悬索桥牵引系统设计及施工技术应用.pdf

-99-第7 期悬索桥牵引系统设计及施工技术应用刘安金，廖金贵，彭先振，熊佳雯（柳州欧维姆工程有限公司，广西 柳州 545006）【摘要】随着悬索桥跨度在不断地刷新记录，主缆索股数量多，猫道承重索长，这就要求猫道架设及主缆架设牵引系统能够提供足够大的牵引力，运行速度快且系统稳定，为悬索桥上部结构施工提供动力源。牵引系统对于悬索桥而言尤为重要，论文结合襄阳庞公大桥项目，系统地介绍三塔地锚式悬索桥牵引系统的设计及施工技术，成功解决了多塔大跨度悬索桥对牵引系统的高要求难题，为同类型项目提供技术支持。【关键词】悬索桥；牵引系统；快速卷扬机；拽拉器；导轮组；牵引绳【中图分类号】U445.4【文献标志码】A【文章编号】16713702（2023）070099040引言悬索桥因其柔美的线型和出色的跨越能力，受到工程界的青睐。目前国内悬索桥已建成杨泗港大桥主跨 1 700 m，在建张靖皋长江大桥主跨 2 300 m，五峰山长江大桥单根主缆索股数量已达到 352 股。大跨度悬索桥猫道承重绳使用 10 根甚至 12 根60 镀锌钢丝绳。因此，合理设计、安装牵引系统是悬索桥上部结构施工的重要组成部分 1。1工程概况庞公大桥位于襄阳市，连接樊城与襄城，横跨汉作者简介：刘安金，男，高级工程师，研究方向为预应力相关产品施工技术服务。Design and Construction Technology Application of Traction System in Suspension Bridge LIU Anjin，LIAO Jingui，PENG Xianzhen，XIONG Jiawen（Liuzhou OVM Engineering Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545006，China）Abstract：As the suspension bridge span continues to set new records，the number of main cable strands and the length of the catwalk load-bearing cable require that the catwalk erection and the main cable erection traction system provide sufficient traction，speed and stability of the system，to power the construction of the suspension bridge superstructure.Traction system is particularly important for suspension bridges.This paper introduces systematically the design and construction technology of traction system for three-tower ground-anchored suspension bridges in combination with the Panggong Bridge Project in Xiangyang，it has successfully solved the problem of high demand for traction system of multi-tower long-span suspension bridge，and provided technical support for similar projects.Keywords：suspension bridge；traction system；fast windlass；puller；guide pulley system；traction rope江，是汉江首座、世界上第四座三塔式悬索桥。跨江主桥为三塔双跨地锚式钢桁结合梁悬索桥，主缆跨度为95+378+378+158 m2。两条主缆中心距 35.5 m，桥面全宽 34.5 m。主塔为钢与混凝土结合门型框架结构，边塔塔高 61.9 m，中塔塔高 69.8 m。锚碇均按照重力式锚碇设计，樊城侧锚碇为分离式基础，襄城侧锚碇基础采用“”形地下连续墙基础。全桥主缆共两根，采用预制平行钢丝索股（PPWS）法形成，每根主缆有 61 股，每股由 127 丝直径为 5.2 mm 的镀锌铝合金高强钢丝组成。单根索股无应力长约 1 075.0 m，重约 22.8 t，全桥主缆钢丝共重 2 776 t，主缆索夹外直径512 mm。