上海长江大桥斜拉索施工工艺.pdf

4 2 世 界 桥 梁 2 0 0 9年增刊 1 上海长江大桥斜拉 索施工工艺 毕 桂平 ， 钟永新 ， 马 勇。 ( 1 上海长 江隧桥 建设发 展有 限公 司， 上海 2 0 1 2 0 9 ； 2 中交 二航 局 四公 司， 安徽 芜湖 2 4 1 0 0 9 ) 摘 要 ：上海长 江大桥主通航孔桥为双塔双索面五跨钢箱梁斜拉桥， 其跨径 布置为( 9 2 +2 5 8 +7 3 o +2 5 8 +9 2 ) m。斜拉索 为空间双索面扇形 布置 ， 每个索面 2 3对( 全桥另有 4 对 0号索) ， 全桥共 1 9 2 根 。介绍超长、 大直径斜拉 索塔端牵 引、 张拉施工技术 。 关键词 ：上海长江大桥 ； 斜拉 索； 牵引； 扭转 ； 桥 梁施工 中 图分 类号 ：u4 4 3 3 8 文 献标 志码 ： a 文 章 编 号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 0 9 ) s 1 0 0 4 2 0 4 1 概 述 上海长 江隧桥 工程是 交通 部确定 的 国家 重点公 路建设 规 划 中上 海 至 西 安 的 重 要 组 成 部 分 ， 全 长 2 5 5 k m， 采用 “ 南 隧北 桥 ” 方 案 ， 其 中桥 梁部 分 全长 1 6 5 5 k m。全 线按 照 6车道 高速 公 路设 计 ， 设 计行 车速度 1 0 0 k m h ， 并 且在公 路 同一 平 面考 虑预 留轨 道空 间 。其 主通航 孑 l 桥 为双塔 双索面 五跨钢 箱梁斜 拉 桥 ， 跨 径 布置 为 ( 9 2 + 2 5 8 + 7 3 0 +2 5 8 +9 2 )m一 1 4 3 0 m。 斜拉索 为 空 间双 索 面扇 形 布 置 ， 每个 索 面 2 3 对 ( 全桥 另有 4对 0号 索 ) ， 全桥 共 1 9 2根 。斜 拉 索采用 7 mm 低松 弛高 强钢 丝 ， 抗拉 强 度 为 1 6 7 0 mp a ， 外 为热 挤 双层 聚 乙烯 ( p e ) 护套 ， 内层 为黑 色 p e护 套 ， 两 端装配 冷 铸 锚 。其 中 1 7 2 3号 索 为长 索 ， 型 号 为 p e s 7 3 3 7 p e s 7 4 0 9 ， 长 度 为 2 9 4 8 9 6 3 8 2 1 7 3 m， 重 量为 3 5 8 5 6 2 t 。 2斜 拉索施 工难点 和技 术思路 2 1 施 工难 点 根 据施 工经验 ， 斜拉索 采用塔 端牵 引 、 张拉 施工 工艺 ， 可为施 工节省 大量人 力 、 设 备和材 料 。 目前在 国 内外 大跨 度斜拉 桥 中 ， 长索 因牵引力 大 ， 一般 采用 梁端牵 引 、 张拉施 工 工艺 ， 如 中国 苏通 大 桥 、 日本 多 多罗大 桥 。上海长 江 大 桥采 用 梁 端 和塔 端牵 引 、 张 拉结合的施工工艺 ， 按照原有的技术水平， 需要解决 以下 问题 ： ( 1 )经 计 算 该 桥 索 梁 端 锚 杯锚 固在 理 论 位 置 时 ， 塔端 锚杯牵 引 至锚 箱 并将 锚 杯 螺母 全 部锚 上 丝 牙 ， 所需 要 的最小牵 引力为 3 3 1 0 5 9 7 0 k n。