悬索桥主缆架设施工中存在的问题与优化

悬索桥主缆架设施工中存在的问题与优化

吴昊 汤金玲

中交二公局第一工程有限公司 430051

摘要：悬索桥施工，重点在于主缆架设环节，这一环节的作业效率与质量对工程整体建设质量具有决定性影响，决定着悬索桥是否足够安全与稳定。因此，要重点关注悬索桥工程施工中的主缆架设施工环节，根据可能出现的问题提出针对性解决方法，提升主缆架设可靠性，从而辅助保证悬索桥工程质量。以真实悬索桥工程作为研究角度，分析工程的情况提取其中施工问题，提出问题解决方法，之后对悬索桥主缆架设施工的综合优化措施进行深入探究。

关键词：悬索桥工程；主缆；架设施工；问题；优化

主缆是悬索桥的重要构成部分，绝壁连接桥塔与桥锚、传递桥面系自重、车辆荷载、桥梁上部结构自重的作用。主缆架设施工质量对悬索桥工程整体质量起到决定性作用，直接关系着悬索桥是否能发挥各项功能，是否具备较强安全性能。牵引施工问题、索股入鞍问题、调整作业问题等是本次施工中容易出现的情况。针对这些问题，需要在具体工序中采取措施，严谨落实各项架设操作，规避此类问题^[1]。同时，要加强对主缆架设施工的优化，根据工程实际情况规范施工过程；也可以借助先进软件模拟施工过程，有效提升索缆系统施工质量，保证达成主缆架设目的。

1. 具体工程

CT长江大桥工程（下文均以“大桥工程”代替）全长1600m。桥梁工程分为两部分，具体情况为：（1）跨江主线路全长880m，采用双塔单跨结构，主缆的间距29.2m，分三跨，具体数据为250m+880m+250m；IP点高程为+372.5m。（2）两岸的引桥，主缆高程分别为+248.0m、+253.0m，两侧横桥与中心的间距是39.2m。

“大桥工程”的主缆的材质是镀锌高强度钢，结构是预制平行钢丝索股，索股是由110股127 5.1mm构成，钢丝的标准抗拉强度≥1770MPa。本次主缆架设施工中，为了确保索股架设施工过程中的界面形状，施工人员需要沿着索股长度方向进行绑扎，每隔1.5m进行一次绑扎，让钢丝索股的界横截面呈正六边形（如图一），索股的标志丝在截面的左上角，用来控制索股架设时不扭转；标准丝在横截面的右上角，起到控制索股整体长度的作用。之后，工作人员要分别设置锚头，促使其位于索股的两端位置；本次使用的锚头材料，由锌铜合金材料制成，以浇筑法固定锚杯，以热铸法固定锚头，以此实现锚头与锚杆的牢固结合。

图一 主缆索股界面

二、工程施工中存在的问题

根据“长江大桥主缆工程”实际情况，在实际施工中容易在主缆索股牵引、索股入鞍及调整环节产生施工隐患，以期质量问题，具体问题如下。

1. 牵引施工问题

主缆索股牵引环节，施工人员需要将卷扬机设置在索股一端的锚碇位置，利用猫道一侧的滚轮促使牵引绳到达对岸；同时让牵引绳向后转，利用锚道另一侧的滚轮将牵引绳送回来，形成一个完整的、巡回的牵引系统。这样的作业过程中，散索鞍与主索鞍滚轮需要承受较大压力，会增加牵引阻力，从而增加滚轮的磨损程度，导致其在施工时出现扭转，引起施工事故^[2]。在放索环节，若出现突然停放，或者出现突然降速的情况，放索盘会在自身惯性作用之下继续转动，此时放索盘前端的索股承受巨大张力，从而绷断，引起索股松脱。

