汕湛高速公路西江特大桥猫道施工关键技术

张光辉,牟 芸,刘红胜,周 雄

(1.保利长大工程有限公司,广州 510630;2.武昌首义学院城市建设学院,武汉 430064)

1 工程概况

汕(头)湛(江)高速公路清远清新至云浮新兴段是广东省高速公路网规划的“第二横”——汕(头)湛(江)高速公路的重要组成部分,该项目为汕(头)湛(江)高速公路清远清新至云浮新兴段西江特大桥设计施工总承包SSZB合同段(清云高速公路西江特大桥项目),起讫点桩号K113+300～K116+300,总长3 km,标段为TJ11,位于肇庆市、云浮市。

合同段主桥为西江特大桥,全桥共3联:2×47 m+(202 m+738 m)+4×45 m,主桥为边跨202 m(清远侧)+主跨738 m的双塔双跨吊钢箱梁悬索桥,矢跨比1/9,大直径钻孔灌注桩基础,重力式锚碇基础,门框式主塔,预制平行钢丝索股形成主缆,平行钢丝吊索,扁平流线型钢箱加劲梁。

2 猫道结构设计概要

根据主桥结构特点,上、下游各设置一条猫道。猫道位于主缆空载中心线形下方1.5 m,长约1 277 m,单条猫道宽4 m。猫道承重索采用三跨连续结构,从北往南跨径依次为294.3 m(北边跨)+738 m(中跨)+198.4 m(南边跨)。猫道承重结构由8根φ48 mm猫道承重索、2根φ40 mm门架支承索、2根φ24 mm扶手索及4根φ14 mm栏杆索组成。猫道承重绳与门架支承索的竖向间距为6.5 m,与扶手绳的垂直间距为1.5 m,扶手绳下设2根φ14 mm护栏绳。猫道剖面图如图1所示。

猫道北岸侧锚固在北锚碇前墙,南岸侧锚固在南锚碇前墙。猫道在南北塔顶通过转索鞍和压板进行锚固,主塔顺桥向两侧采用变位钢支架跨塔顶,主塔处布置如图2所示。根据需要设置下拉装置保证猫道与主缆之间的工作间隙。上下游猫道通过7座横向天桥进行连接。横向天桥采用钢管焊接桁架,北边跨设置1道,中跨设置5道,南边跨设置1道。每道横向通道长36 m,通过横向通道底梁和U型螺栓固定在猫道承重索上。

3 猫道详细施工工艺及关键技术

猫道施工前应做好前期准备,包括人员材料工具准备、门架改造、支架搭设、塔顶临时鞍座、预埋件安装检查、牵引系统卷扬机布置就位。架设应选择在天气较好的情况下进行。

3.1 牵引系统

张晖等[1]提到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。

全桥上下游设2套独立猫道架设系统,猫道架设采用单线往复式牵引系统。牵引系统主要由储绳筒、卷扬机、钢丝绳、滑轮组和拽拉器串接而成。单套牵引系统采用2台20 t卷扬机,牵引钢丝绳采用直径φ36 mm钢丝绳。先导索过江工艺流程见图3。

3.2 托架系统

托架系统由承重索(2条φ24 mm钢丝绳,猫道扶手绳)、定位绳(2条φ14 mm钢丝绳,猫道栏杆绳)和托架组成。牵引系统架通后,利用牵引系统直接架设2条φ24 mm钢丝绳;塔顶设置2台8 t卷扬机将φ14 mm定位绳和托架完成布设。

3.3 猫道锚固及调节系统安装

猫道承重索、猫道门架承重索锚固及调节系统由预埋件、扁担梁、调节拉杆、千斤顶组成,承重索预埋件提前安装在前支墩前墙处,门架绳预埋件提前安装在前锚面上。猫道锚固及调节系统采用地面组装成整体,塔吊整体吊装工艺。

3.4 猫道承重索架设

杨学祥等[2]指出猫道承重索施工线形精确控制是至关重要的一环,它关系到主缆架设的施工质量和工期。猫道承重索采用拖架系统辅助铺设,牵引系统由北锚碇前支墩处向南锚碇连续牵引架设完成。猫道承重索架设按照上下游对称整根架设,确保裸塔两侧水平方向受力平衡。猫道承重索按照8、9、1、16、2、15、7、10、6、11、3、14、4、13、5、12顺序架设。承重索顺序如图4所示。

3.5 猫道线形调整

猫道承重索架设完成后,就通过测量调整猫道线形使之符合设计要求。猫道线形平行于主缆线形,一般情况下整体布置于主缆线形下方[3]。猫道线形调整先通过调节拉杆整体调整线形,然后单根线形采用连接拉杆逐根进行调整(先中跨后边跨、先整体后逐根的原则)。

