西藏通麦悬索桥上部构造施工关键技术

裴宾嘉，王忠海，雍　翔，沈卢明

(四川公路桥梁建设集团有限公司， 成都　610031)



西藏通麦悬索桥上部构造施工关键技术

裴宾嘉，王忠海，雍翔，沈卢明

(四川公路桥梁建设集团有限公司， 成都610031)

摘要：通麦大桥是国内首座单跨空间缆地锚式悬索桥。介绍通麦大桥上部构造施工采用的特殊猫道设置方式、空间吊索安装方法和优化加劲梁安装顺序等关键技术，为同类桥梁施工提供参考。

关键词：空间缆地锚式悬索桥；上部构造；施工

1工程概况

1.1设计概况

通麦大桥位于川藏公路318国道西藏林芝境内的通麦镇，横跨水流湍急的易贡藏布江。该桥采用主跨为256 m的单塔单跨悬索桥结构，两岸锚碇均采用重力式地锚。主桥平面均位于直线段，纵坡采用2次放坡，分别为-0.83%、-2.168%。主梁形式为焊接H型钢的华伦式桁架结构，钢板采用Q345qC，索塔及预制桥面板、现浇层采用C50混凝土，桥面宽13.4 m，主塔处塔梁间采用纵向漂浮体系。通麦大桥总体设计布置见图1。

图1　通麦大桥总体设计布置

通麦大桥主缆采用高强镀锌钢丝，主缆垂跨比为1/17。主缆共有2根，横桥向间距15.0 m。每根主缆为37股，共有4 699丝，其竖向排列成尖顶正六边形，挤压形成圆形断面，并用定型捆扎带绑扎，两端设热铸锚头。每股索股由127丝Φ5.2 mm高强镀锌钢丝组成。钢丝标准强度为1 770 MPa。为增加悬索桥稳定性且受地形构造等限制，主缆设计为空间缆，且其两端间距大，中间间距小。主缆在主索鞍和散索鞍处中心间距为15 m，在主跨跨中间距为13.6 m，主缆设计为PPWS安装。空间主缆示意见图2。

图2　空间主缆示意

加劲梁断面总宽15.53 m，桁高4.0 m，两榀桁架间距为13.0 m，节间长度5 m。共有26个节段，吊装节段最大自重42.5 t。上、下平联采用K形体系，主桁上、下弦杆，横梁上、下弦杆，腹杆及上、下平联均采用工字型截面，杆件材质均采用Q345D钢材。

由于通麦大桥桥位处地形狭窄，拉萨岸散索鞍只能设计成低于桥面并紧挨主梁，故主缆有约6个节段低于加劲梁桁架上弦。施工时，主缆位于钢桁梁上弦和下弦之间的特殊位置，这种特殊位置会造成施工中猫道会在部分位置侵占钢桁加劲梁的安装空间，故猫道需要做特殊处理。拉萨岸主缆位于钢桁梁上弦下方效果图见图3。

图3　拉萨岸主缆位于钢桁梁上弦下方效果图

位于桥面系以上的吊杆设计成带PE套的平行钢丝，位于桥面系以下的吊杆为刚性带铰吊杆，成桥后略带倾斜状态。通麦大桥空间主缆索夹安装时需要一定角度偏转。类似于国内已施工的自锚式空间缆悬索桥[1]。

1.2施工概述

将空间主缆坐标通过施工阶段计算转换成为竖直平面主缆坐标后，在竖直平面内进行主缆施工。索夹安装采用预偏竖直角度，主缆索股施工采用单线往复式牵引系统，索股牵引采用架空轨道式。猫道采用塔顶埋入式的2跨连续猫道，猫道与钢桁梁相冲突处，在猫道改吊至主缆后，将相互影响的一定长度的猫道承重绳垂度放松，改为安全防护网用绳。钢桁梁使用缆索吊装法进行施工，桥面板为预制实心板，待钢桁梁安装完成后，采用25 t吊车安装于钢桁梁顶面的纵横梁上，然后进行纵横湿接缝浇筑，最后进行沥青混凝土面层浇筑[2]。埋入式连续猫道示意见图4。

