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 t(9 2+2 5 8+7 3 0+2 5 8+9 2)mTh e s t a y c a b l e s o f t h e b r i d g e a r e o f s p a t i a l c a b l e p l a n e s a r r a n ge d i n f a n s ha pe I n e a c h c a bl e p l a ne，t he r e a r e 2 3 p a i r s of t he c a bl e s p l us a no t he r 4 p a i r s o f Ca bl e No 0 f or t he wh ol e b r i dg e a nd t he r e f o r e，t h e t o t a l c a b l e s f o r t he wh ol e br i d ge a r e 1 9 2 I n t hi s p a pe r，t h e c o ns t r uc t i o n t e c h ni qu e s f o r ha u l i ng a n d t e ns i o ni n g o f t he ve r y l o n g a n d l a r ge di a m-e t e r s t a y c a b l e s o f t he b r i dg e a t py l o n e nd s a r e d e s c r i be d Ke y wo r d s：S h a n g h a i Ch a n g j i a n g Ri v e r B r i d g e；s t a y c a b l e；h a u l i n g；t wi s t i n g；b r i d g e c o n s t nl c t i o n