特大跨徑懸索橋先導索架設施工技術
2018-03-26
前言
馬鞍山長江公路大橋左汊主橋為世界第一的三塔兩跨懸索橋，結構成對稱布置，跨徑為360+2×1080+360m，矢跨比為1/9，主纜長3045.53m，單根主纜由154根索股組成，采用雙線往復式牽引系統(tǒng)牽引架設施工。主跨河道寬超過2000m，主航道位于南主跨，北主跨順橋向有沙洲，不通航。
1 先導索架設方法簡介
先導索架設一般有陸地牽引架設、水上牽引架設和空中牽引架設方法。
1.1 陸地人工、機械拖拉架設法
陸地人工、機械拖拉法工效較低，在地形有利、跨度不大、無地面障礙物的情況下采用，不適合有高深陡坡、高壓線、植物和農(nóng)作物多的地方。馬鞍山大橋南邊跨上游側牽引索及貓道承重繩即在地面上由鏟車牽拉至南邊塔，用塔吊提升繩頭與牽引系統(tǒng)的拽拉器連接牽引。
1.2 水上牽引架設法
1.2.1 自由懸掛牽引法
先將兩岸邊跨索一端與卷揚機相連，一端臨時固定在橋塔橫梁上，拖輪與一岸的邊跨索連接，封航后將其拖向?qū)Π?，與對岸索連接，然后啟動兩端卷揚機，拉起先導索完成架設。此法是常用的傳統(tǒng)方法，施工簡便，但橋梁跨度較大時封航時間較長。廣東虎門大橋、廈門海滄大橋、日本大鳴門大橋采用該方法架設先導索。
1.2.2 分段牽引江中對接法
將兩岸先導索都拖至江中定位駁船臨時固定，再用繩卡對接，然后啟動兩端卷揚機完成先導索架設。此法可縮短封航時間，但需要的船只數(shù)量較多。該法在宜昌長江大橋、武漢陽邏長江大橋、廣州珠江黃埔大橋得到應用。
1.2.3 浮索牽引法
在先導索上按一定間隔固定浮子，使其漂浮在水面上，用拖船牽引過江（海）。該法適用于暗礁等障礙物較多的水域，但施工工序復雜，受風浪影響大，封航時間長。日本因島大橋、關門大橋采用該方法架設先導索。
1.3 空中牽引架設法
1.3.1 火箭發(fā)射牽引法
將先導索拴在經(jīng)過改良的火箭尾部，火箭發(fā)射時先導索隨彈頭被帶向另一岸。火箭速度快，飛行時間僅需幾秒，但落點誤差較大，可達40～80m。火箭發(fā)射時，火焰溫度在1 000℃以上，與火箭尾部相連的鋼絲繩必須是特制的，其后再接工作索。該法較適用于山區(qū)，湖北四渡河大橋先導索采用該方法架設。
1.3.2 直升飛機牽引法
在空中用直升飛機將先導索直接從一岸牽引到另一岸。直升飛機的抗風能力強、載重大、速度快，懸停中可調(diào)整方向，適應海上作業(yè)。該法要求放索架有較高的放索速度和反拉力，先導索與飛機的連接、配重、拋擲等操作難度較大。日本明石海峽大橋、浙江西堠門大橋采用該方法架設先導索。
1.3.3 其它飛行器牽引法
如載人動力傘、熱氣球等，因安全性較差，且對風速、風向、飛行高度有嚴格要求而很少被采用。
2 馬鞍山大橋先導索架設
2.1 先導索架設方案比選
通過對橋位氣候、水文、地形、通航要求調(diào)查，結合各種先導索架設施工所需人員、機械設備、時間以及對通航的影響、技術難度要求和安全風險大小等，施工單位將先導索架設方案圈定在了三種施工方案上，分別為快艇水上牽引、飛艇空中牽引、直升機空中牽引，此三種方案經(jīng)詳細比較，最終采用飛艇空中牽引先導索架設的方案。
2.2 飛艇牽引先導索架設施工
先導索架設順序為先北主跨、后南主跨，即飛艇牽引先導索分別從北塔頂飛至中塔頂，再從中塔頂飛至南塔頂，分兩次完成先導索架設施工。
