空间缆悬索桥主缆牵引系统的布置和施工

徐 靖

（四川路桥华东建设有限责任公司，四川 成都 610299）

0 引言

牵引系统是悬索桥施工的重要结构，常规平行主缆悬索桥普遍采用循坏式或者往复式牵引系统进行布置，空间主缆悬索桥的主缆施工工艺是先进行平行架设，紧缆完成后再顶推至空间主缆状态，所以针对空间主缆和岩锚锚碇的桥型应考虑不同的牵引系统布置方式进行施工，并同时考虑经济性和工效的要求。本文挪威哈罗格兰德大桥主缆牵引系统布置和施工进行总结，展示其经济性和工效，为类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 桥梁概况

挪威哈罗格兰德大桥位于挪威诺德兰郡纳尔维克市，为世界上已建成通车的跨径最大的空间主缆悬索桥，同时也为北极圈内跨径最大的悬索桥。该桥主桥为双塔单跨钢箱梁悬索桥，主跨长度为1145m，K 岸侧（Karistranda）、O 岸侧（Oyjord）边跨长度分别为250.94m和225.26m，锚跨各长15.73m和15.01m。桥塔为钢筋混凝土塔柱，K岸和O岸塔高分别为175.7m和170.1m，采用A字形变截面。桥塔基础采用双圆形沉箱基础，K岸和O岸分别建于水深29m和19m处。K岸尺寸为直径9.5m，高27.6m；O岸尺寸为直径9.5m，高14.7m，嵌岩深度分别为5.8m和8.2m。K岸和O岸锚碇采用预应力岩锚基础。大桥单根主缆由40根通长索股组成，K岸和O岸各设置4根和2 根背索，单根索股采用127 丝Φ5.96mm、抗拉强度1770MPa的镀锌高强钢丝。

全桥共设置110根吊索，吊索纵向间距20m，吊杆倾斜布置，竖向倾角介于2.95°～7.73°。钢箱梁采用单箱室扁平流线型，正交异性钢桥面板，总长1145m（见图1所示），垂跨比1∕10，共划分为30个节段。节段重量为120～250t，总重约7300t。箱梁宽度为18.6m，高度3.0m，横桥向坡度为3%。包括外侧一条3.5m宽自行车道，钢箱梁桥面最高点高度44.2m。桥面布置为双向2车道，车道宽度4.8m。

图1 哈罗格兰德大桥布置效果图（单位：m）

1.2 建桥条件

大桥地处北极圈内，冬季长达7个月以上，极寒且伴随强降雪，这对结构耐久性提出挑战；加之北极圈内特有的极夜气候，夜长昼短，施工难度大。

大桥采用空间主缆、A型主塔结构形式。大桥桥宽仅为18.6m,较小的宽跨比给主梁设计以及施工过程抗风带来挑战。空间主缆在超千米主跨悬索桥首次使用，缆索系统及临时结构施工等方面，无法借鉴以往平行主缆悬索桥的建设经验；主缆架设与钢箱梁施工受低温及风雪环境影响，施工效率低下；雪载与冰载对临时结构有影响；低温对混凝土浇筑、钢结构焊接、油漆涂装、桥面沥青铺装施工与质量控制等都有较大影响[1-3]。

2 主缆牵引系统的布置和施工

2.1 主缆牵引系统的布置

该桥主缆由于为空间主缆，主缆安装工艺为先平行架设完成后进行主缆顶推施工从而形成空间主缆线性。该桥单根主缆由40根通长索股组成，K岸和O岸各设置4根和2根背索，见图2所示。

图2 挪威主缆牵引系统总体布置图

悬索桥主缆采用PPWS法施工时,主缆的架设方法一般有往复对拉和循环式两种。该桥采用左右幅整体大循环牵引系统进行主缆架设。相比往复式牵引系统，该桥所使用的牵引系统可节约卷扬机数量，相比传统大循环的牵引系统，该桥所使用的牵引系统可减小牵引卷扬机的吨位，且牵引过程中主缆反拉力更易控制。

牵引和反拉卷扬机设置在K岸锚碇侧前方（见图3所示），牵引钢绳出卷扬机通过万向轮转向至左右侧锚室，通过设置在锚碇门架上的转向轮转向至前锚面，通过前锚面转向架后再次进入导轮组后进入边跨猫道系统（见图4所示）。

图3 牵引系统K岸锚碇布置图

图4 牵引系统在边跨猫道上布置

牵引系统在中边跨猫道上布置与常规悬索桥布置类似，在猫道上每9m设置一个猫道托辊，在每个猫道门架上设置小导轮。

牵引系统在主塔附近布置与其他悬索桥类似，主塔附近猫道托辊根据线性变化相应加高，牵引绳拖过设置在塔顶门架上的导轮组经过塔顶门架进入中跨猫道，见图5所示。

图5 牵引系统在塔顶布置图

牵引系统在中跨猫道上类似，由于中跨猫道在主缆架设期间为左右幅整体连接状态，在猫道门架上根据相应位置设置小导轮，见图6所示。

图6 牵引系统在中跨猫道上布置

在O岸锚室上方通过设置简易托辊的方式作为主缆通过锚室上方的一个简易通道，在入锚时则通过后方反拉卷扬机抬升主缆及锚头离开简易通道后再下放至锚室进入主缆入锚施工，见图7所示。

图7 牵引系统在O岸锚碇布置

根据O岸的地形条件，牵引系统转向设置在锚室后方，通过设置在O岸锚碇门架上的反向转向架，牵引绳到达锚室后方，再通过设置在引桥桥台两侧的转向架转向至另一侧，从而形成整个左右幅整体大循环主缆牵引系统，见图8所示。

图8 主缆牵引系统

2.2 主缆牵引的施工

猫道完成后，在O岸锚碇通过履带吊将主缆索股吊运至放索架上，通过锚头与小卷扬机连接，启动O岸锚碇后方小卷扬机通过简易通道将主缆锚头牵引至O岸锚碇门架附近，再将锚头与拽拉器连接开始进行主缆牵引，牵引速度一般控制在10～20m∕min，如果在塔顶等位置则应将牵引速度适当降低，一般控制在5m∕min左右。在牵引过程中应注意着色丝的位置，并通过鱼类夹等辅助工具防止主缆扭转。在实际施工中牵引时间约和主缆入鞍时间相等，对于人力资源配置的利用率也得到相应提高，避免在牵引过程中待工等情况的发生。

3 结束语

综上所述，主缆牵引施工为悬索桥上部结构施工中重要工序，其设计的合理性直接影响牵引效率和施工工期。挪威哈罗格兰德大桥特殊的空间主缆和A型塔设计对于悬索桥上部结构施工提出新的挑战，针对空间主缆的施工方法及该桥实际主缆施工数量和施工周期需求，提出左右幅大循环牵引系统的施工方法，通过2台卷扬机、K岸和O岸转向架、简易通道、塔顶锚碇导轮组等形成牵引系统。在完成一个牵引施工的时间内，利用牵引期间人工需求较少的状态完成另一根索股的入鞍施工，提升了施工效率，节省了施工设备的投入，为空间缆悬索桥主缆牵引施工提供了新型解决方案。