矮寨大桥钢桁梁“轨索滑移”架设方法

徐荣胜

（武汉桥梁建筑工程监理有限公司, 湖北 武汉 430034）

1 工程概况

矮寨大桥是长沙至重庆公路通道跨越湘西矮寨大峡谷的一座钢桁梁悬索桥，主缆孔跨布置为 242 m+1 176 m+116 m；索塔为双柱门式钢筋混凝土空心方柱结构，扩大基础；吉首岸采用重力式锚碇，茶洞岸采用隧道锚碇；主缆为预制平行钢丝索股；采用骑跨式钢丝绳吊索；钢桁梁标准节段长 14.5 m，宽27 m，高 7.5 m，重 125 吨，全桥共 69 个节段；桥面系采用纵向工字梁与混凝土桥面板的结合形式。

矮寨大峡谷，山势险要，地形起伏极大，相对高差达500 m，桥面与地面高差达 330 m，峡谷总体呈“V”字型，两侧悬崖距离从 900 m～1 300 m 变化，平均坡度达 40°，最陡处为直立悬崖，悬崖高 50 m～60 m。

图1 桥型布置图

图2 钢桁梁主要构造图

2 轨索滑移法总体思路与施工流程

在山区架设悬索桥钢桁梁，通常有缆索吊机架设、桥面吊机拼装两种方案。原施工图设计采用的是用桥面吊机从两侧往跨中架设的方案。为适应现场自然条件、确保安全，提高工效，经多次专家会议论证，并通过足尺节段模型试验、缩尺整体模型试验及大量深入的比较研究，矮寨大桥钢桁梁架设最终采用了一种全新的方法—“轨索滑移法”，并取得了很好的效果。总体思路如下。

钢桁梁采用节段拼装、整体吊装的方式安装。以主缆及永久吊索作为支撑，设置水平轨索，锚固于两岸岩体；钢桁梁杆件分别在两岸桥头组拼成梁段；通过运梁小车将单个梁段在轨索上纵向运输至吊索下方，用跨缆吊机接住钢桁梁，退出运梁小车，跨缆吊机提升，梁段对接并销接吊索，逐节段由跨中向两岸对称施工，直至全桥贯通。

总体施工流程见图 3。

3 拼梁场布置

3.1 场地布置

根据方案的需要，拼梁场设施应满足以下条件。

①适应钢桁梁杆件的运输、装卸、存放、转运和吊装；

②两岸均设置最少 2 个标准节段的拼装台座；拼装台座设置于轨索下方，且应有足够的空间高度，以满足节段入轨需要；

③预留 1 个节段入轨区域，并保持空位，不对拼装形成障碍；

④满足各施工环节吊装设备的安装及运转需要，以保证1 个台座每 4 d 完成 1 个标准节段的拼装速度；

⑤为轨索的锚固及调整提供着力点和空间位置。

图3 主梁架设总体施工流程图

3.2 拼装台座

两岸拼装台座均设置在轨索下方，桥台基础凹槽内。茶洞岸需在桥台左侧拓宽拼梁场地。两岸分别设置 2 个台座，1 个入轨区。按照平均每 4 天完成 1 个节段的拼装节奏配置人员、设备。

3.3 起重设备

配备用于杆件转运的汽车吊、用于梁段拼装的龙门吊、用于节段提升的临时吊点、跨缆吊机等。

3.4 梁段平移

梁段拼装完成后，需尽快移出台座至入轨区等待，为下一个节段拼装腾出空间。梁段平移通过轨道、位移器、卷扬机系统实现。

4 轨索系统

轨索滑移系统由以下几个部分组成：主缆、吊索、吊鞍、轨索、运梁小车、跨缆吊机。运梁小车以轨索作为支撑轨道，锚固于两岸山体的轨索通过吊鞍支承于永久吊索下端，传力至主缆，由此形成轨索滑移运梁系统。

4.1 吊 鞍

吊鞍的作用是给轨索提供支承，并将轨索的荷载传至吊索和主缆，但同时会给运梁小车的通过形成一定的阻碍，因而吊鞍的设计必须满足以下条件。

(1)对轨索的支承稳定、圆顺，不会对轨索钢丝绳产生集中力，并可纵向约束轨索。

(2)与永久吊索下端的连接受力可靠，装拆方便。

(3)适应运梁小车顺利通过。

(4)便于加工制造，适应高空安装，满足结构受力要求，具有足够的安全性。

依据以上条件，设计吊鞍一般构造见图 4，吊鞍由鞍体、吊耳、轨索鞍座等构件组成，采用铸钢制造。吊鞍支承于吊索下端，全桥共计 136 个，单个重量 0.4 t。

图4 吊鞍构造图

4.2 轨 索

(1)轨索构造要求。轨索作为运梁小车的运行轨道，是整个系统的核心构件，也是安全风险系数最高的部件，内力变化复杂，对应各种工况呈现不同的特性要求。为实现其功能并具备足够的安全性和可操作性，轨索的设计应满足以下要求。

