懸索橋貓道施工方法研究
2018-02-22
1.前言
貓道是懸索橋施工必備的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，作為主纜架設(shè)、索夾和吊索安裝、鋼箱梁吊裝、主纜防護(hù)等提供施工操作平臺(tái)、材料及工具運(yùn)輸通道，其使用從始至終貫穿整個(gè)懸索橋上部構(gòu)造安裝施工過(guò)程，使用周期長(zhǎng)。貓道施工質(zhì)量的好壞，直接影響后續(xù)工作的成敗，是懸索橋施工的關(guān)鍵工序。本工法根據(jù)虎門(mén)大橋和黃埔大橋貓道施工的成功經(jīng)驗(yàn)編制而成，實(shí)踐證明可行。
2.工藝原理
貓道由承重結(jié)構(gòu)（包括承重索、支點(diǎn)索鞍、變位剛架、錨固機(jī)構(gòu)等）和輔助結(jié)構(gòu)（包括扶手、面網(wǎng)、門(mén)架、壓梁、天橋、防滑木條等）組成，其上布置牽引系統(tǒng)、簡(jiǎn)易纜索吊（天頂小車）等機(jī)具，以輔助主纜和吊索安裝。選擇合理的計(jì)算模式，充分考慮貓道自重及可能作用其上的荷載組合，使承重索數(shù)學(xué)線性與主纜基本一致，并使作用于塔頂兩側(cè)的水平力處于平衡工況。為確保結(jié)構(gòu)安全，承重索安全系數(shù)一般不小于3.0。貓道既要保證有足夠的承載力和抗風(fēng)能力，又要有合適的垂度和變形能力，還要保障其上作業(yè)人員的安全和必要的舒適度。貓道架設(shè)過(guò)程注意各跨的作業(yè)平衡、盡量減少對(duì)塔柱的變位影響、確保主纜的架設(shè)質(zhì)量。貓道一般布置見(jiàn)圖1。
圖1 貓道一般布置見(jiàn)圖
3.施工工藝
3.1施工準(zhǔn)備
索鞍安裝就位，牽引系統(tǒng)形成，貓道構(gòu)件加工完畢，即可開(kāi)始進(jìn)行貓道安裝。
根據(jù)主纜的線形、貓道各構(gòu)件的重量、以及貓道正常使用時(shí)的荷載分布，確定貓道承重索的數(shù)學(xué)線性計(jì)算式，從而計(jì)算出各跨中點(diǎn)的標(biāo)高。
3.2施工順序及流程
貓道施工順序分為安裝、使用、拆除三個(gè)階段，其中使用階段按施工工況又分為主纜索股牽引、緊纜與索夾安裝及吊索安裝、吊梁、主纜涂裝纏絲四段。
貓道使用階段改裝流程如下：
?。ㄖ骼|索股牽引）→拆除主纜牽引系統(tǒng)→拆除門(mén)架→安裝簡(jiǎn)易纜索吊→拆除橫向天橋→（緊纜及安裝索夾）→貓道改掛→（吊索安裝及吊梁）調(diào)整貓道長(zhǎng)度使其適應(yīng)主纜線形→（主纜涂裝纏絲）調(diào)整改掛鋼絲繩配合涂裝和纏絲
貓道拆除流程如下：
拆除輔助結(jié)構(gòu)→拆除變位剛架→拆除簡(jiǎn)易纜索吊→拆除承重索→清除支點(diǎn)索鞍和錨固機(jī)構(gòu)
4.承重索安裝
4.1托架系統(tǒng)的架設(shè)
為確保中跨架設(shè)貓道承重索時(shí)，不影響通航，在中跨采用托架系統(tǒng)的方法架設(shè)，以確保貓道承重索的通航架設(shè)垂度。
首先，扶手繩在貓道承重繩架設(shè)過(guò)程中作為托架承重繩，其上平均每隔50m間距設(shè)置一個(gè)托架。托架承重索錨固于塔頂預(yù)埋件上，布設(shè)于上下游牽引系統(tǒng)下方。
架設(shè)時(shí)，托架承重索卷盤(pán)置于塔底邊跨側(cè)，繩頭借助塔吊繞過(guò)塔頂并由牽引系統(tǒng)牽拉。當(dāng)卷盤(pán)快放盡時(shí)，繩卡連接卷?yè)P(yáng)機(jī)，實(shí)施反拉，以確保其通航要求的凈空。
4.2貓道承重索的架設(shè)
