大跨径悬索桥猫道架设牵引系统施工技术

张 晖 徐永明 李志鹏

(中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司 辽宁大连 116033)

1 引言

悬索桥以其跨越能力大、受力合理、能最大限度发挥材料强度、造价经济等特点[1]，成为跨越千米级以上的海湾、江河、峡谷等障碍物最理想的桥型，在桥梁建设中得到了广泛的应用。牵引系统是大跨径悬索桥上部结构安装施工的重要组成部分，而猫道牵引系统的架设则成为施工转换的重要标志。

猫道牵引系统施工，主要是进行牵引索的架设，选择技术先进、安全、经济、适用的先导索架设方法极为关键。传统悬索桥先导索架设方法主要为水下牵引法、水面牵引法、拖船空中牵引法、分段牵引江中对接法、火箭抛射法、直升机牵引法及飞艇牵引法等，但均存在费用大、施工难、对地形气候水文条件要求高、安全风险大、施工许可手续繁琐等不利因素[2-3]。

中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司针对猫道架设牵引系统传统施工工法存在的客观不利因素，结合在建千米级跨径长江大桥项目实际，着力解决提高工效、避免长江航道封航、降低先导索过江安全风险等一系列难题，提出了采用工业级无人机架设先导索的施工工法，并成功应用于湖北棋盘洲长江公路大桥。该工法在施工进度、效益、安全、环保方面均取得了良好效果，可为类似工程的施工提供借鉴。

2 工程概况

(1)项目总体概况

棋盘洲长江公路大桥位于湖北省黄冈市和黄石市境内，为双塔单跨钢箱梁悬索桥，主跨1 038 m，一跨跨越长江。悬索桥主缆跨度布置为340＋1 038＋305 m，锚碇间距离1 683 m，矢跨比为1/9。主缆横桥向中心间距为34.5 m，吊索顺桥向标准间距为16 m。主塔采用门形框架式结构，南岸塔高165 m，北岸塔高157 m。南岸锚碇采用扩大地下连续墙基础，北岸锚碇采用扩大基础结构形式[4]。

悬索桥上部结构施工，在主缆中心线下方各设置一幅猫道，采用三跨连续式布置，线形与主缆安装线形一致。猫道单幅宽度4 m，采用8根φ48 mm钢丝绳承重索，承重索中心线与主缆空缆中心线竖向距离为1.5 m。猫道架设采用单线往复式牵引系统，上、下游各设置一套牵引系统。

(2)猫道牵引系统概况

猫道架设采用单线往复式牵引系统，沿主缆中心线布置，由两岸的牵引卷扬机、散索鞍支墩门架导轮组、塔顶导轮组、转向支架、牵引索、拽拉器等组成[5]，主要用于提供猫道架设时托架承重索与定位索、猫道承重索、门架承重索、扶手索及猫道面网等安装时所需的牵引力。猫道总体布置见图1。

图1 猫道总体布置(单位:m)

3 先导索牵引方案比选与确定

3.1 方案比选

悬索桥采用空中牵引法架设先导索的方法主要为拖船空中牵引法、火箭抛送法、飞艇牵引法及无人机牵引法等[6]。

(1)拖船空中牵引法

先导索由塔顶放出，拖船牵引使钢丝绳悬挂在空中，随着拖拉船前进的同时，相应放松先导索。拖船法主要适用于跨江河、湖海等水域的悬索桥施工，方法简单，易施工。但是该方法存在施工费用大、对风浪等水文条件要求高、安全风险大、施工许可手续繁琐等不利因素。

(2)火箭抛送法

火箭抛送法以火箭为动力源，确定火箭的落点方位，通过工作绳将先导索和火箭连接，利用发射后的惯性牵引实现先导索的跨越。该方法无需封航，但落点精度低[7]。

(3)无人机牵引法

无人机架设先导索，通过无人机牵引极细绳索连接大桥两塔，再利用卷扬机以小绳牵引大绳的方式，逐级递换大直径牵引索。无人机牵引先导索过江，施工操作简便，能精准到达预先设定位置，架设过程中安全风险低，较传统空中牵引方法操作时间短，施工过程中劳动力需求少、劳动强度低、自动化程度高、施工效率高[8]；不受地形限制，无须采取封航、封路等交通管制措施，不影响长江航道正常航运，施工干扰小。

3.2 架设方案确定

结合千米级跨径长江大桥项目实际，为保证提高工效、避免长江航道封航、降低先导索过江安全风险，经研究决定采用无人机架设先导索法。

4 下游牵引系统施工

(1)边跨牵引索架设

牵引索(φ36 mm钢丝绳)从锚碇后方布置的25 t主牵引卷扬机引出后，采用塔顶10 t卷扬机将牵引索经锚碇门架导轮组牵拉至塔顶，并临时锚固在塔顶门架立柱上。

(2)先导索架设

采用一台工业级六轴无人机牵引φ2.5 mm韩国丝先导索过江，无人机在南塔顶起飞，在北塔顶接收先导索，先导索到位后临时锚固到塔顶门架上。选定晴好天气，在南岸塔顶启动无人机进行试飞确认。正式牵引前，通知航道安全维护单位进行施工水域航道安全警戒，观察员在北塔下横梁上就位，配备望远镜观察先导索过江过程中的垂度(绳索垂度控制在110～140 m之间)，并及时反馈信息。先导索φ2.5 mm韩国丝绳盘放置在小放线架上，将绳头与无人机相连，待收到指令后起飞。缓慢启动无人机，匀速缓慢飞行牵引φ2.5 mm韩国丝绳头由南岸下游塔顶至北塔下游塔顶后，将先导索临时锚固到北岸塔顶门架上，并将绳头连接在收线盘上。整个先导索过江历时大约10 min(见图2)。

