獨(dú)塔單跨地錨式懸索橋復(fù)合索鞍吊裝施工技術(shù)

李明歡

(中鐵大橋局集團(tuán)第八工程有限公司，重慶 400020)

虎跳峽金沙江特大橋是香麗高速公路項(xiàng)目的關(guān)鍵控制性工程，位于虎跳峽景區(qū)內(nèi)，在虎跳峽上游跨越金沙江，橋面距江面260 m。主橋?yàn)橹骺?66 m的懸索橋，主纜孔跨布置766 m+160 m，為當(dāng)今世界上跨度最大的獨(dú)塔單跨地錨式鋼桁梁懸索橋。該橋僅麗江岸設(shè)置索塔，為鋼筋混凝土門型塔；麗江岸為重力錨，香格里拉岸為隧道錨[1]；主纜橫向布置2根，橫橋向中心間距為26 m，矢跨比1/10；鋼桁梁全長(zhǎng)671 m；麗江岸引橋?yàn)?×(3×41 m)結(jié)構(gòu)連續(xù)鋼混組合梁橋，全橋總長(zhǎng)1 017 m?；⑻鴯{金沙江大橋橋型總體布置如圖1所示。

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大橋采用獨(dú)塔結(jié)構(gòu)，充分利用香格里拉岸山體陡峭的地形，將主纜通過集主索鞍和散索鞍于一體的滾軸式復(fù)合索鞍轉(zhuǎn)向散索后錨于隧道錨中，減少了香格里拉岸陡峭岸坡上的索塔和邊跨[2]，既節(jié)省了工程造價(jià)，又不破壞香格里拉的植被，符合建設(shè)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保綠色公路的要求[3]。

滾軸式復(fù)合索鞍主要由錨跨側(cè)鞍體、中跨側(cè)鞍體、上承板、滾軸系統(tǒng)、下承板及格柵、擋塊等構(gòu)件組成，單件總重210.8 t，如圖2所示。復(fù)合索鞍鞍體同常規(guī)主索鞍一樣采用鑄焊組合結(jié)構(gòu)[4]，單個(gè)重87.5 t，為減輕吊裝重量，將鞍體分為兩半加工制造，吊至支墩頂用高強(qiáng)螺栓拼接，單次最大吊重44 t，尺寸5.46 m×3.7 m×2.404 m；上承板重19 t，尺寸5.46 m×3.72 m×0.012 m；滾軸系統(tǒng)總重50 t，由框架、26根滾輪、導(dǎo)向平鍵及聯(lián)板等在工廠組裝成一體，尺寸5.46 m×3.7 m×0.4 m；下承板重21 t，尺寸6.28 m×4.66 m×0.008 m；格柵單重28 t，尺寸7.06 m×4.66 m×0.5 m。該索鞍同時(shí)具備轉(zhuǎn)索和散索功能，在國(guó)內(nèi)外大跨度懸索橋里尚屬首次使用。

圖2 復(fù)合索鞍組成

1 復(fù)合索鞍吊裝總體施工方案

復(fù)合索鞍運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后，按照安裝先后順序，依次安裝格柵、下承板、滾軸系統(tǒng)、上承板、鞍體等，主要采用“纜索吊裝+滑移支架橫移+支墩門架縱移及豎向起吊”的方式進(jìn)行吊裝。復(fù)合索鞍吊裝總體施工步驟為：

1)采用纜索吊機(jī)依次將復(fù)合索鞍各構(gòu)件吊裝至支墩基礎(chǔ)上的滑移支架上；

2)通過滑移支架上的重物移位器將構(gòu)件橫移至支墩門架的正下方；

3)通過支墩門架上的起重裝置將構(gòu)件提升高出支墩頂50 cm，再滑移至構(gòu)件安裝位置的正上方，之后通過起重裝置下落至安裝位置；

4)將2個(gè)半鞍體用高強(qiáng)度螺栓連接并預(yù)偏到位。

2 復(fù)合索鞍吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 纜索吊裝方案

復(fù)合索鞍構(gòu)件重量大、尺寸寬，大都屬于超重超寬構(gòu)件，運(yùn)輸車輛一般選用平板掛車，運(yùn)輸中對(duì)道路要求高，最小拐彎半徑不小于18 m。大橋穿越金沙江深切峽谷，香格里拉岸山勢(shì)陡峭，平均自然坡度約60°，局部懸崖甚至倒崖，坡面坡崩積覆蓋層主要為碎石角礫土，局部區(qū)域存在巖堆體及破碎危巖。大橋的關(guān)鍵控制性工程隧道錨位于香格里拉岸山坡上，且山坡正下方為虎跳峽景區(qū)旅游公路。由于地形、地質(zhì)及環(huán)保要求，隧道錨進(jìn)場(chǎng)施工便道采用“之”字形以減緩坡度，但坡比仍高達(dá)17%，最小拐彎半徑僅為6 m，復(fù)合索鞍各構(gòu)件均無(wú)法采用常規(guī)的汽車運(yùn)輸通過既有施工便道轉(zhuǎn)運(yùn)至隧道錨。為此，提出采用纜索吊機(jī)吊裝復(fù)合索鞍的方案。

