大跨径上承式钢管混凝土拱桥缆索吊装系统安装方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种大跨径上承式钢管混凝土拱桥缆索吊装系统安装方法。

背景技术

缆索吊是一种利用缆索作为主要起重和牵引设备，实现拱桥拱肋和拱上结构的过江和吊装的施工方法。缆索吊适用于跨山谷、河流大跨径拱桥施工，相对于支架法，平转法、竖转法、斜拉扣挂加拱上吊机法等，缆索吊优点为施工速度快，有效避免了深谷河流等不利条件，可直接吊取大节段拱肋，有效的在喀斯特等复杂地形下加快施工进度。

现有的缆索吊系统中，受到地形限制，对面对大跨径水上、峡谷等地形时，缆索吊安装复杂、成本较高，施工周期长，且安全性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大跨径上承式钢管混凝土拱桥缆索吊装系统安装方法，能够解决现有技术中缆索吊系统受地形限制较大，安装复杂，成本较高，工期较长，且安全性较低的技术问题，能够降低成本，减少工期，提高施工安全性。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种大跨径上承式钢管混凝土拱桥缆索吊装系统安装方法，包括以下步骤：

S1缆塔安装：确定缆塔塔架的连接方式，将缆塔由地面组拼成整件，整体起吊安装于墩顶，缆塔塔身分左右两幅，分别布置于左右两幅盖梁上；

S2临时牵引安装：确定先导索过江方法，将先导索过江后，进行临时牵引安装；所述的先导索过江方法包括火箭抛索法、无人机过索法、人工通行船过索法中的一种；

S3通风缆安装：通风缆设有多条，所述通风缆一端固定于右岸，另一端与左岸滑轮组活动连接；

S4承重索安装：所述承重索设有多根，将承重索一端从右岸拉入卷扬机，另一端通过临时牵引和预先搭设的跑车系统安装于左岸滑轮组上；

S5永久牵引索安装：所述永久牵引索分为上下游多组，主锚碇侧设有多台牵引卷扬机，永久牵引索端在左岸和右岸的端头形成循环连接。

进一步，所述S1中，缆塔塔架的连接方式为缆扣分离、缆扣合一中的一种。

进一步，所述S1中，所述缆塔为拴接而成的门式桁架结构，塔架单根管柱在T梁翼板现浇缝处下穿至墩顶盖梁，在墩顶盖梁顶面设置预埋钢板，并与塔柱管底部连接，主塔预埋钢管与T梁相交部位进行提前定位，对T梁预制时，采用在翼缘板上预留足够槽口。

进一步，所述S2中，先导索过江方法为人工通行船过索法。

进一步，所述S2中，临时牵引安装方法为：在上下游共设多组临时牵引，采用一号绳进行牵引；下游临时牵引时，将设于两岸塔顶卷扬机上的二号绳放至码头，江中心采用三号绳连接二号绳，通过左岸的缆塔卷扬机收索，将二号绳的垂度提高至水面以上，同时左右两岸的塔顶卷扬机进行收放索，至二号绳到达左岸的卷扬机塔顶后，解除三号绳，将右岸地锚的一号绳牵至右岸缆塔塔顶，过索鞍与二号钢丝绳连接，通过牵引二号绳，将一号绳拉至左岸固定，左右岸卷扬机分别收放索，将一号绳拉至左岸地锚处，使用辅助卷扬机将一号绳固定至离地锚一定距离，再将一号绳通过地锚滑轮处反拉至摩擦卷扬机内固定，完成下游临时牵引，上游牵引利用已拉设完成的下游牵引过江即可。

进一步，所述S3中，通风缆安装方法为：先将临时牵引利用塔吊吊至通风缆安装处的索鞍上，在右岸塔顶下游将通风缆通过绳卡固定在临时牵引上，并通过临时牵引将通风缆右岸拉至左岸塔顶处，使通风缆与左岸塔顶卷扬机连接，并将通风缆通过绳卡与滑轮组固定，固定完成后，右岸的辅助卷扬机将通风缆拉回至右岸塔顶进行固定，在通过左岸塔顶的滑轮组调节通风缆垂度。