猫道承重索垂度和猫道线形控制测量主要采用三角高程测量方法。猫道承重索横移就位后,根据监控值计算出空缆阶段猫道承重索调整值,对承重索进行垂度调整。调整方法为:1)初调,利用主塔和支墩上的卷扬机将承重索的标志点调整到相应标志点位置上。2)精调,调整顺序为:先中跨后边跨。

(1)首先进行中跨猫道承重索调整。全站仪测量中跨跨中点垂度及中跨跨径,结合现场温度计算出实际需要的调整量,并与监控计算值比较。满足要求后,在塔顶转索鞍处锚固,并用油漆做好标记。(2)待中跨猫道承重索固定好后,进行边跨猫道承重索调整。边跨调整通过锚固在锚块前锚面上的锚固调节系统进行,调整步骤同中跨。(3)调整计算垂度过程中,注意边跨塔顶处变位刚架的影响。猫道承重索标高调整允许偏差控制在30 mm以内。

3.6 变位钢架安装

猫道线形调节完成后,安装变位钢架和下拉装置。8根猫道承重索的转索鞍对称布置在主索鞍的两侧,在离主塔4.5 m位置,对猫道承重索用变位刚架进行变位,使各承重索跨过主索鞍,满足猫道断面设计要求。变位钢架安装完成后,在两个主墩跨中侧安装下拉装置(下拉装置采用钢丝绳,钢丝绳一头捆绑在边跨钢架双拼的H482工钢上,一头连接于塔壁的下拉吊耳处),然后下拉调整线形。

3.7 面网及横向通道铺设

猫道面层采用下滑铺设法。面网铺设从塔顶开始,并按设计要求铺设型钢横梁。用U型螺栓(尺寸比承重索稍大)将面网与型钢卡在猫道承重索上。每铺设完成112 m面层安装一道横向天桥,如此循环至猫道合龙。李昶[4]和代皓[5]研究指出横向天桥结构可以有效地约束猫道结构的扭转变形,增强猫道的抗风稳定性。另一方面也有利于施工,节约了成本[6]。面网及横向天桥现场施工图见图5和图6。

3.8 猫道门架架设

单侧猫道设置2根φ40 mm的猫道门架承重绳,通过塔顶和锚碇门架导轮锚固于锚定前锚面预埋件上。门架承重绳调节完成后,开始进行猫道门架架设。单条猫道共计21个猫道门架,北边跨5个,中跨13个,南边跨3个,每个猫道门架上设2个导轮组。门架安装顺序:中跨从跨中开始往塔柱安装,边跨从塔柱开始,往锚碇方向安装。

3.9 附属设施安装(包含托辊)

根据主缆架设施工需要,采用双线循环架设系统。单条猫道需配备双排托辊,托辊采用900 mm高尼龙托辊,支架采用型钢焊接而成。单个托辊重约65 kg,间距8 m,单条猫道共计托辊320个。托辊采用主墩塔吊吊装到猫道面后,由牵引系统牵引到托辊安装位置安装固定在猫道上。

沿猫道一定距离在扶手立柱上安装猫道照明灯具、通航安全标志和配电箱,完善整个猫道及牵引系统,最终完成猫道架设。

4 猫道架设施工过程中的优化

1)原设计三位一体的变位支架(变位、下拉、操作底篮)中的下拉采用的是吊耳,下拉钢丝绳通过卸扣与下拉吊耳连接。由于下拉吊耳的受力不是很明朗,为保证下拉的受力安全,且减少焊缝数量,现场将下拉吊耳取消,将下拉吊耳改成直接用钢丝绳进行捆绑,并焊制护角,这样更好地保证了结构的受力安全。现场具体施作如图7所示。

2)为保证主缆的顺利架设,猫道托辊必须保证线形的顺直,这对托辊的安装精度提出了很高的要求。根据现场实际情况,提前在猫道底梁上进行打洞(作为托辊安装的预留螺栓孔),猫道铺设完成后,托辊直接与猫道底梁进行拴接,保证了托辊都在一条直线上。现场具体施作如图8所示。

5 结 语

猫道属于悬索桥施工必备的临时结构,从始至终贯穿整个悬索桥上部构造施工过程。许多工程实例证明,其架设速度直接影响后续的工期;其质量的好坏,直接影响后续工作的安全性[7-10]。西江特大桥整个猫道架设时间约一个半月,猫道质量可控,为后续主缆架设等工作的顺利开展打下了坚实的基础。