图4　埋入式连续猫道示意

2主缆安装

2.1主缆施工方法比较

通麦大桥是国内首座空间缆地锚式悬索桥，而国内外空间缆自锚式悬索桥修建数量已非常多，因此施工前对地锚式主缆和吊杆等施工方法与自锚式空间缆悬索桥进行了比较，见表1。

经过比较，认为在施工阶段计算方式和体系转换方面，空间缆地锚式悬索桥与空间缆自锚式悬索桥有较大差异，故对空间缆地锚式悬索桥施工方法需作特别研究。

表1　空间缆自锚式和地锚式悬索桥索股、吊杆等施工技术比较

2.2主缆索股施工概述

对表1进行了分析，确定通麦大桥空间主缆施工采用能快速安装索股的架空索道式牵引系统[4]；猫道系统采用有利于调节无应力长度和适应后期钢桁梁空间干挠问题的埋入式连续系统；空间索夹采用在主缆施工阶段计算预偏修正方法进行安装。主缆索股在施工阶段仍然在竖直平面内施工，待刚性空间吊杆和钢桁架安装后，依靠与吊杆和钢桁梁共同作用形成的空间结构来自动调整为空间缆。

2.3猫道布置

通麦大桥的猫道采用2跨连续结构，跨径与桥型布置相同。每条猫道承重结构由4根Φ48 mm猫道承重钢丝绳及2根Φ36 mm架空索道钢丝绳组成，猫道承重钢绳仅与扶手绳形成空间结构。两幅猫道间设置3根横向联系，猫道中心间距与主缆中心间距为15 m。为了顺利进行通麦大桥空间主缆和钢桁梁施工，该桥猫道施工具有如下与传统悬索桥施工不同的特点。

2.3.1埋入式连续猫道

通麦大桥猫道设计为4根Φ48 mm承重绳，施工过程中需在索塔顶预留4个小孔。根据计算结果，预留小孔导致周边混凝土应力集中效应很小，且悬索桥上部构造施工完成，猫道拆除后，可对小孔进行压浆填充封闭，不会影响索塔结构承载受力。因此，确定将连续式猫道的塔顶转索鞍取消，改为塔顶直接预埋(图4)，以去掉塔顶猫道承重绳转索鞍、变位刚架、下拉索和复杂的塔顶大平台等构造，同时也便于调整猫道的长度，从而达到提高工效的目的。

2.3.2猫道锚固形式

作为与在塔顶采用埋入式猫道承重绳相适应的锚固措施，猫道承重绳在成都岸采用传统方法的拉杆及锚梁组合结构锚固，在拉萨岸则采用滑车组锚固形式，见图5。猫道承重绳在滑车组的猫固采用绳夹，这样猫道承重绳不会受锚头铸件尺寸的影响，可以顺利通过索塔顶内预留的小孔。

图5　拉萨岸猫道绳滑轮组锚固方式示意

拉萨岸猫道承重绳使用80 t调平滑车及骑马式绳卡来固定[5]。猫道绳垂度仅在设置了大小拉杆锚梁的成都岸调整。

2.3.3猫道改吊

钢桁梁安装过程中，主缆会逐渐形成空间缆，猫道与钢桁梁在一定长度范围内会产生冲突。解决措施是在猫道改吊至主缆后，将冲突影响范围内的猫道承重绳拉萨岸末端放松，垂度低于钢桁梁的安装空间即可。同时，在变窄的两幅猫道之间增设横向通道，保证猫道稳定。

2.4主缆牵引系统比选

目前，国内外常用的主缆牵引系统一般有2种：架空索道式和门架式。门架式牵引系统适用于大跨径悬索桥。其导轮组、托滚设置数量较多，牵引索股需克服较大摩阻力，不仅在放索区须采用大吨位卷扬机，而且在对岸一侧转向轮还要增加驱动装置，以提供足够的牵引力[6]。架空索道式牵引系统由轨道承重绳、牵引索、索股托轮等组成。轨道承重绳设置在猫道上方，将锚头悬挂在其上，并与牵引索连接，通过卷扬机收(放)牵引索，实现索股牵拉。

针对通麦大桥特点，确定选用架空索道法架设主缆。在满足精度要求的前提下，结合本工程索股数量不多、牵引距离短等特点，索股牵引时直接利用猫道上方的架空索道即可，构造非常简单。且完成索股牵引后，还可以将架空索道系统改造为吊索的安装吊点、紧缆机安装和平衡吊点等。

2.5主缆索股安装

根据现场地形条件，通麦大桥主缆通长索股及边跨索均采用单线往复式牵引系统(PPWS)，从成都岸向拉萨岸牵引。单根索股最大长度约396 m，单根索股最大重量约8.4 t。成都岸设置放索场，在锚碇后方设置放索门架。

