悬索桥施工方法分析,悬索桥施工方法有哪些

首页 > 机械设备 > 作者:YD1662023-10-29 23:15:16

悬索桥施工方法分析,悬索桥施工方法有哪些(5)

猫道全断面下滑架设法示意

猫道快速架设技术

2000米级悬索桥猫道长度的增加,虽然直观上施工难度并无明显加强,但会影响猫道架设总工期。按照目前国内猫道施工速度,2000米级悬索桥猫道施工工期预计在3个月左右,工期相对较长。因此,未来应研究2000米级悬索桥猫道快速施工技术。

笔者提出一种猫道全断面下滑架设新技术,即首先在架设猫道承重索时,将门架承重索架设到位。然后按照一定单元长度,采用传统下滑法在架设猫道面层、木方、横梁和横向通道的基础上,同时将猫道扶手立柱、侧网、托滚安装到位,猫道两侧扶手立柱间,采用绳索临时连接。接着猫道门架也同步挂设到门架承重索上,与猫道横梁连接。最后,整个断面下放,实现猫道全断面下滑快速架设。该方法将传统猫道架设的多道工序整合到一个工序中,一次性架设猫道系统的整个断面,一定程度上提高猫道的架设工效。

此外,在猫道架设期间,由于未形成整体结构,其抗风稳定性差,特别是在猫道承重索架设期间,因为风吹,承重索可能会缠绕在一起,影响施工进度。因此,未来2000米级悬索桥除研究猫道快速施工技术外,还应充分考虑猫道施工期间的防护措施,保证猫道架设期间的安全,如设置临时抗风缆等。

PPWS法主缆施工技术

索股快速牵引技术研究

2000米级悬索桥主缆长度将达到4000米级别,单根主缆索股数量达到300根左右。索股长度的增加,还增大了牵引力。按目前悬索桥每分钟牵引速度20米至25米分析,2000米级悬索桥的一根索股,从上盘到锚头牵引,再到对岸锚碇,需用时约3.4小时,其中牵引耗时占整个时长的77%。因此,2000米级悬索桥提高主缆牵引速度是保证主缆施工工效的关键。

牵引力方面,以6毫米直径127丝的索股规格计算,2000米级悬索桥牵引力可达35吨,而现在的悬索桥使用的牵引卷扬机多在25吨或30吨,已不能满足牵引施工要求。因此,要实现2000米级悬索桥主缆索股快速牵引,研发大吨位、高速、高性能的卷扬机是首先要解决的技术问题。

此外,单纯地提升牵引速度还会带来一系列问题:牵引索更易从导轮组上脱空;拽拉器对导轮和门架冲击大;施工人员跟不上牵引速度;索股扭转现象加剧;缠包带破损加剧等。因此,2000米级悬索桥要实现主缆索股的快速牵引,本质上要改造提升整个索股的牵引系统。

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某2000米级悬索桥一根索股牵引用时分析

索股高差智能化测量技术研究

现实状态下,影响主缆索股调索的因素非常多,如大风、大雾、大雨等恶劣天气,以及因气候造成的索股温差、索塔温度、索塔偏位等实际问题。就2000米级悬索桥而言,经计算,在同样的风速条件下,其索股横向位移远大于常规悬索桥。当索股横向摆动较大时,施工人员无法用“C”形卡尺测量待调索股与基准索股的高差,作业的窗口期比较短,影响调索速度。因此,对于2000米级悬索桥主缆调索,应研究将机器视觉动态识别技术或3D激光扫描技术等,引入到索股相对高差测量中,替代人工“C”形尺测量,实现大风环境下索股高差智能化测量。

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悬索桥单根索股在不同风荷载作用下的横向位移

紧缆机、缠丝机研发

紧缆、缠丝作业是保证悬索桥主缆施工质量的关键工序。紧缆机是在人工预紧缆后,将主缆挤紧、挤圆的专业施工设备。国内现有最大型紧缆机可紧主缆直径约1.3米。未来随着悬索桥主缆直径的增大,对紧缆机的紧固能力、设备尺寸、通过性等都提出了更高要求。因此,未来应研究更大吨位、更小尺寸、更高性能的紧缆设备,满足2000米级悬索桥的建设需求。