若 斜 拉 索采 用 钢 绞 线 牵 引 ， 单 根 钢 绞 线 平 均 受 力 按 照 1 5 6 k n计 算 ， 则 钢绞线 需要 3 9根 ， 而 目前 国内桥梁 从 可施 工性考 虑 ， 软牵 引钢绞 线孔数 最大做 到 2 5 孔 ( 锚 具钢 绞线孔 分布 直径 2 1 0 ram) 。若 直 接采 用钢 绞 线牵 引 ， 不 但 需 将 穿 心 千斤 顶 孔 径 制 作 到 3 o 0 mm 以上 ， 而 且 施 工 操 作 难 度 大 ， 存 在 较 大 施 工 风 险 。因此 ， 施工 时需 要解 决 斜 拉索 大 吨 位牵 引 力 的 难题 。 ( 2 )因塔 内空 问较 小 ， 选 用 以 往 常用 设 备 不能 满 足塔 内施 工 空间要求 ， 需要 开发新 的设备 、 机具 。 ( 3 )大直 径斜 拉 索 在 牵 引 、 张 拉施 工 过 程 中容 易 发生扭转 ， 因此在 施工 设 备 配置 以及操 作 工 艺上 必 须考虑 到斜拉 索扭转 问题 。 2 2 技术 思路 ( 1 )采用 软硬结 合牵 引方式 进行 斜拉 索塔 端牵 引 、 张拉施 工 ， 解 决斜 拉 索 塔端 大 吨 位牵 引力 问题 。 当塔 端锚杯 离锚 垫板 上 口距 离 为 6 0 e m 时 ， 使 钢绞 线 受力转 化为 张拉杆受 力 ， 则钢 绞线牵 引力 为 1 3 4 0 - 2 4 2 0 k n， 单 根 钢 绞线 平 均 受力 按 照 1 3 0 k n 计 算 ， 只需要 1 9 根 ， 可 以满足塔 内正常操 作要求 。 ( 2 )采用 行 星千 斤 顶 作 为软 牵 引 千斤 顶 ， 以降 低斜 拉索 软牵 引过程 中设 备使 用 空 间 ， 同时 行 星千 斤顶 可 以加 大软 牵引力 ， 减小硬 牵 引长度 ， 从 而减小 索硬 牵 引过程 以及 张拉 过 程 中塔 内施 工 空 间 ， 达到 塔 内正 常施 工 的 目的。 ( 3 )通过 对行星 千斤顶 以及 张拉 千斤 顶设 置防 扭转 设施 ， 防止斜 拉索 在牵引过 程 中发 生扭转 。 3关键施 工技术 斜拉 索安 装施 工 主要 划 分 为 3个施 工 阶段 ： 挂 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 0 1 9 作者简介 ： 毕桂乎 ( 1 9 7 5 一) ， 男， 高级 i= 程师 ， 1 9 9 7 年毕业于兰卅 l 交通大学桥梁与隧道 工程专业 ， 工 学学 士， 1 9 9 9年毕业 于兰州 交通大学 桥梁 与隧道工程专业 ， 工学硕士， 2 0 0 2年 毕业于同济大学桥梁与隧道工程专业 ， 工学博士 ( e ma i l ： b b g p s o h u c o m) 。 上海长江大桥斜拉索施工工艺 毕桂平 ， 钟永新 ， 马 勇 4 3 索 阶段 ， 牵 引 阶段 ， 张拉 阶段 。挂 索阶 段包括 斜拉 索 上桥面 ， 索盘在桥 面展索 ， 起重设备空 中吊索等工 作 。牵引阶段主要是用牵引工具( 钢绞线、 张拉杆 、 千斤 顶) 将 索锚杯 牵 引至锚 垫板 ， 并 锚 上锚环 。张拉 阶 段为索力 控制工 况 阶段 。 3 1 桥面 展索 斜拉 索桥 面 展索 常 见 的方 法 有 2种 ： 索 盘 在 塔 附近桥 面处展索 。将 斜拉 索及索 盘运 输至 塔附 近 桥 面处 ， 卷 扬机牵 引 斜 拉索 锚 头 至 边跨 和 主 跨 分别 展开 ， 然后 利用塔 顶设备 辅助 将索 盘上部 分索 脱盘 ， 完成桥面展索； 索盘在梁端展索 。