手动放索点动切换按钮。

图3 水平放索、垂直排线装置与实施

3.3 主缆调索施工技术

在主缆的架设中，线形的调整控制为最为关键环节，且主缆的线形又主要取决于基准索股的架设线形。为使已整形入鞍的索股达到设计线形，在夜间气温、风速比较稳定的时候对其进行垂度调整。调索包括基准索股的调整和其它索股的调整，一般情况下，在中跨和边跨跨中进行垂度调整，而在锚跨因长度较短，无法进行垂度的调整，通过预先设置于锚头处的千斤顶进行张拉力调整。基准索股调整完绝对垂度后，其它索股将根据相对于基准索的高差进行相对垂度调整。

索股调整的顺序为先中跨、后边跨、再锚跨。基本方法是将索股的特定标志点对准东塔主索鞍上相应的标志点，并固定。再调整索股在西塔主索鞍中的位置，直至中跨垂度符合设计要求，固定后再调整两边跨垂度，精度达到要求后，在散索鞍中固定，最后用千斤顶张拉调整两锚跨索股的张力。

基准索的调整选择在晴朗、无风、气温稳定的夜间进行，各跨测点间温差不大于2℃。调整方法：

（1）索股入鞍后，在一侧塔顶使索股标志与主索鞍中心线吻合固定，并确保调整过程中不出现滑移，以此将索股分为两个单元，分别进行调整。

（2）测量和调整顺序为先中跨、后边跨、再锚跨。基准索股是通过全站仪测试进行绝对垂度调整的，测量时应综合考虑塔和索股的温度、塔身偏位等因素的影响，得到调索前基准索各跨跨中中心线实际标高，根据调节比（无应力长度变化/跨中水平标高的变化）计算出各跨长度所需的调整值，然后通过塔顶处调整装置将索股向所调跨放回所需调整值，该操作分数次进行，直至跨中标高与设计标高误差控制在-20～+40mm内。

（3）基准索股调整完毕后，同时利用连通水管进行两侧基准索股的高差测量，将其高差控制在10mm以内。

4主缆架设精细化控制技术

综合考虑无应力索长、温度、跨度及塔顶标高变化影响，对主缆标高参数影响性分析，计算因素影响系数。选取主缆关键温度控制截面布温度传感器，结合实测温度、两塔竖向标高及偏位，提出主缆标高放样修正公式。

H放样=H设+△H温度+△H跨度+△H塔顶竖向位移

式中：H放样为主缆跨中实际放样标高，H设为设计塔顶标高；

△H温度为考虑放样实际温度对主缆跨中标高的修正值；

△H跨度为考虑塔偏导致跨度变化，跨度对主缆跨中标高的修正值；

△H塔顶竖向位移为温度变化导致塔顶竖向位移变化，塔顶竖向位移对主缆跨中标高的修正值；

4.1 主缆放样标高影响因素控制技术研究

无应力索长变化对各跨中标高影响较大，东边跨、中跨、西边跨的影响系数分别为8.5mm、2.1mm和8.7mm。温度变化变化对各跨中标高影响较大，东边跨、中跨、西边跨的影响系数平均值分别为28.5mm、28.7mm和27mm。跨度变化变化对各跨中标高影响较大，东边跨、中跨、西边跨的影响系数平均值分别为7.2、2.1和7.4。H温i （△H温i）变化对边跨跨中标高影响较大，中跨跨中标高影响较小。东边跨、中跨、西边跨的影响系数平均值分别为4.5、0.5和4.6。

图4无应力索长、温度变化对各跨中标高影响系数

图5 跨度变化及H温i （△H温i）对各跨跨中标高影响系数

4.2 主缆架设实施成果

基准索架设完成后，对3个观测周期内有效测量结果进行统计，取其均值作为基准索的调索精度参数，基准索股实测平均值与理论值的误差范围在-17mm至28mm之间，中跨上、下游基准索的实测相对标高差为6mm，基准索调成功，架设精度较高。

5 结语

坝陵河大桥主缆架设过程中，首次采用的遥控飞艇牵引法架设先导索，有效提高了架设工效、节约了成本、具有较高的可操作性及环保性，提出的水平放索、垂直排线工艺较好地防止以住主缆架设的病害发生，有效地提高大跨度悬索桥主缆的架设质量和施工进度，精细化控制技术较大程度地保证了主缆高精度架设，对同类工程施工与控制技术具有较大的借鉴意义。

参考文献：

[1] 何雨，陶路，彭旭民.坝陵河大桥桥面吊机过铰监控技术[J] .世界桥梁， 2011（1）27-30.

[2] 蔣永生，陶路，彭旭民.坝陵河大桥钢桁梁架设施工控制[J].世界桥梁，2010 （4）24-37.