2.1.1 纜索吊機(jī)系統(tǒng)

在復(fù)合索鞍吊裝前，提前將纜索吊機(jī)安裝完成。纜索吊主索分為上下游2組，中心距為33.9 m，每組最大額定吊重65 t，前期用于吊裝復(fù)合索鞍，后期主要用于吊裝鋼桁梁節(jié)段(最大重量103 t)。因左右岸地形差異及上、下游纜索吊機(jī)主索跨度不同，其具體布置為：上游，0 m(香格里拉岸)+797 m(主跨)+138 m(麗江岸)；下游，0 m(香格里拉岸)+801 m(主跨)+138 m(麗江岸)。纜索吊機(jī)總體布置如圖3所示。

單位：cm

1)組成

纜索吊主要由纜索系統(tǒng)、跑車、塔架、錨固等系統(tǒng)及電機(jī)設(shè)備組成[5]。

(1)纜索系統(tǒng)：由主索、牽引索、起重索等組成，各設(shè)2組。每組主索選用6-Φ56 mm麻芯鋼絲繩，香格里拉岸無(wú)塔架，直接錨固在隧道錨上方的巖錨錨梁處，主索經(jīng)過麗江岸索塔兩側(cè)的塔架到達(dá)邊跨錨固在重力錨上。纜索吊機(jī)工作狀態(tài)單根主索最大垂度68 m，最大矢跨比1/11.78。每組牽引索走4布置，選用Φ28 mm的麻芯鋼絲繩，配15 t摩擦式雙向牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)。每根起重索起重段走8布置，選用Φ30 mm的麻芯鋼絲繩，配15 t起重卷?yè)P(yáng)機(jī)。

(2)跑車：纜索吊跑車共設(shè)2臺(tái)，每組主索上各設(shè)1臺(tái)，雙向牽引，每套跑車設(shè)起重索1根。跑車選用上掛架與走行架一體式，起吊小車牽引速度5 m/min，吊點(diǎn)起升速度3 m/min～6 m/min。

(3)塔架：纜索吊塔架設(shè)在麗江岸主塔頂兩側(cè)，上下游共2座，塔架高9.68 m，通過型鋼牛腿與主橋索塔連接，采用HW414×405型鋼作立柱，連接系采用角鋼、工字鋼等型鋼。

(4)錨固：香格里拉岸巖錨錨固采用預(yù)應(yīng)力錨索，其型號(hào)為9Φs15.24 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，每束預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)張拉力為100 t；巖錨與主索、牽引索之間采用型鋼分配梁連接。麗江岸的錨固采用預(yù)埋件結(jié)構(gòu)，直接錨固在重力錨基礎(chǔ)上。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖錨錨固狀態(tài)，在錨具與分配梁之間安裝有錨索應(yīng)力計(jì)。

2)試驗(yàn)

復(fù)合索鞍正式起吊前，纜索吊機(jī)需進(jìn)行以下試驗(yàn)：空載試驗(yàn)，50%、100%、110%設(shè)計(jì)荷載的靜載及動(dòng)載試吊以及125%設(shè)計(jì)荷載的靜載試吊[6]。

2.1.2 復(fù)合索鞍各構(gòu)件纜索吊裝

復(fù)合索鞍起吊平臺(tái)設(shè)置在大橋正下方麗江岸江邊公路上，與隧道錨處復(fù)合索鞍安裝位置水平距離約465 m、垂直距離約340 m。吊裝步驟如下：1)復(fù)合索鞍出廠后，直接用平板掛車運(yùn)輸至起吊平臺(tái)位置起吊點(diǎn)下方；2)吊裝前，將纜索吊吊具下放至距待吊構(gòu)件一定高度，按照從下到上的安裝順序，依次吊裝格柵、下承板、滾軸系統(tǒng)、上承板、錨跨側(cè)半鞍體及中跨側(cè)半鞍體等構(gòu)件；3)吊裝時(shí)檢查纜索吊系統(tǒng)及吊具、吊耳等，確認(rèn)一切正常之后，緩慢啟動(dòng)起重卷?yè)P(yáng)機(jī)；4)提升過程中保持4個(gè)吊點(diǎn)基本水平，當(dāng)提升約50 cm時(shí)，暫停提升、保持靜止約10 min，再次檢查纜索吊系統(tǒng)和吊具、吊耳等，確認(rèn)一切正常后繼續(xù)起吊；5)待提升至一定高度后，通過牽引卷?yè)P(yáng)機(jī)緩慢調(diào)整復(fù)合索鞍構(gòu)件里程位置；6)吊裝到位后松開起吊系統(tǒng)，即完成一構(gòu)件的纜索吊裝。