索股垂度调整时，如果是双塔地锚式悬索桥，则一般是采用一个塔顶固定，另一塔可动，这是传统的有效方法[7]。但通麦大桥在牵引第1根索施工过程中，如按上述方法调整，则极易出现鼓丝现象。主要原因是通麦大桥边跨索股太短。后来经反复研究，发现单塔2跨悬索桥索股调整时应采用边跨锚固，索塔处可微动。采用这种垂度调节方式后，不仅克服了因通麦大桥边跨索股长度太短而产生鼓丝的问题，而且还使索股调节速度大大加快。

针对通麦大桥索股安装两岸温差大的特点，按实际温度范围制定了锚固张力温度关系表。基准索股随温度变化锚跨张力趋势见图6。

如果测量数据与计算结果不符，则需反复调整索股两端的锚固长度。在西藏林芝地区温差大，故通麦大桥主缆基准索股调整约需1周，才能使实测数据和理论计算线形控制点特别是跨中控制点满足规范要求。基准索股调整完成后，安装一般索股。索股全部调整好后，进行预紧缆和正式紧缆。

图6　基准索股随温度变化锚跨张力趋势

2.6散索套安装

通麦大桥在成都岸设置了散索套，其由上下2半铸钢件构成。在该位置，索股进入上半部分铸件和下半部分铸件后，安装时容易出现闭合困难。通麦大桥安装散索套时采取了2个措施：1) 在散索套的索股扩散端和小端分别设置了带收紧装置的吊带和临时索夹进行约束；2) 对装入散索套下半部分铸件的索股进行竖向导向限位。采取上述2个措施后，散索套安装比较简单容易。

2.7空间索夹安装和紧缆

通麦大桥全桥吊杆由8根刚性吊杆和42根柔性吊杆构成。其中，刚性吊杆由40 Cr刚性拉杆构成；柔性吊索采用121Φ5.0 mm镀锌钢丝束，外包PE层防护。吊索上接头采用铰销与主缆索夹连接；下接头采用螺母和垫板锚固于加劲梁下弦杆外节点板上的锚箱内，并可通过调节下端螺母位置对吊索长度进行调整。在吊索下接头处设置自润滑向心关节轴承以适应其变形，索夹与铅垂面有一定竖直角。吊杆安装采用架空索道改造的吊点完成。

索夹安装采用索股牵引时的轨道索改造的吊点，并按空间缆成桥线形的索夹预偏角度安装。由于西藏林芝地区温度、日照和风等对桥梁架设的影响非常大，安装通麦大桥空间索夹时，采用全站仪测量遇到了不少困难，无法达到设计和规范要求的预偏角。后经过反复比较研究，确定采用磁座电子侧倾仪，从而提高了测量效率和精度。磁座式侧倾仪在空间索夹上的应用见图7。

3钢桁梁安装

3.1钢桁梁施工方式比选

钢桁梁悬索桥主梁架设方法主要有桥面吊机法、缆索吊装法、缆载吊机吊装法、浮吊架设法、荡移法、顶推法及在矮寨大桥首次使用的轨索移梁架设法(简称轨索法)。不管采用何种方法进行加劲梁安装，均需解决加劲梁水平运输与垂直运输问题。钢桁梁安装国内外常用方法比较见表2。

图7　磁座电子侧倾仪在空间索夹上的应用

经过比选，确认通麦大桥钢桁梁吊装采用缆索吊吊装法最合适。

3.2吊装天线承重系统布置

根据通麦大桥钢桁梁横断面宽度较窄的特点，确定在桥中轴线上布置1组缆索吊(以前悬索桥均为2组天线)，上设2个吊点，见图8。成都岸直接利用塔顶预应力横梁中间作为缆索吊索鞍支承(索鞍顶部高程2 123.72 m)；拉萨岸侧设置万能杆件吊塔，塔高仅需25.24 m(索鞍顶部高程2 088.32 m)。缆索吊主跨为257.9 m，工作矢跨比为1/13，额定吊重425 kN。

表2　钢桁梁安装方法比较

图8　加劲梁缆索吊装系统总体布置

主承重索采用4根Φ56 mm钢丝绳，主索上共布置2个吊点，每个吊点采用Φ21.5 mm的钢丝绳穿6线。每节钢桁梁用主索上的2个吊点抬吊。在两岸各用1台100 kN卷扬机作为2个吊点的牵引动力。每组牵引索用2根Φ28 mm钢丝绳。钢桁梁拼装场地选择在成都岸。

