纜索起重機(jī)主索過(guò)江施工改進(jìn)方案

林境川

福建標(biāo)馳吊裝工程有限公司 漳州 363601

纜索起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱纜機(jī)）[1]以其強(qiáng)大的跨越和適應(yīng)能力等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于橋梁尤其是大跨度拱橋、懸索橋[2]及斜拉橋等吊裝施工。由于主索直徑及自重較大，隨著纜機(jī)跨度的不斷增加，纜機(jī)主索過(guò)江[3]施工難度亦不斷增加。

常規(guī)的主索過(guò)江方案在整個(gè)主跨范圍內(nèi)未對(duì)主索進(jìn)行承托，該方案存在導(dǎo)索索力大、過(guò)江期間主索垂度控制難度大、施工效率低和安全風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題。鑒于此，經(jīng)理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證找出問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并提出優(yōu)化改進(jìn)方案，還通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證其可行性和有效性。

1 主索過(guò)江施工常規(guī)方案及存在問(wèn)題

1.1 常規(guī)方案

主索過(guò)江通常采用往復(fù)式導(dǎo)索系統(tǒng)施工，導(dǎo)索兩端分別卷入2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，通過(guò)2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的一收一放協(xié)同工作，使導(dǎo)索作往復(fù)運(yùn)行，牽引主索過(guò)江。圖1為某橋纜機(jī)主索過(guò)江施工常規(guī)方案的示意圖。該橋纜機(jī)參數(shù)：0 m（香格里拉岸邊跨）+800 m（主跨）+138 m（麗江岸邊跨），香格里拉岸無(wú)塔，麗江岸有塔（塔高約100 m）。

圖1 主索過(guò)江示意圖（常規(guī)方案）

1.2 常規(guī)方案存在問(wèn)題

為滿足通航、通車的需要，主索過(guò)江施工時(shí)最低點(diǎn)與地表或江面應(yīng)保持足夠的高度，故主索垂度不可過(guò)大。以圖1為例，假定導(dǎo)索與主索跨中垂度均為150 m，在最不利工況下（導(dǎo)索與主索的連接卸扣抵達(dá)香格里拉岸）麗江側(cè)（以卸扣為界）導(dǎo)索索力水平分力[4]

麗江側(cè)（以卸扣為界）主索索力水平分力

麗江側(cè)（以卸扣為界）主索及導(dǎo)索索力垂直分力

香格里拉側(cè)（以卸扣為界）導(dǎo)索牽引力

放索架所需提供的張緊力

式中：g1為導(dǎo)索（Φ30 mm鋼絲繩）自重，g1=3.6 kg/m；g2為主索（Φ56 mm鋼絲繩）自重，g2=12.2 kg/m；f為主索或?qū)鞔苟?，?50 m；x1為主索或?qū)骺缍?，?00 m；s1為x1范圍內(nèi)索的主索或?qū)鞯乃鏖L(zhǎng)，由于垂度不大，s1≈x1；h為塔高，取100 m。

由上述可知，常規(guī)方案要求主索放索架提供較大的張緊力，從而導(dǎo)致放索架結(jié)構(gòu)及自重均較大，放索架錨碇尺寸亦較大，最終增加了成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 問(wèn)題原因

由式（2）可知，因主索跨度較大，且其水平分力也較大，減小主索的跨度可顯著減小主索的水平分力，從而減小放索架的張緊力。

2 主索過(guò)江施工改進(jìn)方案及效果

2.1 改進(jìn)方案

針對(duì)前述主索跨度較大的問(wèn)題，提出以增設(shè)支承托輥[5]來(lái)減小主索跨度的改進(jìn)方案。改進(jìn)方案如圖2所示。支承托輥需同時(shí)滿足2個(gè)條件：自重較小、便于安裝拆卸。

圖2 主索過(guò)江示意圖（改進(jìn)方案）

1）自重較小

若托輥?zhàn)灾剌^大，其施加于導(dǎo)索的荷載顯著增加，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)索索力顯著增加。為減輕托輥?zhàn)灾?，托輥滑輪材質(zhì)選用尼龍輪。

2）便于安裝拆卸

當(dāng)主索過(guò)江時(shí)，導(dǎo)索與主索每前進(jìn)50 m安裝1個(gè)支承托輥。當(dāng)主索完成過(guò)江施工后，導(dǎo)索反向運(yùn)行，支承托輥被逐個(gè)拆除并回收。待主索與導(dǎo)索連接卸扣返回至麗江岸塔頂處后，重復(fù)上述步驟可進(jìn)行下一根主索過(guò)江施工。由于需要過(guò)江的主索根數(shù)通常較多，為提高施工效率，托輥的安裝拆卸必須簡(jiǎn)便快捷，故托輥設(shè)計(jì)為免軸承、輪軸可插拔結(jié)構(gòu)。

2.2 方案效果

導(dǎo)索最不利工況時(shí)，假設(shè)導(dǎo)索與主索共同到達(dá)香格里拉岸，導(dǎo)索與主索跨中垂度近似相等為150 m，支承托輥設(shè)置14道，每道自重2 kg。支承托輥及主索對(duì)導(dǎo)索產(chǎn)生的荷載視為均布荷載，麗江側(cè)（以卸扣為界）導(dǎo)索索力水平分力為

托輥間主索松弛張力的水平分力為

式中：

麗江側(cè)（以卸扣為界）主索及導(dǎo)索索力垂直分力為

香格里拉側(cè)（以卸扣為界）導(dǎo)索牽引力為

放索架所需提供的張緊力為

式中：g3為14道支承托輥質(zhì)量轉(zhuǎn)化為800 m跨內(nèi)的均布荷載，此處取0.035 kg/m；f′為主索在50 m跨內(nèi)（托輥間距）的松弛垂度，實(shí)際值由邊跨主索索力決定，此處取f′＝20 m作為試算值，若對(duì)應(yīng)的H2′小于塔頂至塔底范圍內(nèi)主索自重，則f′實(shí)際值小于20 m，且主索無(wú)溜索風(fēng)險(xiǎn)；x2為支承托輥間距，此處取50 m。

在此，F(xiàn)2′為負(fù)值意味著f′實(shí)際值小于20 m，又由于主索垂度f(wàn)小于塔架高度h，故放索架無(wú)需提供張緊力，僅塔頂至塔底范圍內(nèi)主索自重便足以提供主索過(guò)江時(shí)后端所需的張緊力。

可見(jiàn)，在幾乎不增加導(dǎo)索索力的前提下增設(shè)主索支承托輥后，放索架不必提供張緊力。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)比上述2種施工方案，在纜機(jī)尤其是大跨度纜機(jī)主索過(guò)江施工時(shí)增設(shè)主索支承托輥后，放索架所需提供的張緊力變小或?yàn)榱?，大大提高了施工效率和安全性?/p>

對(duì)于主索過(guò)江施工，通常情況下，當(dāng)纜機(jī)跨度小于500 m時(shí)仍可選用常規(guī)方案，而纜機(jī)跨度超過(guò)500 m時(shí)建議選用改進(jìn)方案。