經(jīng)風速測定滿足飛艇飛行要求后，在南塔、中塔、北塔頂插放標志旗、導向輪，在北塔、中塔定頂安裝放索架，飛艇在起飛地組拼好之后起飛至北塔頂，將2mm迪尼瑪繩與飛艇連接并牽引至中塔，繩兩端臨時固定在北塔、中塔頂門架上，同樣將2mm迪尼瑪繩從中塔牽引至南塔并臨時固定，之后采用塔頂10t卷揚機逐級將2mm迪尼瑪繩置換為3mm、13mm迪尼瑪繩，再用塔底25t卷揚機分級將13mm迪尼瑪繩置換為22mm鋼絲繩過渡索和36mm鋼絲繩牽引索，最終形成貓道承重繩牽引施工的單線往復式牽引系統(tǒng)。
2.2.1 具體施工方法
?。?）先導索（一級牽引繩）架設
遙控操作手控制飛艇飛至北塔塔頂正上方20m處，將先導索（2mm迪尼瑪繩）繩頭與飛艇牽引器連接，啟動飛艇牽引先導索過江至中塔，在塔頂觀測人員確認飛艇拋繩位置合適后，遙控指揮拋繩錘將先導索繩頭拋至中塔頂部，人工將先導索繩頭從牽引器中卸下固定在中塔上。北塔頂先導索的繩頭從索盤中放出并進行臨時固定。采用同樣的架設方法架設中塔至南塔的先導索。
（2）二～四級牽引繩置換
通過安裝在橋塔頂部的10t卷揚機一端收一端放的方式，將先導索（2mm迪尼瑪繩）分次置換為二級牽引繩（3mm迪尼瑪繩）、三級牽引繩（13mm迪尼瑪繩）、四級牽引繩（22mm鍍鋅鋼絲繩），第四級牽引繩置換完畢后臨時固定在門架頂。
?。?）單線往復式牽引系統(tǒng)形成
馬鞍山大橋為三塔兩跨懸索橋，兩主跨分別形成單線往復式牽引系統(tǒng)進行貓道承重索架設施工。分別在南北錨碇后、中塔承臺頂面布設25t卷揚機作為動力系統(tǒng)，并在兩錨碇后的25t卷揚機儲繩筒上纏繞36mm鍍鋅鋼絲繩（牽引索），利用鏟車牽引36mm鍍鋅鋼絲繩至南、北塔底，用塔吊提升繩頭至塔頂與22mm鋼絲繩相連，中塔側卷揚機與22mm鋼絲繩相連，啟動中塔25t卷揚機收繩（22mm鋼絲繩）、錨碇后25t卷揚機放繩（36mm鋼絲繩）完成過渡索置換，并將36mm鋼絲繩臨時固定在中塔門架上，然后將纏繞有36mm鋼絲繩牽引索的儲繩筒替換中塔25t卷揚機處22mm鋼絲繩儲繩筒，利用拽拉器將兩根36mm鋼絲繩連接形成往復式牽引系統(tǒng)。
2.2.2 施工重點及注意事項
（1）為保證飛行安全，飛艇需配置雙發(fā)動機、自動遙控失控保護裝置、遙控脫繩裝置。需要時，遙控脫繩裝置可以準確快速的使所帶繩索與飛艇脫離。遙控裝置設有自動失控保護，飛艇失去地面遙控時，會自動調(diào)整為降落姿態(tài)。
?。?）飛艇發(fā)動機須保證在無工作負荷的情況下，單個發(fā)動機也能完成基本的飛行任務。
?。?）飛艇組裝應在警戒區(qū)內(nèi)進行，嚴禁煙火，避免靜電，防止運動部件對人體的傷害。
?。?）艇囊在充氣時，所有施工人員應穿著棉質(zhì)工裝，以防靜電。
?。?）在對發(fā)電機進行調(diào)試時，應防止螺旋槳對人體的傷害。
起飛時，先確保飛艇的高度已高處塔上塔吊的高度，再平飛至塔頂懸停。
3 結束語
馬鞍山長江公路大橋先導索于2012年1月18日上午10時架設，架設過程中有雨，風速接近飛艇允許的極限風速，但架設過程安全、順利，兩主跨先導索架設施工用時20分鐘左右，后續(xù)2、3、4級牽引繩置換在2天內(nèi)完成。本橋成功采用飛艇逐次架設兩個主跨的先導索，用時短、未封航、過程簡便，具有廣闊的推廣應用價值。
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