主缆缠丝施工方案

1、 1 前言主缆缠丝是用专用的缠丝设备以一定的张力使镀锌软钢丝(圆形或特制的 S 形软钢丝密匝牢 固地缠绕在主缆上的作业。主缆缠丝的主要作用是保持主缆外形并与涂装材料共同组成主缆防护体 系,尽可能延长主缆使用寿命。缠丝施工质量主要由缠丝导入拉力和缠丝密匝缠绕圈数两个指标控 制。2主缆缠绕钢丝分类2.1 镀锌钢丝镀锌钢丝属于传统的主缆防护方法,应用性能较好的高强度热镀锌钢丝和重防腐涂料,逐步形 成了在主缆钢丝外层 “ 腻子+缠丝+涂料涂装 ” 为主体的悬索桥主缆腐蚀防护方法。其具体步骤是对 经过紧缆处理过的 (圆形 主缆钢丝外层涂抹防护腻子; 然后沿主缆圆周方向连续缠绕一层 45mm 圆形镀锌软钢

2、丝;最后在缠丝外表面用多层涂料分层涂装;这样形成一个封闭的主缆防腐蚀保护层 (见图 1 。 图 1 镀锌钢丝缠丝保护示意图2.2 S形钢丝S 形钢丝是应用在主缆干燥除湿腐蚀防护体系内,具体步骤是沿紧缆处理过的主缆圆周方向连 续缠绕一层环环相扣密封性好的 “S” 型钢丝(图 2 ;在其外层缠聚乙烯带或橡胶防腐带,然后将特 殊涂料涂装;对主缆形成气密和水密的密封层(图 3 。 S 形钢丝的质量特性见表 1。 图 2 S形钢丝断面 图 3 S形钢丝缠绕示意图 3 缠丝设备3.1 缠丝机分类缠丝机的缠丝盘(机头是由人力带动旋转完成缠丝称为人工型缠丝机。主要用于小直径主缆 缠丝 (例如丰都长江大桥 及大

3、直径主缆索夹间缠丝节段尾端部位缠丝。 因机动型缠丝机在索夹间缠丝 节段的尾端部位,缠丝机的回转系统与索夹干扰,因此在靠近索夹端面的位置,停止机械缠丝,剩 余部分以手动缠丝。缠丝机的缠丝盘(机头是由电动机、减速器及变速机构带动旋转完成缠丝称为机动型缠丝机。 主要用于大直径主缆缠丝。例如:汕头海湾大桥、厦门海沧大桥、润扬长江大桥等。机动型缠丝机 是可自行进行跨越索夹的全节段式施工。缠丝在 2个索夹间节段进行,各节段重复相同的作业; 3.2 缠丝机性能及总体结构主要以机动型缠丝机缠丝机性能及总体结构进行说明。手动缠丝机是属于简易型,在此不再阐 述。主缆缠丝机总体结构图如图 4所示,平面图如图 5所示

4、。 图 4 主缆缠丝机总体结构图 图 5 缠丝机平面图(1缠丝机可在主缆上自行行走(前进、后退 。(2缠丝和走行时,缠丝机遇到索夹和吊索,可自行跨越,连续行走。(3缠丝头齿圈绕主缆转动速度可与主机走行速度相匹配、并可根据缠绕钢丝直径的不同和 直径公差进行微调,以保证钢丝密匝缠绕。 (4缠丝(机头旋转与走行可同步进行,亦可各自单独动作。(5缠丝进行时钢丝带有左右的张力,张力大小可以在一定范围内调整。(6可完成缠绕靠索夹端部的部分。缠丝机以机构功能可分机架、夹紧机构、传动机构、缠丝机构和走行、自动越夹机构等五部分。(1机架:机架是门形下开口框架,由型钢和钢板拼焊而成。(2夹紧机构:基本结构是丝杆、

5、螺母、手轮和闸瓦。为了获得所需的夹紧力矩,应辅以专用 板手,夹紧靠人力搬动。(3传动机构:整台机器靠 l 台四级交流电动机驱动,主要由减速器、变速箱和离合器组成。 缠丝速度可调,走行速度亦可调,两者有可靠的匹配并根据被缠绕软钢丝的直径公差,可以微调使 匹配准确。主机与夹持架可交替行走。可在行走机构不动的情况下施转大齿圈,亦可在大齿圈停转 时走行跨越索夹。机器可前进,亦可后退。(4缠丝机构:缠丝机构包括大齿圈、丝轮、导向轮、张紧装置、压辊装置。靠大齿圈的旋转 实现缠绕动作,靠机器行走实现密匝缠绕排线,本机为双头缠丝,大齿圈上有两套相同的丝轮、导 向轮、顶紧装置机构。在索夹端部缠丝,还设计有端部缠