将斜拉索及索 盘运输 至悬 臂前端 ， 利用 卷 扬 机 牵 引塔 端 锚 头 至桥 塔 区 ， 塔顶设 备将 斜拉 索锚头 牵引 至塔端 锚 固 ， 此 时 索可 以全部脱 盘 ， 完成桥 面展 索 。 上海长 江大桥 斜 拉 索 中最 长索 重 约 5 6 t ， 采 用 钢盘 卷装 ， 钢盘重 量 8 t ， 斜 拉索 毛 重及 索 盘 重 量之 和约 6 4 t 。为保 证斜拉 索桥 面展 索时放 索架 及 索盘 移动过程中不损伤钢箱梁 ， 通过研究 ， 决定采取二者 相结合 的方式 ， 并 改 进 桥 面运 索 方 式 。选 用起 重 能 力 7 0 t 的桥 面龙 门吊作 为提 升 设备 ， 将 索 盘 吊至 桥 面 。将索 盘置 于 1号 梁段 附 近 ， 用 塔 顶卷 扬 机 将 索 头牵引 至塔端锚 箱 并锚 固 ， 用 卷 扬 机 将放 索架 向梁 端 牵引 ， 完成桥 面展索 。 采取此方法可 以在索架移动前减少索重量， 但 需要 解决 索架移 动 问题 ， 放 索 架 在 移 动过 程 中进行 放 索 ， 要求 放索架 离地 面不 能太 高 ， 滚 轮对桥 面无 损 伤 。通过 调查 ， 最 后决 定选用 “ 海 尔曼 ” 滚轮 ， 该滚 轮 由多排滚 柱组成 ， 滚轮 承压 吨位可 高达 上千 吨 ， 该桥 选用 5 0 t滚 轮 ， 组 合 滚 柱 承 压 面 为 3 7 0 ml t l x 8 0 mm， 滚轮 总 高 1 8 0 mi d _ ， 1 个 放 索 架 配备 6个滚 轮 ， 单个 滚轮 承受 的压力小 ， 对 桥面无 滑痕 损伤 ， 另外滚 轮 承压面 积大 ， 对 桥面 不会产 生局 部变形 。 3 2 塔端 牵引施 工 3 2 1 软 硬结合 牵引 塔 端 牵 引采 用软 硬 结合 牵 引 方式 ， 即采 用 张拉 杆将索 悬链加 长 ， 减 小 软牵 引 钢 绞线 受 力 。施 工 时 先用张 拉杆 与锚杯 连接 ， 实施软 牵 引 ， 而后 用钢 绞线 与张拉杆连接 ， 用牵引设备将斜拉索锚杯牵 引至锚 垫板并 锚上锚 环 。 3 2 2 软牵引配置 斜拉索软牵引设施配置见 图 1 。斜拉索锚杯与 张拉杆之间通过拉杆变径套连接 ， 钢绞线与张拉杆 之间通过钢绞线连接套连接。通过钢绞线与张拉杆 来接长 斜拉索 长度 ， 以减 小 斜 拉索 悬 挂 时 产 生 的张 斜拉索锚杯 图 1斜 拉 索 软 牵 引 设 施 配 置 钢 绞 线牵 引 设备 为行 星 千斤 顶 ， 千 斤顶 内置方 形撑 脚作 为行 星 千斤 顶 与 千 斤 顶 内撑 脚 的 反力 架 ， 工具 锚通 过 工 具 锚 定 位 板 与行 星 千 斤 顶 内撑 脚 连 接 ， 通过 调整工 具锚 定位 板尺 寸 ， 实现工具 锚 型号变 换 ， 钢绞线 与锚 具 之 问 通过 夹 片 锁 定 。通 过 行星 千 斤顶 往 复牵 引钢绞 线 ， 将 张 拉 杆螺 母 牵 引 出锚 箱 垫 板 ， 最后用合页式垫板将张拉杆螺母锚 固在锚箱垫 板上 。 软牵 引设 备 采 用 行 星 千 斤 顶 ， 由 4个 1 5 0 t 千 斤顶 、 内反 力 架 、 顶 升 板 组 成 ， 见 图 2 。千 斤 顶 设 计 行程 为 4 0 c m， 正常 使 用行 程 为 3 5 c m， 设计 锚 具 钢 绞线孔数在 3 9孔 以 内。斜拉索 软牵引 ( 钢绞线牵 引 ) 过 程 中 1 个 操作循 环 时间 为 9 0 1 2 0 s 。 