进一步，所述S5中，承重索安装方法为：将承重索一端从右岸进入卷扬机，另一端固定在临时牵引上，并用绳卡固定，将临时牵引利用塔吊吊至靠近承重索的安装的索鞍位置，右岸临时牵引放索，左岸临时牵引拉索，将承重索拉至右岸塔顶过索鞍，过索鞍后，再将承重索穿过跑车向左岸牵引，承重索过左岸缆塔后，使用辅助卷扬机将滑轮组拉至地锚附近，将滑轮组与承重索连接，到达观测点后，使用辅助卷扬机带动滑轮组调节垂度，调节完成后，将承重索端头绕过定滑轮，并进行固定。

进一步，所述承重索拉至右岸塔顶过索鞍后，增加承索器，承重索穿过跑车过左岸缆塔后，增加配重。

进一步，所述S6中，永久牵引索安装的方法为：所述永久牵引索从右岸进入牵引卷扬机，通过临时牵引将永久牵引索端头带至右岸缆塔塔顶，停止临时牵引，将永久牵引索固定在右岸缆塔塔顶，将永久牵引索牵引过对应的索鞍滑轮，绕过跑车牵引位置后回到右岸塔顶对应的索鞍，并将永久牵引索端头通过临时牵引带回地锚，永久牵引索端头穿过地锚固定的滑轮固定在临时牵引上，并通过临时牵引带至右岸塔顶，反复多次，万层右岸永久牵引索的安装，右岸安装完毕后，通过左岸辅助卷扬机收索，将跑车拉至左岸地锚固定，将左岸永久牵引索固定在临时牵引上，通过临时牵引拉至左岸缆塔，并绕过跑车索鞍回到地锚，反复多次，将右岸过至左岸的永久牵引索端头与左岸永久牵引索端头形成循环连接。

进一步，所述的永久牵引索通过临时牵引带回地锚时，增加配重。

综上所述，本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本发明的缆索吊装系统安装方法，通过以缆塔安装、临时牵引安装、通风缆安装、承重索安装、永久牵引索安装步骤将缆索吊装系统进行安装，根据实际施工要求，并综合考虑多方面因素，完成缆索吊装系统的安装，能够满足大跨径水上、峡谷等桥梁在原位搭设平台的地形条件，突破地形地势等不利因素限制，有效的节约工期，降低成本，保障施工安全。

附图说明

图1是本发明实施例1承重索安装结构示意图；

图2是本发明实施例2永久牵引索安装结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

实施例1

本实施例以德余乌江特大桥为例。

一种大跨径上承式钢管混凝土拱桥缆索吊装系统安装方法，包括以下步骤：

S1缆塔安装：确定缆塔塔架的连接方式：

方案1：缆扣分离，该方案优点是扣挂、缆索系统各自独立运行，互不干扰，扣索力及拼装线形更容易控制，并且利用缆塔后移，为缆索系统在引桥桥面起吊钢梁提供空间，从而解决主桥上部结构上桥、组拼问题，但缺点是塔架材料用量有所增加，并且两次进行塔架拼装，工程量也相应增加.

方案2：缆扣合一，该方案为一体化施工，施工组织更简便，能够避免缆塔前扣塔的干扰，桥面起吊构件更方便，可节约塔架材料。但缺点是塔架及与其连接的高墩受到的外荷载较大，增加了高墩结构的安全风险，而且上缆、下塔柱间需设铰连接，施工难度增加，后期塔顶位移控制也比较困难。

