復雜地形條件下纜索吊機設(shè)計探討

中鐵港航局集團橋梁分公司 廣州花都 510800

摘要：本文結(jié)合拉林鐵路藏木雅魯藏布江特大橋地形極為復雜的實際情況，對纜索吊機整體設(shè)計思路深入探討分析，從設(shè)計前調(diào)查、整體布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計細節(jié)等各個方面考慮，多次必選后得出最適用的布置方案，分析了纜索吊機設(shè)計中應該注意的問題，提出了可供設(shè)計參考的意見。

關(guān)鍵詞：深溝峽谷；復雜地形；鋼管拱橋；纜索吊機；架設(shè)施工

1、概述

近年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進，高速公路、鐵路和市政等各類橋梁工程大規(guī)模相繼建成，使我國的橋梁建設(shè)水平逐步進入世界領(lǐng)先水平。其中，有很多跨越峽谷、河流、深溝的橋梁，特別是拱橋，因自然環(huán)境惡劣，交通運輸不便，而大型吊裝施工等機械無法正常使用。由于纜索吊機具有跨度大，吊重大，效率高，結(jié)構(gòu)簡單，適應性強等特點，因此，成為了這類橋梁施工首選的機械吊裝設(shè)備。

2、工程概況

拉林鐵路藏木雅魯藏布江特大橋為中承式內(nèi)傾提籃鋼管混凝土拱橋，橋梁全長525.3m，主拱計算跨徑430m，矢高112m，矢跨比為1：3.84，采用懸鏈線拱軸線，拱軸系數(shù)2.1，采用內(nèi)傾角為4.59度的提籃拱結(jié)構(gòu)，拱肋拱頂處中心距為7m，拱腳中心距為25m；采用變桁高拱肋，拱頂和拱腳桁高分別為8.8m和15m，拱腳局部鋼管直徑1.8m，其余鋼管直徑1.6m，鋼管壁厚為24-52mm。

橋址位于雅魯藏布江峽谷內(nèi)，藏木水電站大壩上游約1.2km處，山高谷深，橋址水深達55m，河床下切較深，兩岸施工場地極為狹小，氣候極端惡劣，林芝岸有桑加公路，拉薩岸則無道路可前往，交通極為不便。

雅魯藏布江藏木特大橋效果圖

鋼管拱肋設(shè)計采用纜索吊機懸拼扣掛法進行架設(shè)，拱肋共分為56個吊裝節(jié)段（不含合攏段），節(jié)段最大重量約240t。由于拱肋設(shè)計為內(nèi)傾式提籃拱，提升到位后需在空中進行拱肋姿態(tài)調(diào)整，故采用4吊點進行提升吊裝；考慮到跨度、吊重均較大，且姿態(tài)調(diào)整時各吊點的不平衡吊重，故設(shè)計時采用2組150t的纜索吊機進行抬吊架設(shè)。

3、整體方案概述

由于橋位處于庫區(qū)深水區(qū)，附近場地極為狹小，缺少拱肋加工及預拼場地，若采用搭設(shè)水中鋼平臺作為拱肋加工及預拼場地方案的話，成本極大且施工難度也較大，安全風險較高，通過對現(xiàn)場實際考察，最終在橋位上游約7.5Km里處雅魯藏布江邊選了一塊較為寬闊平緩的地方作為拱肋加工及預拼場地，但是由于此處離橋位較遠，陸上運輸只能通過桑加公路，但從預拼場到橋位這段公路有好幾處要經(jīng)過隧道，隧道的尺寸遠遠不能滿足拱肋節(jié)段的運輸要求，故最終選擇用駁船從水上運輸至橋位進行吊裝架設(shè)的方案。

4、纜索吊機設(shè)計

4.1纜索吊機整體布置

由于兩岸地形受限，纜索吊機采用不對稱、不等邊跨、不等高塔架、同一側(cè)塔架使用高低腿的布置形式。為減少塔架用鋼量，節(jié)約成本，塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計為采用索塔、扣塔二塔合一的結(jié)構(gòu)。纜索吊機布置跨度為180m+610m+89m，設(shè)計額定起重量為300t，采用2X150t纜索吊機進行抬吊架設(shè)。階段吊裝時兩岸對稱進行，先上游、后下游，吊裝完上游第一節(jié)段后，主索橫移至下游進行吊裝，上下游交替進行吊裝作業(yè)，下游節(jié)段吊裝最多滯后上游2個節(jié)段。在塔頂及主索錨碇處均設(shè)有主索橫移系統(tǒng)。

下游側(cè)纜索吊機整體布置示意圖

上游側(cè)纜索吊機整體布置示意圖

林芝側(cè)拱座后方就是桑加公路，公路后方即為極為陡峻的山體，為不影響拱座開挖施工及桑加公路通行，故林芝側(cè)塔架只能布置在遠離橋臺的陡峻山體上（非工作區(qū)135m）。拉薩側(cè)由于無上山便道，若將塔架布置在山體較高處，則需增修上山便道，成本較高，且對山體破壞較大，另外考慮到本橋位于西藏高原高寒地區(qū)，生態(tài)極為脆弱，為減少對生態(tài)系統(tǒng)的破壞，綜合考慮后拉薩側(cè)塔架布置在橋臺處（非工作區(qū)45m），纜索吊設(shè)計跨度為610m，設(shè)計控制垂度為L/12。