2.2 滑移支架橫移吊裝方案

上下游纜索吊中心距為33.9 m，大橋主纜橫橋向中心距為26 m，復(fù)合索鞍各構(gòu)件纜索吊裝到位后，與安裝位置水平距離尚有3.95 m、垂直距離約18 m。若采用常規(guī)的“蕩移法”[7-8]將復(fù)合索鞍水平方向吊裝到位，則吊裝滾軸系統(tǒng)時(shí)需要施加約11 t橫橋向水平力，纜索吊起重鋼絲繩橫橋向豎向夾角約12.4°，如圖4所示，這超過了相關(guān)規(guī)范中鋼絲繩繞出滑輪槽時(shí)允許偏斜角不大于5°的要求[9]，易引起鋼絲繩與滑輪槽摩擦、易導(dǎo)致鋼絲繩及輪槽磨損，甚至造成跳槽現(xiàn)象；且滾軸系統(tǒng)是在工廠內(nèi)組裝成型的精密構(gòu)件，若采用“蕩移法”易引起滾軸系統(tǒng)框架變形。為此，提出采用滑移支架橫移纜索吊裝后的復(fù)合索鞍各構(gòu)件的方案。

(a)索鞍吊裝側(cè)立面

纜索吊裝索鞍構(gòu)件牽引到位后，將構(gòu)件垂直下落放置在復(fù)合索鞍支墩基礎(chǔ)滑移支架上的平移小車上，平移小車下方放置重物移位器，利用手拉葫蘆拽拉平移小車將復(fù)合索鞍各構(gòu)件平移至支墩門架的正下方。

2.3 錨洞內(nèi)有限空間大噸位索鞍起吊施工技術(shù)

本項(xiàng)目位于香格里拉虎跳峽景區(qū)內(nèi)，前期施工時(shí)為避免大型開挖對(duì)山體的破壞，隧道錨洞口開挖量較少，導(dǎo)致復(fù)合索鞍鞍體安裝位置大部分位于隧道錨錨洞內(nèi)，且索鞍頂距錨洞拱頂最大距離僅3.3 m，如圖4所示，起吊空間非常有限。常規(guī)索鞍安裝一般采用大型吊車、連續(xù)千斤頂或索鞍門架頂卷?yè)P(yáng)機(jī)直接提升吊裝[10-11]。若采用大型吊車直接吊裝，則因復(fù)合索鞍鞍體位于洞內(nèi)，無(wú)法直接吊裝到位；若采用索鞍門架頂卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝，則因卷?yè)P(yáng)機(jī)及其起重滑車組起吊空間不足而無(wú)法實(shí)施。因此，提出用“千斤頂+精軋螺紋鋼吊桿+型鋼吊具”組成“組合吊具”的形式進(jìn)行吊裝[12]。吊具通過千斤頂?shù)纳担跹b重物起升或下落，復(fù)合索鞍構(gòu)件通過扁鋼短吊帶直接與吊具下的吊耳連接，如圖5所示。

(a)立面布置

先將復(fù)合索鞍利用支墩門架上的“組合吊具”豎向提升一定距離，通過組合吊具下方的重物移位器縱向移動(dòng)至安裝位置的正上方，再用千斤頂同步下放精軋螺紋鋼筋及型鋼吊具，依次將復(fù)合索鞍各構(gòu)件緩慢下放至安裝位置；若水平位置稍有偏差，可采用手拉葫蘆進(jìn)行局部調(diào)整。

2.4 復(fù)合索鞍預(yù)偏

1)鞍體安裝時(shí)將上承板置于設(shè)計(jì)位置，先不設(shè)置預(yù)偏；2)鞍體安裝完成后，將2個(gè)半鞍體用高強(qiáng)度螺栓緊固，然后用手拉葫蘆將鞍頭與上承板部分帶動(dòng)滾子向邊跨側(cè)移動(dòng)至設(shè)計(jì)預(yù)偏量位置，同時(shí)須檢查滾軸系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)性；3)后期在架設(shè)主纜、鋼桁梁安裝及橋面系施工過程中，常規(guī)主索鞍需采用大噸位千斤頂分階段進(jìn)行頂推[13-15]，而滾軸式復(fù)合索鞍滾軸會(huì)自動(dòng)慢慢回到設(shè)計(jì)位置；4)在施工過程中需做好監(jiān)測(cè)。

2.5 各構(gòu)件安裝精度控制技術(shù)