貓道承重索由牽引系統(tǒng)由一側(cè)錨碇向另一側(cè)錨碇連續(xù)牽引架設(shè)完成。貓道承重索架設(shè)按照上下游對(duì)稱整根架設(shè)，確保裸塔兩側(cè)水平方向受力平衡。貓道承重索索盤(pán)全部就位于起點(diǎn)錨碇前面。
為確保貓道線形與主纜一致，在塔頂縱橋向兩側(cè)設(shè)置下壓橫梁。下壓橫梁經(jīng)鋼絲繩錨固于塔柱壁面預(yù)埋件。另外，為調(diào)整貓道承重索至設(shè)計(jì)間距，在下壓梁下方設(shè)置承重索變位鋼架。
貓道承重索架設(shè)步驟如下：
在起點(diǎn)錨碇布設(shè)貓道承重索索盤(pán)；由拽拉器掛接貓道承重索錨頭向?qū)﹀^牽引；跨越本側(cè)邊跨時(shí)直接在空中牽拉至塔頂；跨越中跨時(shí)系在托架上完成；跨越對(duì)岸邊跨時(shí)直接在空中牽拉至對(duì)錨；當(dāng)承重索接近對(duì)錨時(shí)，換接臨時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)滑車組牽拉承重索錨頭入錨；塔頂處借助門(mén)架、卷?yè)P(yáng)機(jī)滑車組及鏈葫蘆牽拉調(diào)整全橋承重索矢度，并橫移至塔頂承重索索鞍內(nèi)固定；用同樣方法架設(shè)另一條貓道承重繩；貓道承重索用完以后，托架承重索作為貓道扶手繩。
4.3 貓道承重索調(diào)整
貓道承重索橫移就位后，根據(jù)監(jiān)控單位計(jì)算出空纜階段貓道承重索調(diào)整值，對(duì)承重索進(jìn)行垂度調(diào)整。調(diào)整方法為：
初調(diào)：利用塔和支墩上的卷?yè)P(yáng)機(jī)將承重索的標(biāo)志點(diǎn)調(diào)整到相應(yīng)標(biāo)志點(diǎn)位置上。
精調(diào)。調(diào)整順序?yàn)椋合戎锌绾筮吙纭?）首先進(jìn)行中跨貓道承重索調(diào)整。全站儀測(cè)量中跨跨中點(diǎn)垂度及中跨跨徑，并測(cè)量溫度，計(jì)算出實(shí)際需要的調(diào)整量，并與監(jiān)控單位計(jì)算值比較。利用塔柱地面卷?yè)P(yáng)機(jī)調(diào)整，直至滿足要求，在塔頂轉(zhuǎn)索鞍處錨固，并用油漆做好標(biāo)記。2）待中跨貓道承重索固定好后，進(jìn)行邊跨貓道承重索調(diào)整。邊跨調(diào)整通過(guò)錨固在錨塊錨梁上拉桿系統(tǒng)進(jìn)行，調(diào)整方法同中跨。3）調(diào)整計(jì)算垂度過(guò)程中，注意邊跨塔頂處變位剛架的影響。貓道承重索標(biāo)高調(diào)整允許偏差控制在0.03m以內(nèi)。
4.4門(mén)架承重索安裝
貓道承重索架設(shè)、調(diào)整就位之后，進(jìn)行門(mén)架承重索的架設(shè)。同樣采用托架法進(jìn)行架設(shè)，門(mén)架承重索垂度調(diào)整同貓道承重索。門(mén)架承重索在塔頂不安裝變位剛架和下壓裝置。門(mén)架承重索通過(guò)塔頂和錨碇門(mén)架導(dǎo)輪，錨固于前錨面預(yù)埋件上。
5.輔助結(jié)構(gòu)安裝
5.1貓道面層鋪設(shè)
貓道承重索及貓道門(mén)架承重索架設(shè)、垂度調(diào)整完成之后，進(jìn)行貓道面層的鋪設(shè)工序。
貓道面層采用下滑鋪設(shè)法。鋪設(shè)貓道面層前，在貓道工作平臺(tái)上，高于承重索1m處，搭設(shè)一工作平臺(tái)，存放貓道面層網(wǎng)。
5.2 橫向天橋安裝
橫向天橋在地面上拼裝成整體，在貓道面層鋪設(shè)過(guò)程中，由塔吊吊至橫向天橋在貓道相應(yīng)位置安裝。橫向天橋與面層連接后，隨面層一起下滑。為減少橫向天橋與貓道承重索的摩擦力，減小貓道承重索的磨損，橫向天橋與貓道承重索之間采用滾輪相連接。 5.3門(mén)架、托滾及附屬設(shè)施安裝