林芝岸纜索吊機結(jié)構(gòu)布置及地形圖

拉薩岸纜索吊機結(jié)構(gòu)布置及地形圖

4.2纜索吊機結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.2.1索系統(tǒng)

全橋兩組主索組成一套吊裝系統(tǒng)，每組主索采用12φ60鋼芯鋼絲繩，并有相應2φ28纖維芯起重索（配12t卷揚機，走12），2φ32纖維芯牽引索（配15t卷揚機，走4）等與之配套。整套系統(tǒng)共4個吊鉤，以便于在空中進行拱肋姿態(tài)調(diào)整。纜風索采用φ15.24鋼絞線。

4.2.2塔架系統(tǒng)

拉薩岸和林芝岸上游側(cè)塔架均采用吊塔與扣塔二塔合一的結(jié)構(gòu)形式，吊塔與扣塔間用鉸進行連接，林芝岸下游側(cè)無扣塔，吊塔直接立于基礎(chǔ)上，吊塔與基礎(chǔ)用鉸進行連接。拉薩側(cè)上游塔架總高度155m（吊塔高21m，扣塔高134m），下游塔架總高度149.5m（吊塔高21m，扣塔高128.5m），林芝側(cè)上游塔架總高度55m（吊塔高21m，扣塔高34m），下游塔架總高度21m，無扣塔。

拉薩側(cè)塔架結(jié)構(gòu)示意圖

林芝側(cè)塔架結(jié)構(gòu)示意圖

4.2.3扣錨索系統(tǒng)

拉薩側(cè)扣塔鋼管柱上部設(shè)兩層張拉平臺，下平臺為第一到第七號拱肋節(jié)段的扣錨索張拉平臺，上平臺為第八到第十三號拱肋節(jié)段的扣錨索張拉平臺，錨索分三層用巖錨錨于山體上。

林芝岸受地形限制，下游側(cè)無扣塔，僅設(shè)有扣索，扣索錨固點分兩層，第四到第十三號拱肋節(jié)段扣索錨固點設(shè)于塔架基礎(chǔ)上，第一到第三號拱肋節(jié)段扣索錨固點設(shè)于山體上。上游側(cè)設(shè)有扣塔，扣塔鋼管柱上部設(shè)置一層扣錨索張拉平臺，作為第八到第十三號拱肋節(jié)段的扣錨索張拉平臺。錨索錨固于樁基錨碇上。第一到第七號拱肋節(jié)段扣索直接用巖錨錨固于山體上。

拉薩側(cè)扣錨索系統(tǒng)布置示意圖

林芝側(cè)下游扣錨索系統(tǒng)布置示意圖

林芝側(cè)上游扣錨索系統(tǒng)布置示意圖

4.2.4錨碇及基礎(chǔ)

主索系統(tǒng)錨碇及塔架基礎(chǔ)均使用樁基錨的結(jié)構(gòu)形式，主索在錨碇處橫移機構(gòu)采用輪軌式橫移系統(tǒng)。由于受地形限制，兩岸上下游塔架基礎(chǔ)均為不等高設(shè)計，特別是林芝岸上下游塔架基礎(chǔ)底面高差達26m。兩岸塔架基礎(chǔ)均使用樁基承臺結(jié)構(gòu)形式。樁基礎(chǔ)均采用直徑2m的鋼筋混凝土圓樁。由于林芝岸橫橋向地形高差非常大，為減少基礎(chǔ)開挖量，承臺設(shè)計成高樁承臺。

5、結(jié)語

藏木雅魯藏布江特大橋位于西藏自治區(qū)加查縣桑加峽谷內(nèi)，藏木水電站大壩上游約1.2km處，屬于高原高寒地區(qū)，且峽谷下切較深，兩岸地形復雜，施工產(chǎn)地極為狹小，轉(zhuǎn)體及支架法施工均無條件，只能采用纜索吊機懸拼扣掛法進行拱肋吊裝施工。針對橋位復雜的地理條件和特定的地形地貌，綜合考慮方案的安全性、經(jīng)濟性、適用性，以及水保、環(huán)保等各方面需求，制定了本方案。在特定的邊界條件下，產(chǎn)生了本方案特殊的結(jié)構(gòu)布置，方案結(jié)構(gòu)受力計算較為復雜。與以往較為常規(guī)的纜索吊機方案相比，本設(shè)計方案有以下幾個顯著特點：

（1）兩岸塔架布置不對稱；（2）兩岸塔架不等高；（3）兩岸邊跨不對稱；（4）索塔、扣塔二塔合一；（5）同一側(cè)塔架基礎(chǔ)不等高；（6）上、下游拱肋僅設(shè)一套吊裝系統(tǒng)，需在主索錨碇及塔架進行大橫移。以上特點導致了本方案計算較為復雜，大大增加了設(shè)計計算工作量。

本方案為高原高寒地區(qū)復雜地形條件下鋼管拱橋的施工做出了一些探索，具有一定的推廣和借鑒意義。

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