图 2行 星 千 斤 顶 行 星 千斤 顶 是一 种 新 的千 斤 顶结 构 ， 专 用 于斜 拉 索软 牵引施 工 ， 具 有如 下特点 ： 将反力 架 与千斤 顶融 为一 体 ， 反 力 架 不 占用 塔 内空 间 ， 同 样 行 程 为 2 o c m 时 ， 整 个 软 牵 引 设 备 占用 高 度 才 1 0 9 m， 大 4 4 世 界 桥 梁 2 0 0 9年增刊 1 斜 图 3斜 拉 索 硬 牵 引 设 施 配 置 3 3张拉施 工 斜 拉索精 确 张拉阶段 必须保 证 4 根 斜拉 索 同步 牵 引 ， 以确保 索力 精度 ， 因此 ， 斜 拉 索 精确 张 拉 阶段 需 要考 虑 4根索 同步 牵 引 时 的塔 内 空 间 ， 此 时需 要 将 所 有设备 占用 空间高度 降至 最低 。采用合 页式垫 板对硬 牵引 张拉杆 螺 母 进行 锚 固， 从 而减 小 撑 脚 高 度、 张拉杆的长度 ， 并减小施工设备所 占用空间。斜 拉索硬牵 引完后 ， 根据 监控 指令将索 力张拉 到位。 长索软硬结合牵引张拉施工流程见图 4 。 3 4斜 拉索 防扭转施 工 因斜拉索内部的钢丝存在约 3 。 的扭转角， 致使 斜 拉索在 张拉 时会 产 生 反 向扭转 力 ， 该 扭转 力 达 到 一 定程度后势必在张拉端释放出来 ， 此力将带动张 拉 千斤顶 的顶 升装置 一起旋 转 ， 损 坏千斤顶 ， 同时也 极易发生安全事故。因此， 必须对设备进行改进， 避 免此类 现象发 生 。 3 4 1 斜拉索 扭转力 计算 扭转力大小与索型号 以及拉力吨位有关 ， 索型 号大 ， 钢 丝层 数 多 ， 索 张 拉 吨位 大 ， 则 扭转 力 大 。以 最 大型号索 为 例 ( p e s 7 4 0 9 ) ， 计 算 出 每层 钢 丝 数 量 n、 理论角度 、 每层钢 丝 理论受 力 f、 每层 钢 丝绕 转 1 3 半径 r ， 则扭矩m = =： f s in 0 r 一1 9 0 0 7 k n it i 。 l = 1 3 4 2 斜拉索 扭转 防治措施 斜 拉 索 加 扭 或 者退 扭对 施 工 以及 结 构 危 害较 大。规格较大的斜拉索若无防扭装置 ， 一旦退扭圈 数多， 索长度以及钢丝应力变化较大。因此 ， 索在生 产 以及施 工过程 中需 采取 相应 的防治措施 ： ( 1 )斜拉 索 包装 时 ， 尽 可能 采 用 较 大索 盘 卷装 斜 拉索 ， 减少 索绕盘 产生 的加扭应 力 。 ( 2 )斜拉 索在 桥面展 索 、 空 中挂 索 阶段 ， 尽量将 索绕盘 时产生 的加扭 力释放 ， 如在 桥面展索 时 ， 利用 场地尽可 能展 开较 长 长度 ； 塔 端 一侧 展 索 初期 尽量 采用塔 吊提 升 ， 塔 吊 吊钩可 随之转 动 ， 尽量 在初期 避 免采用卷扬机 ， 因为滑轮组不能跟随索体转动， 导致 钢丝绳交 织在 一起 。 曩 蓄 h 警 h 薯 童 蕤 薹 h 毳 线 开 始 牵 引 i l母 伸 出 垫 板 i l爱 l 拉 设 备 套管 页式 个 半 4 1 3 0 m 张拉杆 蓑 h h h 攀 图 4长索软硬 结合 牵引张拉施工流程 上海 长江大桥斜拉索施工工艺 毕桂平 ， 钟永新 ， 马勇 4 5 ( 3 )斜拉索牵引阶段 ， 采用软硬结合牵引方式 ， 尽量减少钢绞线 受力 ， 防止 索反扭 时导致 钢绞 线 扭转 。 ( 4 )硬牵 引 、 张 拉 阶 段斜 拉 索 扭 转 时 会 带 动 张 拉杆 以及 张拉杆 螺母 同时 转 动 ， 千 斤 顶 油缸 与 拉 杆 螺母 之 间的摩擦 力太小 ， 不 能克 服较大 扭转 力 ， 需 采 用 防扭转装 置 ， 设 计 采用 张拉 杆 螺母 与 承压 板 之 间 的摩擦力克服索扭转 ， 承压板将扭转力传递给千斤 顶 ， 见 图 5 。 图 5斜拉索防扭转装置 4结 语 上海长江大桥斜拉索施工实现了大跨度斜拉桥 超 长 、 重 索在塔 端小 空 间 内的牵 引张拉施 工 ， 发挥 了 斜拉索塔端牵引张拉施工工艺的优势。其主要施工 工 艺为 ： ( 1 )采用行星千斤顶作为软牵引设备具有 占用 空问小、 牵引速度快的优点。一方面， 减小 了索梁端 施工工作量以及施工风险 ； 另一方 面， 因软牵 引力 大 ， 可 以减 小硬 牵引 长度 ， 实现 了塔 内小 空间下 硬牵 引施 工 。 ( 2 )采 用合 页式 垫板 对硬 牵 引张 拉杆 螺母 进 行 锚 固 ， 与传 统 的双层撑 脚相 比， 减 小 了撑脚 高度 以及 张 拉杆 的长 度 ， 从 而减 小施 工设备 所 占用空 间 。 ( 3 )斜 拉索 塔端 软硬 结合 牵引 施 工过 程 中 的防 扭 转设施 有效 地 控制 了斜 拉 索 的扭 转 ， 同时 抑 制 了 因索扭转给索长度 以及钢丝应力带来 的影响， 为施 工 以及结 构减 小 了风 险 。 co n s t r u c t i o n te c hn i q u e s f o r s t a y ca b l e s o f s h a n g h a i c h a n g j i a n g ri v e r b r i d g e bi gu i pi ng ，zhon g yo ng x i n ，m a yo ng。 ( 1 s h a n g h a i ch a n g j i a n g tu n n e l a n d b r i d g e co n s t r u c t i o n a n d de v e l o p me n t co ，lt d ，s h a n g ha l 201 2 0 9，chi na；2th e 4t h en gi n e e r i n g compa n y，t he 2 nd na vi g at i o na l eng i n e e r i n g co ，l t d ，ch i n a co mmu n i c a t i o n co n s t r u c t i o n c o r p o r a t i o n ，w u h u 2 4 1 0 0 9，ch i n a ) ab s t r a c t ：th e ma i n n a v i g a b l e s p a n b r i d g e o f s h a n g h a i ch a n g j i a n g ri v e r br i d g e i s a f i v e s p a n s t e e l b o x g i r d e r c a b l e s t a y e d b r i d g e wi t h d o u b l e p y l o n s ，d o u b l e c a b l e p l a n e s a n d wi t h s p a n a r r a n g e me n