图2 无人机牵引过程

(3)过渡索逐级置换

牵引系统中跨过渡索包括 φ3.5 mm、φ6 mm、φ12 mm、φ16 mm杜邦丝牵引绳及φ16 mm、φ24 mm钢丝绳牵引索。其中二级索φ3.5 mm杜邦丝绳索采用人工牵引过江，其余绳索采用卷扬机牵引过江完成置换。

在北岸塔顶将φ3.5 mm杜邦丝放置在放线架上，将绳头引出并与φ2.5 mm韩国丝绳头相连接。两岸统一指挥，开始人工牵引，北岸塔顶放索，南岸塔顶同步收索，观察员在下横梁上观察绳索垂度。过渡索置换牵引过程中，控制放索速度与收索速度基本一致，保证跨中垂度可控。后续利用相同的方法，通过六次往复牵引替换过渡索，最终将2＃主牵引索(φ36 mm钢丝绳)牵拉至南岸塔顶。

(4)下游牵引系统形成

将2＃主牵引索(φ36 mm钢丝绳)牵拉至南岸塔顶后，在南岸塔顶通过拽拉器将1＃主牵引索与2＃主牵引索连接成一体。北岸下游塔顶2＃主牵引索(φ36 mm钢丝绳)与塔顶门架临时锚固后，采用南塔下游塔顶门架上两台10 t卷扬机同步牵拉收紧塔顶两侧φ36 mm钢丝绳牵引索，再利用南塔下游塔吊将1＃牵引索提起并放入塔顶门架导轮组中，然后解除塔顶门架两台卷扬机钢丝绳与牵引索的临时连接。利用北塔下游塔顶门架上两台10 t卷扬机同步牵拉收紧塔顶两侧φ36 mm钢丝绳牵引索，利用塔吊将2＃牵引索提起并放入塔顶门架导轮组中，再解除塔顶门架两台卷扬机钢丝绳与牵引索的临时连接[9]。

启动南、北两岸锚碇后方下游25 t主牵引卷扬机，调整牵引索的垂度和张力，确保牵引索线形符合设计要求。试运行符合要求后，即形成下游猫道架设的单线往复式牵引系统(见图3～图4)。

图3 下游牵引系统形成

5 上游牵引系统施工

下游牵引系统形成后，分别将南、北岸上游锚碇后方25 t卷扬机φ36 mm钢丝绳引出，采用塔顶10 t卷扬机将牵引索经锚碇门架导轮组牵拉至上游塔顶并临时锚固。

采用北岸下游塔顶卷扬机牵拉临时锚固在塔顶的上游牵引系统φ36 mm钢丝绳牵引索，经单向滑轮转向牵拉至下游塔顶，与下游牵引索拽拉器连接后，牵拉过江至南岸下游塔顶，再经转向牵拉至上游塔顶，通过拽拉器与先行临时锚固在塔顶的南岸上游牵引系统φ36 mm钢丝绳牵引索连为一体。牵引完成后，将上游牵引索横向荡移，先荡移南塔侧，再荡移北塔侧[10]。荡移作业时，利用下游塔顶门架上的10 t卷扬机配合上游锚碇后25 t主牵引卷扬机同步、协同牵拉作业，将上游牵引索从下游逐步荡移过渡至上游设计位置[11]，与上游塔顶门架上的卷扬机临时锚固、拉紧，然后解除下游塔顶卷扬机钢丝绳与上游牵引索的临时连接(见图5～图6)。

图4 下游牵引系统试运行

图5 上游牵引索牵引过江

图6 上游牵引索荡移

牵引绳入导轮组采用上游塔顶门架上两台10 t卷扬机同步牵拉收紧塔顶两侧φ36 mm钢丝绳牵引索后，利用塔吊将牵引索分别提起并放入塔顶门架导轮组中，然后解除塔顶门架两台卷扬机钢丝绳与牵引索的临时连接。试运行符合要求后，即形成上游猫道架设的单线往复式牵引系统。

6 结束语

棋盘洲长江公路大桥采用无人机牵引先导索在不封航的情况下飞越长江，通过过渡绳多次置换，继而完成猫道架设牵引系统的施工。该施工技术方案应用成本低、工效高、安全环保，在今后跨越千米级海湾、江河、峡谷等大跨径悬索桥猫道架设牵引系统的施工中具有一定的借鉴和推广价值[12]。