大跨度悬索桥主缆线形施工控制研究

李　青

(山西省交通科学研究院　太原　030006)

大跨度悬索桥主缆线形施工控制研究

李青

(山西省交通科学研究院太原030006)

摘要主缆线形施工控制是悬索桥施工过程中极其重要的一环。为保证主缆线形精度要求，文中结合南溪长江大桥特点，从基准索股线形控制和一般索股线形控制2方面，分析研究主缆线形施工控制方法。用文中所述主缆线形施工控制方法，对南溪长江大桥主缆线形进行调整，经检测大桥线形良好，满足精度要求。

关键词悬索桥主缆线形基准索股一般索股

随着大跨度悬索桥设计、建造及施工技术的日渐成熟，对悬索桥主缆线形施工精度的要求亦不断提高，主缆线形控制的优劣是悬索桥最终成桥线形能否满足设计精度要求的一个重要环节[1-3]。

目前，就主缆线形施工控制问题，已有不少研究成果。谭红梅[4]为提高大跨度悬索桥基准索股的施工精度，提出基于悬链线理论的2种调索方法，并将2种方法及传统的抛物线调索公式法应用于珠江黄埔大桥的基准索股的调索计算中，最终取得了理想线形；薛光雄等[5]结合润扬长江公路大桥基准丝股线形在温度和跨度变化时的修正计算方法，提出了采用影响系数的办法来修正温度和跨度变化的影响，并取得了良好的效果；沈锐利[6]通过计算比较，阐述了悬索桥成桥线型的精确计算方法及2种近似计算方法的误差，介绍了悬索桥无应力长度、索鞍预偏量、索夹安装位置及各种施工工况下的主缆线型、索塔位移及内力等问题的分析方法；王戒躁等[7]以阳逻长江大桥为例，对大跨度悬索桥主缆主要参数的影响作了较为细致的分析，得出了大跨度悬索桥中对主缆跨中标志点影响较大的参数有温度、索股弹性模量、梁段重量及主缆水平力的结论。研究现有成果可知，目前对主缆施工主要围绕影响主缆架设精度的因素及其修正计算展开，而对主缆线形施工控制全过程研究则相对很少。基于此，本文结合南溪长江大桥特点，从基准索股线形控制和一般索股线形控制两方面，分析研究主缆线形施工控制方法，并利用文中所述主缆线形施工控制方法，对南溪长江大桥主缆线形进行调整。经检测，南溪长江大桥线形良好，满足精度要求，为同类悬索桥主缆线形施工控制提供了实例参考。

1工程概况

南溪长江大桥是现代化特大型钢箱梁悬索桥，主跨为820 m，主缆分跨为192 m+820 m+176 m，中跨为悬吊结构，跨中设置中央扣。矢跨比1/10；加劲梁高跨比为1/273，宽跨比为1/27.5；主缆横桥向间距29.1 m，吊索顺桥向标准间距为12.8 m。主缆在成桥状态下的垂跨比为1∶237.5，中跨1/10，南边跨 1∶217.6。主缆横桥向中心间距为29.1 m。

南溪长江大桥主缆采用预制平行钢丝束股(PPWS)。主缆索股共计182根，其中通常索股174根、背索索股8根，单根通长索股长度为1 305 m，重量为26.5 t。背索索股8根，南边跨背索长度为251 m，重量为5.1 t，北边跨背索长度为225 m，重量为4.6 t。每根索股由127根直径5.1 mm、抗拉强度为1 670 MPa的高强度镀锌钢丝组成。索股两端为热铸锚头，每束索股通过锚头用拉杆与锚固系统连接，形成主缆系统。

主缆在架设时竖向排成尖顶的近似六边形，紧缆后主缆为圆形。索夹内直径为590 mm(中跨)、602 mm(边跨)，索夹外直径为596 mm(中跨)、609 mm(边跨)。

桥型总体布置见图1。

图1　桥型总体布置图(单位：cm)