庞公大桥主跨为 2378 m，猫道横桥向与主缆轴线呈对称布置。猫道结构采用四跨连续的无抗风缆体ase Analysis案例分析C2023年第41卷第7期-100-工程质量第41卷ase Analysis案例分析C系，在上、下游对应于主缆中心线下方各设一道猫道。每侧猫道对称主缆轴线布置 8 根猫道承重索、4 根扶手索和 2 根猫道门架承重索。猫道单幅设计宽度为 4 m，猫道承重索距主缆中心 1.5 m，扶手索距猫道承重索1.2 m，门架承重索距猫道承重索垂直距离 6.0 m。2牵引系统牵引系统分为两个阶段：猫道架设阶段的牵引系统和主缆架设阶段的牵引系统。猫道架设阶段采用单线往复式牵引系统3，主缆架设阶段采用单线门架往复式牵引系统。往复式牵引系统是把牵引绳直接卷在卷扬机上，牵引力容易实现及控制，大跨度的悬索桥主缆架设需要较大的牵引力时适合采用大吨位卷扬机往复式牵引系统4。2.1牵引系统主要构件牵引系统主要由主牵引樊城侧锚碇 2 台 JK 20 t 卷扬机、副牵引襄城侧锚碇 2 台 JK20t 卷扬、牵引绳、拽拉器、塔顶门架导轮组，散索鞍门架导轮组、猫道门架导轮组5（在主缆架设牵引系统使用，60 m 布置一套），导向支架及导向轮等主要构件组成如表 1 所示。拽拉器空载或牵引时通过增加配重块实现自平衡，保证在牵引猫道承重索或索股架设时能顺利快速通过塔锚门架上的导轮组。襄城侧牵引卷扬机布置在锚碇横桥向中，牵引索跨过锚碇后，需转向 90 角后，进入襄城侧卷扬机时，线形发生变化，故在襄城侧锚碇后设置转向支架及转向轮装置。樊城侧牵引卷扬机布置在与主缆中心线平行的顺桥向上，牵引索跨过锚碇后，穿过下压导轮，进入 20 t 卷扬机内。2.1.1牵引绳牵引绳采用28 的镀锌钢丝绳（636WS+IWR-1 960 MPa），共分为两段（1#、2#索），中间由拽拉器相连。索引索长度由主缆长度、卷扬机位置及卷扬机缠绕长度决定，1#、2#索均为 1 400 m。2.1.2拽拉器拽拉器（见图 1）是门架式牵引系统中十分重要的部件，起连接主副牵引绳，架设猫道索及索股的作用。拽拉器主要由楔形接头连接架、前后梭管、前后联杆、平衡配重等组成。2.1.3塔锚门架导轮组在整个牵引范围内，牵引索将通过边塔、中塔、锚碇 5 个（单侧）较大转点位置，必须设置缓和的导轮组使拽拉器顺利通过，同时保证牵引钢丝绳在整个牵引过程中的使用寿命，防止在弯拉高应力下的过早破坏。猫道门架导轮组（见图 2）和塔顶门架导轮组（见图 3）由导轮架、下导轮及上压轮等组成，上压轮设置弹簧缓冲装置，使上压轮和下导轮能保持弹性接触，保证牵引绳运行过程中不脱槽，拽拉器能顺利通过。2.2猫道架设牵引系统初期牵引系统用于猫道承重索、猫道门架承重索 6，猫道栏杆绳和扶手绳、猫道面层等牵引架设工作。主索鞍安装完毕后进行牵引系统架设，安装散索鞍支墩及塔顶门架上导轮组，此时牵引系统布置在主缆中心线上，为单线往复式牵引系统，樊城岸布设两台 20 t 主牵引卷扬机，襄城岸布设两台 20 t 副牵引卷扬机。其牵引系统钢丝绳支承于塔顶门架和散索鞍支墩门架的导轮组之图 1拽拉器结构图（单位：mm）表 1牵引系统主要构件组成表序号名称数量安装部位说明120 t 快速卷扬机2 台樊城岸主牵引220 t 快速卷扬机2 台襄城岸副牵引328 mm 牵引绳1 400 m4 根主副牵引卷扬机4拽拉器2 套连接主副牵引绳5转向轮10 套锚碇转向轮支架6塔顶门架导轮组6 套塔顶门架7猫道门架导轮组38 套猫道门架、散索鞍门架图 2猫道门架导轮组图 3塔顶门架导轮组-101-第7 期中。架设猫道承重系统时，应适当控制牵引系统和被牵引索反拉力，确保中跨通航净空。2.3主缆架设牵引系统主缆架设期间牵引系统方案是副牵引卷扬机与放索机构安装于襄城岸，主牵引放于樊城岸，索股从襄城岸牵往樊城岸。根据现场实际地形条件，牵引索通过两岸转向滑轮经拽拉器与主、副卷扬机连接。待猫道架设完毕后，将塔顶门架导轮组和散索鞍门架导轮组向外侧预偏 0.9 m，安装猫道门架导轮组并把牵引绳支承在导轮组上形成主缆架设牵引系统。在猫道、塔顶和锚碇上安装索股滚筒，便可实现主缆索股牵引架设（见图 4）。3牵引系统安装3.1先导索架设根据工程进度，在主索鞍吊装完成后安装塔顶平台后安排先导索过江。因桥区每天都有通行的船只，封锁航道时间不宜过长。牵引索过江采用“分段牵引，中塔对接”法，即樊城岸先导索用拖轮拖至中塔塔底与中塔钢丝绳对接，襄城岸与中塔利用栈桥展索对接，后提升至通航标高。先导索采用三塔塔顶 10 t 卷扬机24 钢丝绳。1）在三塔塔顶卷扬机分别卷入先导索，经塔顶转向轮下放至塔底，樊城岸由人工牵引至江边，准备与拖轮连接。