锚碇分为缆索吊承重绳锚碇和抗风锚碇。承重绳锚碇利用通麦大桥主体锚碇。

3.3钢桁梁安装顺序优化

通麦大桥钢桁梁原设计架设顺序为从两岸对称往跨中进行安装。经试算，若按该顺序施工，则这种单跨地锚式悬索桥将导致主缆在施工过程中变形较大，施工过程中钢桁梁梁端转角较大，接头装配困难，且两侧严重不对称。

因此，经反复试算，确定将梁段按照从右到左的顺序进行吊装，计算模型见图9。这样主缆在吊装钢桁梁期间主缆线形变化较平稳，即施工梁段2至施工梁段26的各阶段主缆竖向位移变化不大，梁段间转角变化幅度较小，并可将原设计的全桥钢桁梁吊装所有节段设置临时铰，优化为全桥仅设置5个临时铰。实际施工取得了良好设施效果。跨中节点竖向位移历程曲线见图10。

图9　加劲梁从右往左架设施工阶段计算模型

图10　跨中节点(89号)竖向位移历程曲线

安装带空间缆的钢桁梁时，采用了先安装空间吊杆再安装钢桁梁接头的方法，从而加快了钢桁梁安装进度。同时，接头处上下平联的K撑和接头处斜撑仅安装1个端头，使高强螺栓连接处成为半刚性节点，以有利于销钉和高强螺栓安装。

对主桁梁节段安装进行了详细分析计算，将每节段桁梁铰接优化为每5段铰接，从而减少了安装工序，节约了加工材料。

3.4钢桁梁现场安装

钢桁梁在现场按照“3+1”模式预拼装完成后，按阶段进行拆分。先利用缆索吊进行整体节段吊装，然后在空中整体对接。钢桁梁空中整体对接属于整体在柔性体系下的连接，主缆和钢桁梁随时都在变化，故钢桁梁对接点位多(特别是刚性吊杆处)，对接精度要求高。正式吊装前，需对各节段安装受力影响进行详细分析，并根据计算结果提前绘制各阶段梁段变化情况，以指导现场施工和提前调整已安装梁段线型。

钢桁梁安装从拉萨岸侧向成都岸侧吊装。合龙段采用了无配重顶推合龙方式：先将索塔横梁上已安装好的钢桁梁往锚碇方向顶推开，待安装梁段吊至设计位置时，再将索塔横梁附近的钢桁梁顶回合龙即可。

4结束语

通麦大桥空间主缆和钢桁梁施工采用了多种方法进行优化，在保证质量和安全的前提下，提高了工效。主缆从架设到钢桁梁吊装完成仅用了4个月，取得了良好的经济和社会效益。空间缆地锚式悬索桥具有稳定性好的优点，在国外已出现了大跨径桥梁的设计实例。尽管通麦大桥跨径较小，但其为空间缆地锚式悬索桥的设计和施工作了有益的探索，可为同类桥梁设计和施工提供参考。

参 考 文 献

[1]胡建华.现代自锚式悬索桥理论及应用[M].北京：人民交通出版社，2008.

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[3]李传习.现代悬索桥静力非线性理论与实践[M].北京：人民交通出版社，2014.

[4]邵新鹏，孟凡超，沈锐利.海上独塔柱自锚式悬索桥[M].北京：人民交通出版社，2012.

[5]杨文渊.起重吊装常用数据手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]张腾.大跨径悬索桥主缆索股架设牵引技术研究[D].西安：长安大学，2005.

[7]交通部第一工程局总公司.公路施工手册桥涵(下册)[M].北京：人民交通出版社，2000.

[8]张剑英，郝维索，戴建国，等.杭州钱塘江江东大桥总体设计[J].预应力技术，2011(4)：3-8.

Key Techniques for Construction of Upper Structures of Tibetan Tongmai Cable Suspension Bridge

PEI Beijia, WANG Zhonghai, YONG Xiang, SHEN Luming

Abstract:Tongmai Bridge is the first domestic single-span spatial cable anchor type suspension cable bridge. This paper introduces key techniques including setting modes of special catwalks adopted for construction of upper structures, installation methods of spatial suspension cables and installation sequence of optimized reinforcing beams, etc., to provide a reference for construction of similar bridges.

Keywords:spatial cable anchor type cable suspension bridge; upper structure; construction

文章编号：1009-6477(2016)01-0079-06

中图分类号：U448.25

文献标识码：B

作者简介：裴宾嘉(1973-)，男，四川省宜宾市人，本科，高工。

收稿日期：2015-10-30

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.018