6、丝附件。(5走行机构:走行机构中的摆动轮是在主缆上行走的,固定轮在索夹上才起作用。当机器临 近索夹时,固定轮先上索夹,作承担机器一份重量;随之凸块碰索夹,自动拨出摆轮上的销子,使 摆轮有可能摆动;随后索夹推压推杆,摆轮开始摆动,直至摆轮的高程够上索夹,机器便自动越过 索夹。过索夹后,推杆上的弹簧推动推杆复原,摆轮复位,销子自动销 . 。这一连串的动作是在走行 中连续进行的,中间没有停歇,故不影片正常缠丝质量。反向走行亦可拨销,摆轮为被动自由状态, 过索夹后靠拉簧复位。3.3 主要技术参数表 2所示为厦门海沧大桥圆形钢丝缠丝机主要技术参数。 表 3所示为润扬长江大桥 S 形钢丝缠丝机主要技术参数

7、。 3.4. 缠丝机试验由于主缆缠丝施工工艺复杂,要求缠丝机具有灵活可靠的多种性能,包括传动方式的变换、调 速、夹紧、走行、跨越索夹、移位、大齿圈过索夹时活门启闭可靠性;缠丝时钢丝走向是否顺畅; 密匝缠丝的匹配与调整能否满足缠绕钢丝公差变化;缠丝张力调整、索夹端部缠丝及在主缆倾角工 况下密匝、紧密缠丝等。为满足上述要求,对第一台样机进行工厂模拟缠丝试验,这是对整机性能 的综合考核,详见表 4、 5、 6、 7。 缠丝的张力为 12.5KN ,因此,缠丝的焊接是缠丝作业中的一项重要工序,焊接质量影响整个 缠丝工程质量。按照缠丝工况,主缆缠丝时需要两种焊接工艺:一种是已缠绕钢丝并固焊;另一种 是缠

8、绕钢丝对接焊。(1缠绕钢丝并固焊,主要用手每个索夹端部缠丝的起头和结尾、端部缠丝与正常缠丝之间的 工序转换以及钢丝对接处。常见并固焊有两种方法,一是汕头海湾大桥、西陵长江大桥采用的铜焊 法和虎门大桥及日本广泛采伐的铝热铜焊。1铜焊。属于气焊,采用可燃气体与氧气混合燃烧所产生的高温,熔化锡黄铜焊丝 +四硼酸纳 焊接。为减少或消除(理论上己缠钢丝拉力,采用专用卡箍夹紧主缆,在卡箍预留窗口中进行焊 接。此焊法焊点强度大于铝热铜焊,成本低,有成功先例。但以上两桥缠丝拉力较低(1.41.9kN , 在缠丝拉刀 2.32.5kN 下试验,很难掌握焊接焊温度和时间,成功率极低,可操作性差。2铝热铜焊。焊接方

9、法为日本专利技术,成本较高。具体操作:将逦有铝粉和氧化铜的坩埚放 入专用石墨模具,一并置于主缆已缠钢丝待焊处,用点火炝点燃药粉,铝粉燃烧时的高热将氧化铜 熔化并还原成铜,利用熔融铜的熔合才使钢丝并固。此法方便,安全、简化了操作过程。厦门海沧大桥、润扬长江大桥缠绕钢丝并固焊采用铝热铜焊法。(2 . 缠绕钢丝对接焊,主要用于缠丝过程中更换贮丝筒接长缠绕钢丝或处理意外断丝。厦门 海沧大桥采用闪光对接焊。我公司丰都长江大桥施工的缠绕钢丝并固焊及对接焊接采用直流脉冲钨极氩弧焊接技术,缠丝 对接采用专对焊夹具和无应力圈间焊接技术,保证焊接质量。(1试验目的:1了解缠丝机整体性能,初步熟悉操作要点和操作规程

10、,掌握常见故障的处理方法;2掌握如何对缠丝机张力进行标定;3了解并初步掌握索夹起始端(下端和结尾端(上端等特殊部位缠丝方法;4基本掌握缠绕丝圈的圈间焊接及缠绕钢丝对接焊接技术;(2试验内容1缠丝张力标定;2索夹下端部(起始端缠丝3索夹间正常缠丝;4索夹上端部(缠丝结尾端缠丝;5主机、夹持架移动及跨越索夹;6己缠绕钢丝并固焊试验,7缠绕钢丝对接焊试验。4 主缆缠丝施工主缆缠丝施工以润扬长江大桥 S 形钢丝缠丝方法说明,而圆形镀锌钢丝的缠丝方法与 S 形钢丝 缠绕方法基本相同。4.1 缠丝施工工艺流程图(见图 64.2 缠丝施工准备S 形钢丝按每个索夹间区间精确计算钢丝用量并以卷供应,缠丝前通过特