2）对航道实行封航，拖轮、驳船、指挥船到达指定位置就位。3）利用拖轮牵引樊城岸先导索至中塔，此过程中樊城侧 10 t 牵引卷扬机对牵引索施以适当反力提升牵引索，保持牵引索一定垂度。4）樊城牵引索至中塔牵引索卡紧连接，襄城岸利用栈桥展索至中塔与中塔牵引索卡紧连接，采用启动塔顶 10 t 卷扬机，提升牵引索调整垂度至允许通航高度，即形成第一条跨江绳。5）启动三塔塔顶卷扬机，樊城岸、襄城 10 t 卷扬机收牵引索，中塔 10 t 卷扬机放牵引索，待两根牵引索连接位置牵引分别至两岸塔顶后，临时锚固牵引索。解除封航。3.2猫道架设牵引系统形成及运行1）襄城岸、樊城岸将28 钢丝绳分别从 20 t 卷扬机上牵引至塔顶等待。2）襄城岸、樊城岸28 钢丝绳牵引至塔顶分别与已牵引好的先导索24 钢丝绳绳头连接，启动中塔塔顶10 t 卷扬机收绳，襄城岸、樊城岸锚碇主副牵引卷扬机放绳，牵引28 钢丝绳至中塔。3）牵引过程中，襄城岸、樊城岸主副牵引卷扬机施加适当反力，防止28 钢丝绳反弹，并随时观察调整牵引索垂度，保证通航高度7。4）28 钢丝绳至中塔塔顶后临时锚固，采用拽拉器与将主副牵引绳28 钢丝绳连接，拽拉器方向为襄城岸至樊城岸，以满足猫道索由襄城岸往樊城岸放索的要求。解除临时锚固索，用于猫道架设的单线往复式初期牵引系统形成。猫道架设系统完成后利用牵引系统先分别架设图 4单线往复式牵引系统布置图 13 000（单位：mm）刘安金等：悬索桥牵引系统设计及施工技术应用-102-工程质量第41卷ase Analysis案例分析C32 猫道承重索（见图 5），待架设完绳索线型调整至满足设计要求时，安装猫道承重索变位钢架、下拉装置和铺设猫道面网。猫道面网安装采用塔顶下滑和人工铺设方式，当面网依靠自重不能下滑时，利用牵引系统拽拉器牵拉面网下滑，直至跨中合龙，面网铺装完毕。猫道面网铺设完成后利用牵引系统架设20、16 猫道扶手索，随后安装侧网。全部猫道网片安装完成后，再次利用牵引系统架设32 猫道门架承重索，将整个猫道门架安装到位，最后安装电力设施以及安全防护设施等。3.3主缆架设牵引系统形成及运行猫道架设完成，安装猫道门架及猫道门架导轮组，将主副牵引绳置入猫道门架导轮组中，将塔顶门架导轮组和散索鞍门架导轮组向外侧平移 0.9 m，形成主缆架设牵引系统。调试牵引系统完善后可进入主缆架设工作。将主缆索股放索机构放在襄城岸锚碇后侧，利用 75 t 履带吊将索股放入放索机构内。将前端锚头从放索机构上放出与拽拉器连接牢固。放索时启动主副牵引卷扬机运行牵引系统，沿边跨、中跨猫道上将索股牵引放出（见图 6）。放索过程中应有锚头指挥员跟随拽拉器图 5猫道承重索架设图和索股锚头向前牵引，随时指挥调整主副卷扬机牵引速度，保障索股锚头以合适高度快速运行。在整个牵引过程中要求正常牵引时速度控制在20 m/min，当通过塔顶导轮组时可以适当减缓速度，减小对导轮组的冲击。当索股前锚头接近樊城岸锚碇时，利用 75 t 履带吊将后锚头从放索机构脱出，继续牵引索股。牵引至前锚面，利用 25 t 汽车吊辅助，解除索股锚头与拽拉器的连接，将锚头缓慢放入对应锚杆中。待索股主散索鞍提索、横移、整形、入鞍后，利用卷扬机配合，将索股两端的锚头与锚杆连接，临时进行锚固，后利用小型千斤顶张拉调整大致线型。等到晚上测量调索完成后，最终固定。牵引完成一根索股后，将拽拉器牵引回襄城侧，继续下一根索股牵引工作。重复以上步骤按序号牵引架设一般索股，直至全部 122 根索股牵引架设完成。4结语悬索桥牵引系统的设计、安装质量和运行效率决定着猫道架设、主缆架设的成败与否。根据桥型特点设计牵引系统，依靠拽拉器与各导轮组的快速通过能力，再配上快速大吨位卷扬机，不仅提高了猫道架设、主缆架设的质量和效率，而且节约了工期和成本，并降低了安全风险。通过庞公大桥项目的成功实践，可为大跨度悬索桥牵引系统设计及施工提供参考与借鉴。Q参考文献 1 常大宝.泰州长江公路大桥主缆架设施工关键技术J.公路，2012，57（3）：6265.2李阳，王野，黄健伟.悬索桥施工过程主塔受力及定位研究J.交通科技，2019，45（2）：2022，26.3张晖，徐永明，李志鹏.大跨径悬索桥猫道架设牵引系统施工技术 J.铁道建筑技术，2020，58（8）：112115.4周畅.润扬大桥悬索桥主缆架设牵引系统D.上海：同济大学，2006.5张永福.悬索桥长距离主缆架设系统研究D.扬州：扬州大学，2010.6屈加林，毛超军，靖振帅.驸马长江大桥猫道承重索架设双吊环法施工技术 J.施工技术，2017，46（22）：2225.7广东省长大公路工程有限公司.先导索过江与牵引体系一体化的施工方法：CN201210242244.1 P.20121010.图 6主缆索股架设图