2主缆线形施工控制

主缆索股线形施工控制分为基准索股线形控制和一般索股线形控制。如图2主缆索股编号所示，其中1号索股为南溪长江大桥主缆基准索股，其余均为一般索股。通长索股架设顺序按编号从1～87号依次进行，为了便于索股垂度调整，工厂制索时，在索股上相应于散索鞍处、边跨跨中、主索鞍处、中跨跨中以及两端锚头附近共设置了9个标志点，做为索股垂度调整参考点，并作了特定标记。

a)主缆边跨安装截面b)主缆中跨安装截面

图2主缆索股编号

2.1　基准索股线形施工控制

主缆基准索股线形的控制，实质上是主缆线形的控制，也是基准索股垂度的控制。为保证基准索股线形，南溪长江大桥选取如图3所示索股垂度控制点，对索股垂度进行控制。

图3　基准索股绝对标高观测点示意图

(1) 控制原理及方法。考虑到温度对基准索股的影响，在进行基准索股调整施工前，对索股温度测试区域进行气温采集，找出温度场变化规律，确定索股调整时间段。南溪长江大桥索股温度的测量用接触式温度计，测点沿长度方向布置为：南北锚碇、边跨跨中、南北塔顶、1/4中跨、跨中、3/4中跨处共9个断面；沿断面方向布置为：索股上缘及下缘。索股温度稳定的条件是：长度方向索股的温差Δt≤2 ℃，主缆断面方向索股的温差Δt≤1 ℃。另外风力超过12 m/s(六级风)、雾太浓时不能对索股调整。

基准索股垂度控制具体操作原理及方法是：在索股跨中处悬挂反光棱镜，采用2台全站仪分别从不同方向同时观测，进行三角高程测量，计算索股跨中垂度，并与设计垂度进行比较，根据监控计算的垂度调整图表，算出索股移动调整的长度，并作跨度、温度修正。在索股垂度调整时，将索股的特定标志点对准北塔主索鞍上相应的标志点，并用千斤顶和木楔固定，以索股特定标志点为固定基准点调整各跨垂度。首先通过控制索股在南主索鞍鞍槽内的滑移(放松或收紧量)调整中跨索股垂度，符合要求后在南主索鞍鞍槽内固定。最后通过控制索股在南、北散索鞍鞍槽内的滑移量调整两边跨索股垂度，符合要求后在散索鞍鞍槽内固定。锚跨则利用千斤顶张拉索股张力进行调整，垂度调整完成后，作上标记，以便后续索股架设时检查有无滑移。

图4为基准索股测量示意图。

a) 基准索股垂度b) 基准索股垂度

控制原理 控制方法

图4基准索股测量示意图

在索股绝对垂度符合要求后，同时进行上、下游2根基准索股相对垂度调整，其相对垂度差不大于5 mm。采用2种不同测量方法进行测量，首先采用液体静力水准测量即连通管测量方法(直径大于20 mm)，在风小、夜间温度变化较小和索股稳定时，直接测量上下游索股间的相对高差，同时采用三角高程相对垂度测量方法实施监控。用2种测量方法进行测量，目的是便于相互验证、相互校核，从而确保索股的线形。

基准索股垂度调整好后，进行3 d稳定观测，确认索股线形完全符合稳定要求后，连续3 d对1号基准索股进行观测，对比1号基准索股各控制点实测标高与理论标高的差值，取3 d连续观测结果中基准索股实测标高与理论标高偏差值的算术平均值作为1号基准索股的偏差值。表1为1号基准索股连续观测值。

表1　1号基准索股连续观测表　mm

(2) 注意事项。索股调整前，在索股上做上标记，保证调整量准确无误；白天架设完的索股，垂度调整选择在温度相对稳定、风力不大的时间；索股调整时，用橡胶锤敲打索股以消除索股间的摩擦以方便调整；调整工作一般无法一次完成，因此，将调整量分成几份，逐次调整并观测索股移动量与垂度变化量，直至达到预定值。

2.2　一般索股线形施工控制

基准索股以外的索股为一般索股，一般索股是依据基准索股进行相对垂度调整。因南溪长江大桥跨径大，索股数量多，主缆粗，内外层索股温度相差大，必然引起已架上层索股挤压基准索股，导致基准索股线形发生变化，不能继续作为索股垂度调整的基准来进行后续索股的调整，这就必须另设基准索股，南溪大桥采用在日本明石大桥和润扬大桥成功实践的方法对索股垂度进行调整。

(1) 控制原理及方法。为保证一般索股调整时所用的基准索股始终处于自由漂浮状态，南溪长江大桥采用主缆各层外侧一根一般索股作为相对基准索股(2，4，7,…,58, …,87号为相对基准索股)，其垂度依靠1号基准索股进行传递，然后利用各层相对基准索股调整同一层一般索股和上一层相对基准索股的垂度，以达到主缆线形调整目的。为了消除调整误差的积累，每根相对基准索股的调整误差均进行传递，即调整下一根相对基准索股时，他们之间的理论相对垂度值中要减去当前相对索股的调整误差值，以确保每一根索股相对于1号索股的调整误差均为0～5 mm；当架设完一定数量索股后，用全站仪对相对基准索股进行绝对垂度的检测。