11、制绕丝机以一定张力 将 S 形钢丝卷转绕至储丝轮上,以供相应主缆索夹区间缠丝使用。缠丝前用丙酮清理主缆表面污渍,待表面清洁干燥后,在主缆表面涂抹专用防腐密封膏,边缠 边涂,对主缆进行密封防腐。对于主缆张力未达到设计恒载张力前缠丝,随着荷载加入主缆张力变化会引起主缆伸长、缆径 变化,要求缠丝张力保证在任何情况下缠绕在主缆上的钢丝对主缆表面压力大于 0,即主缆张力达 到设计恒载时,缠绕钢丝残余张力大于 0。在考虑缠丝后主缆荷载增加量、温度变化等因素后,通 过解析计算 (过程略 ,确定缠丝张力范围为 2.502.80KN。一般情况下缠丝张力由设计方给定,施工 者根据设计张力要求对缠丝机进行调整和锁定

12、。4.3 缠丝施工顺序润扬长江大桥缠丝施工先缠边跨,后缠中跨。边跨由锚碇向索塔方向进行缠丝施工,中跨由跨 中往索塔方向进行。 图 6 缠丝施工流程4.4 缠丝作业工序主缆缠丝通过缠丝机进行,主要施工工艺包括:索夹前起始段人工挤压缠丝、索夹间节段机械 缠丝(含走行 、缠丝机走行过索夹、缠丝焊接、尾端手动缠丝等操作。现以润扬大桥主缆缠丝施工 说明缠丝作业工序。将缠丝机安装在塔顶边跨侧主缆上,进行安装保养调试工作。在各减速机、变速箱中加足润滑 油,其他各运动副间均按要求加注润滑油或润增脂。按要求进行空机试运转,做好缠丝试验前的一 切准备工作。 调整缠丝机齿圈转动及前移电机变频器, 使齿圈每转动 1圈

13、 (即缠丝 1圈 的同时沿机架 行走 9mm。缠丝前先进行缠丝试验,主要检验缠丝机性能及焊接强度,并确认达到以下标准:(1缠绕钢丝相互之间无间隙;(2无重叠缠绕、交叉缠绕 (乱丝 ;(3缠丝表面光滑;(4焊点焊接强度要确保剪切强度在缠绕钢丝的张力之上。(1储丝轮安装完毕,穿绕钢丝,使缠丝出丝轮端部距索夹端面间距为 20mm。(2将缠丝机转速调整为最慢速。(3用钢丝钳将缠丝丝头扭挂在索夹螺杆上。(4缠丝机点动缠丝 3圈后停机,按图 6所示端部缠丝焊点布置焊接并打磨。(5接着点动进行端部缠丝 34圈后停机,切除多余钢丝,人工用木锤、尼龙棒将钢丝推入 索夹端部,钢丝与索夹用尼龙楔固定。(6回退缠丝齿

14、圈至出丝轮与缠绕钢丝平行,即可进行正常节段间机械缠丝。主缆缠丝使用的缠丝机是可自行进行跨越索夹的全节段式施工。缠丝在 2个索夹间节段进行, 各节段重复相同的作业,索夹和索夹间的 1个周期的缠丝过程简述如下:(1缠丝机后端紧靠索夹下端面,前后行走架处于缠丝机前后端机架,缠丝机通过葫芦与猫道 扶手索固定。安装储丝轮,后出丝轮出丝在索夹前端开始起始段缠丝。(2当缠绕钢丝长度达到 1m左右时,焊接钢丝并打磨,将钢丝由后出丝轮转至前出丝轮。(3松开前后端机架与主缆之间的夹紧装置,缠丝机处于行走模式,卷扬机牵引机架前移,缠 丝齿圈相对主缆静止不动 (行走齿条向后拨动 ,就位后固定机架。(4储丝轮剩余钢丝

15、6圈左右并焊钢丝,剪断剩余钢丝,卸去空储丝轮。利用前行走架挂梁更 换储丝轮。(5夹持架前行同 (3。(6储丝轮由前缠丝轮出丝,钢丝接头与前段钢丝并焊后,继续缠丝。(7松开夹持架与主缆夹紧机构,夹持架前行到上一索夹端部 (缠丝齿圈相对主缆静止 ;前行 走机构向下移动到夹持架中部,前机架顶升机构千斤顶回缩,夹持架前行跨越索夹;前机架顶升机 构千斤顶顶升与主缆支撑,前行走机构顶升千斤顶回缩,前行走机构行走跨越索夹后千斤顶顶升与 主缆支撑。(8缠丝机工作进行索夹区间尾端主缆缠丝、焊接。在索夹间缠丝节段的尾端部位,缠丝机的回转系统如与索夹干涉,在靠近索夹端面的位置,停 止机械缠丝,剩余部分以手动缠丝。使