缠丝是主缆防护工作的关键内容。主缆直径的增大对缠丝材料性能提出了较高的要求。因此,还需研发更高强度的钢丝,满足2000米级悬索桥大直径主缆的缠丝需求。此外,对于某些小净距双主缆的悬索桥若采用组合式索夹,缠丝机还需从常规的下部开合变为侧向开合,以满足索夹位置处的通过性。

未来应注重智能化紧缆机、缠丝机研发,实现“一键式”紧缆和“无人值守”缠丝。

主梁架设关键技术

总体架设工艺与关键技术问题

目前国内外大跨悬索桥,无论是钢箱梁、钢桁梁或组合梁,常用的架设方法主要有跨缆吊机架设法、缆索吊机架设法、桥面吊机架设法。

桥面吊机架设法源于日本明石海峡大桥,主梁采用全回转吊机散件拼装,架设顺序为从索塔至跨中,主梁之间采用大段铰接方式,悬拼过程需采用临时吊索辅助杆件安装,工艺复杂、工效较低、施工控制难度大。该工法仅在国内坝陵河大桥应用过,在2000米级悬索桥的应用优势不明显。

缆索吊机架设法在国内应用广泛,应用最大跨径为1386米的华丽高速金安金沙江大桥,额定吊重220吨。该工法显著特点是工效高、工艺简单、纵向和竖向运输方便,特别适用于山区等交通不便利地区的主梁架设。但对于2000米级悬索桥,缆索吊系统规模庞大、吊装能力受限,不具备工程应用可能。

跨缆吊机架设法在国内外应用广泛,近年来在国内发展迅速,杨泗港长江大桥和五峰山长江大桥采用双机抬吊,额定吊重达900吨;在建温州北口大桥采用单机吊装,额定吊重1000吨,为目前世界最大吊重缆载吊机。跨缆吊机架设法的不足是只能在满足通航条件的区域使用,需研发能带载行走的专用设备,实现全区域吊装。

对于2000米级悬索桥,目前多个规划项目均采用长大节段(20米至30米)主梁设计。

缆载吊机研发

单侧单缆缆载吊机

2000米级悬索桥的吊重和缆载吊机规格都需进一步提高,关键技术问题除了结构构造优化外,还需重点提升设备集成化、智能化程度。

缆载吊机主横梁的主要优化方向是模块化和适应性。主横梁采用分段设计,段与段之间采用销接,其他连接采用高强螺栓栓接,到现场后拼接而成,实现模块化组装;适用性体现在主缆间距及吊点位置变化时,只需适当改造承重梁或中间桁架即可。此外,滚轮式行走机构,还需适应不同主缆直径,并顺利跨越主缆上的障碍物。

集成化主要体现在行走及定位吊装功能的机构集成,以及功能实现的控制系统集成。一体化液压泵站、控制室及液压提升、行走设备均布置于主缆之间的缆机主梁上;通过分布式计算机网络控制系统,主控台根据各种传感器采集到的位置信号、压力信号,按照一定的控制程序和算法,决定油缸的动作顺序,完成集群千斤顶的协调工作和同步控制。

智能化主要体现在基于传感器实时数据的智能控制,自动模式下缆载吊机一键开启或停止操作。同时,配置具备云功能的硬件单元,设备通过通讯元件自动连接Internet,结合云功能硬件的云平台(设备云)和云服务平台(服务云),实现远程运维、数据信息展示、大数据管理等功能。

单侧双缆缆载吊机

四主缆悬索桥在国外主要有乔治华盛顿大桥(GeorgeWashington)、维拉扎诺大桥(Verrazzano)等,这两座桥单侧两根主缆并排布置,中心距约2.74米。近期规划在建的狮子洋过江通道和燕矶长江大桥(主跨1860米)也都采用了单侧双主缆(中心距3米),全桥四主缆的设计方案。并排双主缆悬索桥主缆吊装设备要求,在上述单缆缆载吊机基础上,增加其行走支撑机构,保证其同时骑跨在4根主缆上。另一方面,根据提升系统从主缆内侧、主缆中间、主缆两侧下钩的方式,可研发多种适用于并置双缆悬索桥主梁吊装的缆载吊机。此外,并排双主缆相比于单主缆,缆载吊机提升系统可两点支撑于主缆上,自稳性比较好。因此,应研究取消横梁的分体式缆载吊机,在并排双主缆上的应用。

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