采用相对基准索股法对主缆一般索股垂度调整时，索股架设顺序按设计图纸上的编号逐根架设。计算各相对基准索股与1号索股的理论垂度值，测定相对基准索股与待调索股的温度(索股断面上4个面的温度平均值)并进行温度修正。采用游标卡尺按照相对基准索股与待调基准索股调整高差和待调一般索股调整高差测定索股垂度调整量。垂度调整通过主、散索鞍处索股放松或收紧，达到调整线形的目的。一般索股与基准索股高程误差在±10 mm。

(2) 注意事项。由于各索股之间距离偏小，若索股调整量过大，调整索股将压在下面索股上，得不到正确垂度数值；若压在基准索股上，也将引起基准索股垂度测量误差，故相对垂度调整，上下层索股应保持一种若即若离状态，方可保证垂度测量准确。

索股垂度测量方法见图5。

图5 索股垂度测量方法

2.3　索股调整顺序

通长索股垂度调整顺序是先中跨后边跨，边跨背索只调整跨中垂度，具体见图6。

图6　索股垂度调整顺序图

3主缆线形观测结果

索股垂度调整好后，进行锚碇索股张力调整，索股张力调整完成后，对主缆线形进行观测，索股(或主缆)线形测量局域网为索股垂度控制点，测量过程中，要求在气压稳定，风力较小时进行。测量结果如下。

(1) 南边跨跨中主缆中心上下游实测标高与理论修正标高的差值分别为10 mm，17 mm，均小于45 mm(指标值)，满足要求；南边跨跨中主缆中心上下游索股实测标高相对高差为7 mm，小于10 mm(指标值)，满足要求。

(2) 跨中主缆中心上下游实测标高与理论修正标高的差值分别为7 mm，8 mm，均小于20 mm(指标值)，满足要求；中跨跨中主缆中心上下游索股实测标高相对高差为1 mm，小于10 mm(指标值)，满足要求。

(3) 北边跨跨中主缆中心上下游实测标高与理论修正标高的差值分别为-14 mm，-14 mm，均小于45 mm(指标值)，满足要求；北边跨跨中主缆中心上下游索股实测标高相对高差为0，小于10 mm(指标值)，满足要求。

主缆线形良好，符合主缆架设的精度要求及标准。

4结语

主缆线形控制是悬索桥施工过程中极其重要的一环，主缆架设、调整施工中，基准索股线形直接影响主缆线形，为保证基准索股线形，本文结合南溪长江大桥特点，从基准索股线形控制和一般索股线形控制2方面，分析研究主缆线形施工控制方法，利用文中所述主缆线形施工控制方法，对南溪长江大桥主缆线形进行调整，经检测南溪长江大桥线形良好，满足精度要求。为同类悬索桥主缆线形施工控制提供参考。

参考文献

[1]叶志龙.悬索桥主缆架设误差影响分析及参数控制[D].成都：西南交通大学,2008.

[2]潘韬,杨德灿.悬索桥主缆成桥线形的迭代算法[J]. 交通科技,2008(5):3-5.

[3]孙艳丽.悬索桥施工监控过程中的几个问题探讨[J]. 山西交通科技,2013(5):59-61.

[4]谭红梅,袁帅华,肖汝诚.大跨度悬索桥的基准索股调整[J].中国铁道科学,2010(1):38-43.

[5]薛光雄,沈锐利,先正权,等.悬索桥基准丝股线形的确定与测控[J].桥梁建设，2004(4):4-6，24.

[6]沈锐利.悬索桥主缆系统设计及架设计算方法研究[J].土木工程学报,1996(2):3-9.

[7]王戒躁.钟继卫.大跨度悬索桥主缆线形主要参数的影响性分析[J].桥梁建设,2005(4):21-24.

Study of Main Cable Curve Construction

Control For Long Span Suspension Bridge

LiQing

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

Abstract：Construction control of main cable curve is extremely important during the construction of suspension bridge. To ensure the main cable curve accuracy requirements, this paper combined with the characteristics of Nanxi Yangtze River Bridge to analyze the method of construction control of main cable curve from two aspects: datum strand linear control, general strand linear control. Using the related construction control of main cable curve in this paper, we adjusted Nanxi Yangtze River Bridge main cable curve. Through test Nanxi Yangtze River Bridge main cable curve was good and met the accuracy requirements.

Key words:suspension bridge; main cable curve; datum strand; general strand

收稿日期：2015-05-11

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.005