本实施例中，主桥跨度大，引桥墩柱高，拱圈线形控制难，综合考虑和验证下，选择缆扣分离方案，对施工安全和精度控制更为有利。

所述缆塔钢管、型钢组成的门式桁架结构，各组件间采用栓接，塔架单根管柱在T梁翼板现浇缝处下穿至墩顶盖梁，在墩顶盖梁顶面设置预埋钢板，并与塔柱管底部连接，主塔预埋钢管与T梁相交部位进行提前定位，对T梁预制时，采用在翼缘板上预留足够槽口；缆塔由地面组拼成整件，整体起吊安装于墩顶，缆塔塔身分左右两幅，分别布置于左右两幅盖梁上；单幅塔身主要由Ф630×12mm的钢管立柱，柱间槽钢连接系构成，单幅塔身布置6根钢管立柱，塔身横桥向立柱间距2.5m，纵桥向立柱中心间距4.5m。立柱节段根据塔吊的吊装能力设置为5m高的吊装节段；缆塔顶部横梁为型钢和钢板焊接成的钢桁架结构，横桥向宽度28.8m，纵桥向宽度4.5m。单侧滑道梁由20mm的钢板焊接而成钢箱梁截面，顶板截面为1700×20mm，底板截面1240×20mm，腹板截面采用960×20mm的钢板，中间连接系采用2HN700×300的型钢斜杆和水平杆连接。连接均采用焊接，缆塔拼装过程中为保证缆塔稳定需增加临时缆风，待后缆风和通风缆完成后临时缆风可拆除。

S2临时牵引安装：确定先导索过江方法，将先导索过江后，进行临时牵引安装；所述的先导索过江方法包括火箭抛索法、无人机过索法、人工通行船过索法中的一种，将三种方法进行对比，如表1所示。

表1先导索过江方法对比

从环境保护、成本以及施工安全等多方面综合考虑，本实施例1采用人工通行船过索方法。

临时牵引安装方法为：

本实施例在上下游共设2组临时牵引，采用Ф36的一号绳进行牵引；下游临时牵引时，将设于两岸塔顶卷扬机上的Ф18.5的二号绳放至码头，江中心采用Ф12.5的三号绳连接二号绳，通过左岸的缆塔卷扬机收索，将二号绳的垂度提高至水面以上20m，同时左右两岸的塔顶卷扬机进行收放索，至二号绳到达左岸的卷扬机塔顶后，解除三号绳，将右岸地锚的一号绳牵至右岸缆塔塔顶，过索鞍与二号钢丝绳连接，通过牵引二号绳，将一号绳拉至左岸固定，左右岸卷扬机分别收放索，将一号绳拉至左岸地锚处，如钢丝绳长度不足，将原钢丝绳预留出50m进行大插接法连接，连接完成后卷扬机拉紧牵引索，解除保险；使用辅助卷扬机将一号绳固定至离地锚一定距离，再将一号绳通过地锚滑轮处反拉至摩擦卷扬机内固定，完成下游临时牵引，上游牵引利用已拉设完成的下游牵引过江即可。

S3通风缆安装：本实施例通风缆设有4条，通风缆安装时，先将临时牵引利用塔吊吊至通风缆安装处的索鞍上，在右岸塔顶下游将通风缆通过绳卡固定在临时牵引上，绳卡数量要求为2*钢丝绳直径+1，通过临时牵引将通风缆右岸拉至左岸塔顶处，使通风缆与左岸塔顶卷扬机连接，并将通风缆通过绳卡与滑轮组固定，固定完成后，右岸的辅助卷扬机将通风缆拉回至右岸塔顶进行固定，在通过左岸塔顶的滑轮组调节通风缆垂度至设计高程，左岸塔顶对通风缆固定。

S4承重索安装：本实施例中，所述承重索单根绳长1250m，单套数量为12根，全桥共计24根，承重索应选用抗拉强度高、支撑表面积大、表面平滑的钢丝绳；

承重索安装前，先在右岸塔顶搭设跑车平台系统，以保证更安全高效的完成施工，跑车平台系统安装后，将承重索一端从右岸进入卷扬机，另一端固定在临时牵引上，并用绳卡固定，将临时牵引利用塔吊吊至靠近承重索的安装的索鞍位置，右岸临时牵引放索，左岸临时牵引拉索，拉至南岸塔顶因存在绳卡不可以一次拉过去，以免卡住滑轮，将承重索拉至右岸塔顶过索鞍，过索鞍后，再将承重索穿过跑车向左岸牵引，牵引时，需增加承索器，防止垂度过大，承重索过左岸缆塔后，增加配重，防止住所与临时牵引绞在一起，将配重拉至锚定滑轮位置，使用辅助卷扬机将滑轮组拉至地锚附近50m处，将滑轮组与承重索连接，到达观测点后，使用辅助卷扬机带动滑轮组调节垂度，调节完成后，吊车配合人工将承重索端头绕过定滑轮，并用气动螺丝机进行第一遍固定，电动螺丝机进行二次固定，且电动螺丝机打完绳卡一头后，另一头绳卡会松动，要进行多次螺栓加固至无法拧动。