①选择合适的钢丝绳类型，既能满足整体受力要求，又能承受滑轮对表面局部的反复碾压；

②详细分析各种工况下的受力特点，选择合适的初张拉力；

③两端的锚固坚实可靠，同时设置拉杆具备调节功能；

④轨索与吊鞍的接触局部，既要承受竖向荷载，又要抵抗纵向约束的水平摩阻力，应详细分析其对于轨索整体受力性能的影响；

⑤单侧主缆下方设置多根轨索，各自独立，必须确保其受力均匀。

(2)轨索选型。本方案中，轨索采用 60-ZZZ-1570 型密封钢丝绳(YB/T 352-2006)，对应一根主缆下方布置 4 根，两侧共 8 根。

(3)轨索锚固。轨索通过水平转向装置在两岸山体进行锚固；轨索端联接在锚箱上，通过拉杆与型钢相接。型钢锚固在钢筋混凝土基座上。

(4)轨索系统安装。在猫道上完成吊索与吊鞍的销接工作，吊鞍随吊索下放；由跨中向两岸对称逐根逐个进行吊索及吊鞍的安装。

(5)轨索张拉定位。先进行张拉、再将轨索与吊鞍固结。计算单根总长 1 100 m 的轨索，在 85 t 的张拉力下，会产生约300 cm 的延伸量。

完成轨索张拉后，下放吊篮，操作人员逐个将吊鞍与轨索的标记点对齐，安装轨索绳槽压板，使轨索与吊鞍固结。

所有轨索完成上述步骤后，通过锚箱整体张拉轨索，轨索安装完成。

5 运梁小车

5.1 运梁小车设计要点

(1)受力性能满足安全性及可靠性。

(2)动力性能满足稳定性和可控制性，运行速度不低于3 m/min，确保在 1 个白天可完成一个标准节段的安装，避免夜间高空作业。

(3)小车滑轮组作用于轨索和吊鞍，其构造特点与轮组数量，应充分考虑其受力均匀性，避免集中荷载。轮槽设置内衬，以增加与钢丝绳的接触面积，降低局部应力(见图 5)。

(4)小车由两岸卷扬机牵引。

图5 运梁小车构造图

5.2 运梁小车安装

运梁小车在工厂加工成装配件，拆散运输至桥位。其下部主体在桥台内轨索下方装配成整体，滑轮组暂时不装。起吊运梁小车下部，至顶面贴近轨索下表面，安装两侧滑轮组。完成后，放松吊机，使运梁小车钩挂到轨索上。

6 梁段拼装、入轨、纵移、安装

钢桁梁杆件在工厂制造，并完成预拼装，重新拆分成杆件运至现场，在两岸拼梁台座上逐节拼装(如图 6 所示)。

图6 钢桁梁节段拼装

完成拼装的节段平移至桥台前端临近悬崖处，通过设置于主缆上的临时吊点将梁段起吊，荡移至悬崖以外，然后下降约 4 m，收回运梁小车至梁段正上方，提起钢梁与运梁小车对接，解除临时吊点，完成入轨，进行纵向滑移(见图7)。

节段运输至设计位置后，用跨缆吊机提梁，解除运梁小车与梁段的连接，小车退回两岸入轨区。

跨缆吊机继续提升梁段，直至主桁上弦杆顶面托住对应的吊鞍，解除吊鞍与永久吊索的销接，拆除的吊鞍可随运梁小车回到两岸。

图7 轨索滑移架设钢桁梁

利用跨缆吊机调整梁体在空中的姿态，使之与已安装梁段对接，完成高强螺栓施工，将永久吊索与钢桁梁顶面的吊耳销接，完成梁段安装。

然后将轨索转移至该梁段上弦杆顶面进行支承，对应位置事先设置临时承托装置。至此可开始下一段梁的安装。

7 结 语

该项技术的成功应用，实现了钢桁梁以平均每天 10 m 的速度由跨中向两岸延伸，仅用了 3 个半月时间就完成了全桥钢桁梁架设，较其他架设方法节约工期 4 个月以上，并创造了每天拼接、移运、安装一段梁的世界新纪录，受到国内外桥梁界的高度关注和评价。

“轨索滑移法”使得钢桁梁架设，从危险、费时变得安全、快速。在不封闭桥下盘山公路交通的情况下，顺利完成了钢桁梁的安装。同时，钢桁梁节段拼装从空中转移到地面，实现工厂化拼装，提高了拼装精度，改善了劳动条件。