在貓道鋪裝完成后，安裝貓道門(mén)架、門(mén)架導(dǎo)輪組、托架滾輪及貓道照明系統(tǒng)。由塔吊將門(mén)架吊至塔頂，將門(mén)架置于門(mén)架承重索上，利用塔頂卷?yè)P(yáng)機(jī)反拉，將門(mén)架下滑至設(shè)計(jì)位置安裝。利用牽引索將門(mén)架導(dǎo)輪組及托架滾輪牽引到相關(guān)位置，安裝固定。將牽引索提入門(mén)架導(dǎo)輪組內(nèi)，形成門(mén)架式單線往復(fù)式牽引系統(tǒng)。沿貓道一定距離在扶手立柱上安裝貓道照明燈具、通航安全標(biāo)志和配電箱，完善整個(gè)貓道及牽引系統(tǒng)。
6.貓道改掛
在鋼箱梁吊裝過(guò)程中，中跨主纜的中點(diǎn)要下降，邊跨主纜的中點(diǎn)上升，主纜的線形隨著施工進(jìn)程不斷地變化。因此在鋼箱梁吊裝前，為了使貓道隨主纜的線型變化而變化，需要把貓道懸掛于主纜之上，使其保持與主纜線型一致，并在吊裝過(guò)程放松貓道錨固系統(tǒng)調(diào)整裝置，控制貓道與主纜間距離相對(duì)不變。
貓道改掛是在貓道上有貓道橫梁型鋼的位置，用一道鋼絲繩將貓道懸掛于主纜上。貓道的穩(wěn)定通過(guò)主纜來(lái)實(shí)現(xiàn)。貓道改掛示意圖如下：
圖2 貓道改掛示意圖
貓道懸掛的順序?yàn)橹锌缬煽缰虚_(kāi)始，同時(shí)向塔頂方向進(jìn)行，邊跨由中點(diǎn)開(kāi)始，同時(shí)往塔頂和錨碇方向進(jìn)行。
貓道改掛過(guò)程中，適當(dāng)放松貓道錨固系統(tǒng)兩端連接拉桿，搭好便橋，調(diào)整塔頂變位剛架。為了在工作車通過(guò)時(shí)減少門(mén)架承重索的偏移，同時(shí)也為了便于主跨的兩個(gè)半跨工作車在門(mén)架承重索上的獨(dú)立操作，在索夾安裝前，在主跨跨中附近用鋼絲繩將門(mén)架承重索與主纜連接，形成跨中“硬點(diǎn)”。箱梁吊裝前要對(duì)貓道進(jìn)一步調(diào)整，使之適應(yīng)鋼箱梁吊裝引起的主纜線形變化。貓道改掛結(jié)束后，拆除橫向天橋。由主索鞍吊架10t卷?yè)P(yáng)機(jī)經(jīng)貓道面層導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)換后，吊掛橫向天橋兩端，然后拆除橫向天橋與兩側(cè)貓道的連接。啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，緩慢落下橫向天橋，注意橫向天橋兩端平衡，將橫向天橋落至江面上駁船或江灘上。
結(jié)束語(yǔ)
貓道施工方法在廣州珠江黃埔大橋貓道架設(shè)使用45個(gè)有效工作日比計(jì)劃提前45天，節(jié)省人工和機(jī)械設(shè)備租賃費(fèi)近240萬(wàn)元。貓道安裝操作簡(jiǎn)便，安裝速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，可以節(jié)約勞動(dòng)力，與傳統(tǒng)安裝節(jié)約30%。貓道設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)匹配件設(shè)計(jì)，為今后同類橋梁可以作為周轉(zhuǎn)材料使用，節(jié)約材料與加工費(fèi)用。該貓道承重索有可調(diào)節(jié)空間與加長(zhǎng)，使用范圍大，便于修建不同長(zhǎng)度的懸索橋的貓道。該貓道系統(tǒng)調(diào)整簡(jiǎn)單，對(duì)于安裝精度調(diào)整可控方便。
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