16、用紧线器和夹具等专用工具按以下步骤施工:(1用铝热焊剂焊接机械缠丝端部和手动缠丝节段的起始点;(2焊接后,用缠绕钢丝在主缆上缠绕 1周,用紧线器收紧后焊接;(3多次重复以上作业,使钢丝紧密地缠绕至索夹端面。4.5 缠绕钢丝的焊接相邻的缠绕钢丝以铝热焊剂焊接的方式进行连接接头处理。 焊点布置及数量见图 7, 1个索夹区 间焊点分为 3种:起始点并焊 3圈 (X 3处两点 , 中间段间隔 1m并焊 2圈 (X 2处两点 , 尾端手动缠 丝每圈均并焊 (X 1处两点 ,接头处焊点如图 7所示。因作业需要,临时停止缠丝时,迅速地进行 2点X 3处焊接。如临时停止部位的焊接在 1m间距附近时,该处的 1

17、m间距的焊接可省略。图 7 索夹间 1个节段缠丝焊点布置在储丝轮钢丝剩余 6圈左右时,钢丝并焊后切除多余钢丝。更换储丝轮,并焊接头。钢丝接头 部位,应使端面相互接触,尽可能无间隙的施工。再次缠丝后在接头处注入粘缝材料,填埋间隙。 5主缆缠丝施工要点(1 主缆张力达到成桥的 70%以后即可开始进行缠丝施工, 为保证缠丝质量以及工期计划, 以 主缆张力达到成桥状态 80%为控制目标;(2缠丝张力范围为 2.502.80KN(3起始段缠丝,缠丝出丝轮端部距索夹端面间距为 20mm。 （4）铝热焊点外观呈小丘形，用砂轮机打磨保留 1以上的焊高。 6 劳动力组织 厦门海沧大桥缠丝施工根据缠丝机数量，分成

18、四个施工作业组，每个施工作业组分成 3 个小组 进行缠丝、倒盘、丝盘转运。每单个施工作业组人员配备如下： 技术人员 2 人、施工员 6 人、钳工 2 人、吊装工 2 人、普工 6 人，合计：18 人。4 个施工作业 组人员总计 72 人，外配电工 4 人，贮丝盘缠丝员 2 人，人员累计总数 78 人。 7 机具设备配置（见表 8） 表 8 机具设备配置表 名 称 型号规格 总计数量 4台 4台 10t （长链条） 5t （长链条） 4台 8台 2台 4台 机动 手动 32 个 8个 4台 10t 8台 16 把 4副 22 块 132 块 名 称 型号规格 总计数量 4把 8把 32x1500

19、 18x500 21.5x8m 4.5x3m 8根 8根 12 条 12 条 8套 8套 8套 400 x300 400 1kg 150-300 38-42、45-52 16 条 8把 8把 4套 8把 主缆缠丝机 手动缠丝机 链葫芦 链葫芦 贮丝机 对焊机 贮丝轮 贮丝轮 角向磨光机 螺旋千斤顶 手动搬手 固定卡箍 索夹垫板 主缆防护垫板 剪丝钳 钢丝钳 撬棒 撬棒 千斤头 1 千斤头 2 乙炔气焊工具 铝热焊固接焊模 铝热焊点火枪 紫铜棒 螺丝刀 钳工锤 活动搬手 固定搬手 8 质量控制要点 由于主缆缠丝，对缠绕钢丝相互整齐咬合排列的密封性能以及钢箱梁吊装期间提前缠丝，对 缠丝张力控制、焊

20、接强度等要求均比较高，因此现场施工时各工序均按照详细的质量控制内容进行 施工及检查验收，使施工质量得到了有效的控制，并优于设计要求。质量管理项目见表 9。 表 9 质量管理项目 管理项目 主缆 缠丝前 表面 清理 2 确认主缆钢丝表面没有生锈(或白锈。 3 对于生锈部位用钢丝刷除去锈斑后，用富锌漆等进行 管理要领 1 清扫主缆表面。此时，确认无垃圾、油分附着其上， 若有油分的话，用溶剂等除去。 目视确认 管理方法 涂装修补。白锈部位不需进行涂装修补。 1 确认 S 形缠绕钢丝无间隙及重叠咬合。 缠绕状况 缠丝时 缠绕张力 范围内施工。 1 根据上述要领，确认所需的点数和位置的数量；机械 缠丝起始端部 2 点 X3 处；临时停机部 2 点 X 出；节 缠丝后 焊接 段内 1m 节间部 2 点 X2 处；手动缠丝每根每 1 圈 2 点 X1 处。 2 焊点修磨加工后的焊高在 1mm 以上。 3 表面平整。 目视确认 2 如发现钢丝排列出现间隙、重叠的话，立即停机并修 正。另外，停机迅速实施 2 点 X3 焊接。 以设定的缠丝张力范围为管理目标，将缠丝张力控制在该 确认显示的张力 目视确认 9 安全注意