如承重索长度不足，将从右岸拉过来的承重索打上保险，将端头留6-8m，用绳卡固定成圆，重新将满足长度的绳索放至地锚侧，另一端头固定成圆，将两个端头利用眼镜轮连接在一起，辅助卷扬机拉滑轮组至眼镜轮绳卡位置处，使用铁链连接，辅助卷扬机慢慢受力，待承重索到达空中设计位置后将未受力处端头安装在锚箱滑轮处，安装绳卡固定。

S5永久牵引索安装：本实施例中，所述永久牵引索分为上下游2组，主锚碇侧设有4台20T牵引卷扬机；

永久牵引索安装安装时：永久牵引索从右岸进入牵引卷扬机，通过临时牵引将永久牵引索端头带至右岸缆塔塔顶，端头预留20m，停止临时牵引，将永久牵引索固定在右岸缆塔塔顶，将永久牵引索牵引过对应的索鞍滑轮，绕过跑车牵引位置后回到右岸塔顶对应的索鞍，并将永久牵引索端头通过临时牵引带回地锚，牵引时需要增加配重；永久牵引索端头穿过地锚固定的滑轮固定在临时牵引上，并通过临时牵引带至右岸塔顶，永久牵引穿索时北岸应使用辅助卷扬机放出钢丝绳拉住跑车，防止跑车因拉索受力不均，反复10次，万层右岸永久牵引索的安装，右岸安装完毕后，通过左岸辅助卷扬机收索，将跑车拉至左岸地锚固定，将左岸永久牵引索固定在临时牵引上，通过临时牵引拉至左岸缆塔，并绕过跑车索鞍回到地锚，反复8次，将右岸过至左岸的永久牵引索端头与左岸永久牵引索端头使用大插接法形成循环连接。

1.安全性对比分析

根据已正式通车的平南三桥进行安全对比，平南三桥为中承式CFST拱桥与本实施例乌江特大桥的缆索系统相比，平南三桥主跨为575m，主索系统2套，额定起重重量为220T，承重索为2套，单套数量为8根钢丝绳，起重索采用定10动8走14布置，牵引索采用独立牵引方式，走4布置。本实施例的德余特乌江大桥主跨475m，主索系统2套，额定起重重量为160T，承重索2套，单套数量12根钢丝绳，起重索采用定8动5走10进行布置，牵引索采用闭合循环布线方式，走8布置。除起重索走线外其余均比平南三桥缆索系统保险安全。

2.起重索计算

起重索单侧采用36钢丝绳走10循环布置，单根起重索配1台15T起重卷扬机

荷载计算

最大吊重： Q1＝960KN(额定吊重作用在单台天车上80t)

跑车下挂架重： Q2＝20KN(按跑车总重一半计)

配重： Q3＝50KN

起重钢丝绳重： Q4＝81.5KN(钢丝绳砼起重索，起吊高度75m)

合计： Q＝1112KN

起重索最大张力T max：

T max＝μQ/m＝133.14KN

μ＝0.12(滑轮组省力系数)

选15T卷扬机，K＝T破/Tmax＝6>5，满足要求。

假设乌江特大桥与平南三桥起重荷载相同情况下，平南三桥滑轮组省力系数为μ1(定10动8走14)，乌江特大桥省力系数为μ2(定8动5走10)，μ1>μ2，K1>K2所以平南三桥较乌江特大桥起重更为省力，平南三桥额定吊重为220T，乌江特大桥额定吊钟为160T，平南三桥吊重大于乌江特大桥吊重。

经过对比，采用了实施例1安装方法的乌江特大桥更加保险安全，远超平南三桥安全系数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。