該橋滾軸式復(fù)合索鞍不同于常規(guī)的主索鞍和散索鞍，目前國(guó)內(nèi)乃至世界上行業(yè)內(nèi)都暫無(wú)相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，其加工精度要求高，現(xiàn)場(chǎng)安裝精度要求更高于常規(guī)的索鞍，具體安裝控制要求如下。

2.5.1 格柵安裝

1)在支墩澆筑混凝土前，預(yù)留格柵安裝槽口，并預(yù)埋連接鋼筋；2)格柵吊裝之前，將混凝土表面打毛，并根據(jù)支墩設(shè)計(jì)中心在混凝土表面設(shè)置縱橫向中心標(biāo)志；3)安裝前，在格柵四周角點(diǎn)位置設(shè)置螺旋千斤頂，調(diào)整格柵頂面的高程，格柵平面位置則用螺旋千斤頂與手拉葫蘆配合調(diào)整，橫橋向及順橋向軸線偏位均控制在±2 mm內(nèi)；4)測(cè)量格柵四角標(biāo)高及水平角度，利用螺旋千斤頂配合導(dǎo)鏈微調(diào)后，調(diào)整楔形墊塊，抄平頂面，使格柵頂面高差小于0.5 mm/全平面；5)平面度檢查按格柵上平面每隔500 mm左右畫方格，各交叉點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)標(biāo)高的形式進(jìn)行；6)格柵安裝平整后，焊接全部預(yù)埋連接鋼筋，固定格柵位置；7)焊接完成后釋放千斤頂，復(fù)測(cè)格柵位置、高程、平面度，確定滿足要求后澆筑格柵內(nèi)混凝土至離格柵頂面20 mm處，并振搗密實(shí)。

2.5.2 其它構(gòu)件安裝

1)下承板

下承板襯板為薄板，在工廠與下承板提前連接在一起，現(xiàn)場(chǎng)與下承板一起整體吊裝。下承板安裝前應(yīng)在格柵頂面劃出縱、橫向中心線以作對(duì)位，兩側(cè)打入定位銷將下承板與格柵定位。

2)滾輪系統(tǒng)

滾輪系統(tǒng)在廠內(nèi)組拼完成，現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝；吊裝時(shí)采用定制的胎架吊具吊裝。滾輪系統(tǒng)吊裝時(shí)吊點(diǎn)選擇須避免其框架變形。通過滾輪上的限位榫將滾輪系統(tǒng)與下承板精確對(duì)位。

3)上承板

上承板襯板為薄板，在工廠與上承板提前連接在一起，現(xiàn)場(chǎng)與上承板一起整體吊裝。上承板下放時(shí)，通過滾輪上的限位榫將滾輪系統(tǒng)與上承板精確對(duì)位。

4)鞍體

鞍體吊裝前對(duì)底座板進(jìn)行復(fù)測(cè)。鞍體吊裝先吊裝錨跨側(cè)鞍體，后安裝中跨側(cè)鞍體。鞍體滑移至安裝位置后，采用千斤頂緩慢下放至離上承板10 cm處暫停下放，調(diào)整角度使鞍體底部導(dǎo)向孔對(duì)中上承板上定位銷。依次將錨跨側(cè)和中跨側(cè)鞍體安裝到位，將2塊鞍體用高強(qiáng)度螺栓連接固定形成整體。

索鞍整體組裝完成后應(yīng)用塞尺對(duì)鞍體與上承板之間的縫隙進(jìn)行檢查，其中要求鞍體底板與上承板最大間隙不大于1 mm，鞍體與上承板接觸面積比不小于85%。

3 結(jié)束語(yǔ)

1)香麗高速公路虎跳峽金沙江大橋?yàn)楫?dāng)今世界上跨度最大的獨(dú)塔單跨地錨式鋼桁梁懸索橋，滾軸式復(fù)合索鞍在國(guó)內(nèi)外大跨度懸索橋中尚屬首次采用。2)該橋橋位位于峽谷地形、山勢(shì)陡峭區(qū)域，施工便道不利于大噸位索鞍構(gòu)件運(yùn)輸；復(fù)合索鞍位于錨洞內(nèi)，洞內(nèi)空間狹小，不利于常規(guī)吊裝。3)采用纜索吊裝將索鞍各構(gòu)件吊運(yùn)至索鞍門架下方的滑移支架上,解決了施工便道不能直接運(yùn)輸?shù)膯栴}；通過滑移支架橫移至支墩門架的正下方，解決了纜索吊機(jī)不能蕩移吊裝到位的問題；再通過“組合吊具”將索鞍構(gòu)件縱移至隧道錨錨洞內(nèi)，解決了錨洞有限空間內(nèi)大噸位索鞍吊裝的問題；通過各構(gòu)件安裝精度的控制，解決了復(fù)合索鞍的精確定位。4)虎跳峽金沙江大橋已順利完工，復(fù)合索鞍各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)預(yù)期要求。