2. 入鞍施工问题

索股入鞍是牵引完成之后的工序，这一工序十分重要，直接决定了本工程中主缆架设是否成功。在入鞍之前，施工操作人员需要完成锚头的安装工作，同时在鞍座门架处放一台千斤顶设备。之后利用锚道滚轮提升索股，促使索股升到鞍体上方。这一过程中，需要整圆索股，握紧装置，将安装到位，以便于之后能利用千斤顶与钢绞线束连接牢固。在回收钢绞线束环节，遵循“主跨→边跨”的作业次序，细致认真调整索股，促使索股在设计位置（鞍座上方7cm处），完成锚固。在索股入鞍时，若没有严谨控制入鞍的位置，则会增加下一步调整的难度，甚至出现窜丝、鼓丝、弯折等问题^[3]。

3. 调整施工问题

索股调整过程中，施工人员会根据绝对垂度数值，按照“先中跨，后边跨”的顺序对主缆索股进行调整，确保索股基准符合施工参数要求。但是在索股调整的过程中，需要采用相对垂度，很容易出现由于散鞍、主鞍滑移引起的质量问题；或者出现鞍槽内索股调整之后滑移的情况，影响主缆索股基准精度，从而影响悬索桥主缆架设的整体情况。

三、悬索桥主缆架设施工问题的解决方法

根据上述三点问题，本次根据悬索桥工程实际其概况，提出如下解决方法，以此提升主缆架设质量。

1. 牵引问题解决方法

1. 选择宽大的滚轮作为牵引绳滚轮，确保滚轮本身的实用性；将滚轮与股索滚轮分开，同时在牵引绳上安装卡具，控制卡具间距，避免出现滚轮上牵引绳跳出的情况。

2. 考虑索股在放索过程中扭转的情况，可以调整滚轮宽度，确保滚轮宽度在索股直径的3倍左右，让滚轮水平面与侧面夹角保持在120°之间，此时放出锚头，能够更精准控制承重索索夹间隔（300m），控制前行速度字30-40m/min之间。

3. 针对索股出现的呼啦圈问题，施工人员在放索环节加强对制动装置的控制，将其与偏心架同时设置在索盘侧面。这样一来能够控制牵引速度，促使其超过索盘的转动速度^[4]。

2. 入鞍问题解决方法

（1）针对索股变形松散的情况，施工人员要严格按照设计要求控制着色丝、普通钢丝的位置，保证索股顺利进入方形鞍槽格栅内。在入鞍施工完成之后，将千斤顶放松，依次完成索股整形，按照“先边跨，后主跨”的顺序调整主索鞍，按照“先锚跨，后边跨”的顺序调整散索鞍。在索鞍调整完成之后，使用钢片叉拨装置夹住固定索股，移动夹子完整索股的整形，逐渐将索股位置调整到设计位置。在完成全部索股调整之后，根据设计图纸要求，在索股表面裹上强力纤维胶带。

（2）针对索股入鞍精度问题，施工人员要加强对入鞍施工作业的控制。实际操作中，保证安装中心与主塔索股中心的一致性，同时调整主鞍中心线与另一个主塔索股位置的间距，控制在边跨方向的间距为20cm，从而提升跨中索股位置的精准性^[5]。

（3）针对入鞍作业环节的索股扭转问题，施工人员可以在扭转位置缠裹柔软布带；在缠裹布带之后分别在布带上下两面施作操作扣，以便于之后插入扳钮手柄。

（三）调索问题解决方法

（1）针对调索精准度不足问题，建议要反复多次调索，解决可能发生的基准索股位置不准确的情况。在调索作业环节，施工人员需要测量基准索下方的跨长、标高，测量塔顶标高、下缘处，获取精准参数，以便于之后调索过程中确定变位情况。施工人员要分别测量主缆的标高参数、垂度参数，测量散索鞍与主索鞍的预期偏量，测量索股温度，全面获取擦书数据，在施工时根据环境要求计算调整量，有计划地调整索股^[6]。施工人员要尽可能选择温度较为稳定的时间段测量，连续测量3天，确保索股在长度方向的温差在2℃以内，确保温度数值稳定。在三次测量结束之后，对测量结果取平均值，这就是基准索股的标高值。

（2）针对散索鞍、主索鞍滑移问题，需要优化调索方案，保证调索过程中受力均衡。在施工中，施工人员根据设计要求合理预估鞍体预偏量，检查鞍座与鞍体安装情况，确保安装牢固；完成主缆架设施工之后，解除约束^[7]。

四、悬索桥主缆架设施工的综合优化措施

根据上述对“长江大桥主缆工程”架设过程中可能产生的问题及其解决方法进行研究，发现之所以产生安装问题，是由于安装过程不规范引起的。为了确保主缆架设施工质量，建议施工人员在完成上述针对性操作的同时，采取优化措施，具体如下。

1. 优化主缆架设，规范施工过程

“长江大桥主缆工程”属于悬索桥主缆架设施工，施工规模较大，涉及工序较多，且桥梁承重要求较高。主缆架设是悬索桥工程施工的关键环节，主缆架设的精度能够直接影响悬索桥整体的结构状态、结构线形、受力情况。因此，需要加强对主缆架设中的施工精度控制，以此提高主缆架设的施工进度、桥梁整体受力水平。在主缆架设的整体施工中，要重视基准索股架设环节，控制基准索股的绝对垂直度、两根索股之间的相对垂直度、主缆成缆之后的线形标高、主缆索股张拉力。建议要规范施工过程，包括：（1）完成锚道架设之后，以锚道为平台架设主缆，可以根据实际情况灵活选择PWS法、A.S法。（2）以预制钢丝股架设主缆，需要根据主缆索股在无应力状态下的长度，提前制作主缆的索股。在制作完成之后进入使用现场，采用锚道进行拉拽架设^[8]。完成牵引之后，利用滚轮将索股提升到鞍座的位置，完成整形、入股；之后等待夜间温度稳定时调整索股垂直度，调整之后锚固。（3）架设主缆索股之后记性紧缆作业。根据工程实际情况，可以选择呢预紧缆作业、正式紧缆作业^[9]。

2. 模拟施工过程，确保施工精度

为了提升悬索桥主缆架设精准度，建议利用现代软件系统进行施工模拟。在施工模拟中，可以以空缆状态为计算模型，采用正装累加模型，对悬索桥的主缆架设过程进行模拟、计算，辅助完成施工过程的计算工作，根据计算结果完成下料与加工线形。根据主缆索股状态线形、空缆状态线形完成计算，确定无应力状态之下的下料长度（如表1）。完成计算工作之后，根据计算结果进入现场制作与施工控制环节，进一步提升了悬索桥主缆架设精度。

表1 无应力下料加工长度表

3. 控制塔偏与温度影响，提升主缆基准索股垂直度

根据上述的“可能产生的问题及其解决方法”研究，发现：悬索桥主缆基准索的塔偏、环境温度会影响基准索垂直度的调整。因此，在实际过程中，建议施工人员将主缆标记作为一种辅助手段，获取更高的控制精度，而不是作为唯一手段。在施工中，要充分考虑温度。主塔偏位情况的影响，在已经明确边界条件、主缆索股材料特性的情况下，确保主缆索股线形标高与无应力长度相等，这样可以通过加强对丝股线形的控制提升丝股的无应力长度控制水准，进一步提高主缆基准索股垂直度^[10]。另外，建议完成空缆状态计算，以此获得空缆线形标高，之后将索塔偏位数据代入计算公式中国，根据现场环境温度、理论华景温度计算索股标高数值，以此为依据进行调整。

结语：

根据上述工程施工研究可以发现，悬索桥主缆架设问题主要发生在牵引、入鞍与调整环节，施工人员要重点关注这三个作业环节，严谨操作、有序落实技术措施，确保技术操作精准有效，避免产生此类问题。为了更好地完成悬索桥工程建设目标，建议要立足主缆架设施工整体视域，既要规范主缆架设全过程，又要重点控落实架设过程中的塔偏控制、温度控制、锚跨索股张力控制、索夹放样控制等环节，提升主缆基准索股垂直精度，提升桥梁主缆施工质量。

参考文献：

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[10]张李,余显全,李庆达.悬索桥主缆索股入鞍段预成型及架设施工工艺[J].住宅与房地产,2018(07):232.