一根根钢丝绳如何在峡谷间变成坚固的悬索?施工人员如何在高空环境中完成精细作业?
悬索桥的悬索系统是整座桥梁的“生命线”,它承载着桥梁的全部荷载,并将力传递到桥塔和锚碇。这座横跨峡谷的大桥,其悬索安装过程堪称一场“高空穿针”的工程大戏。
高空走廊搭建
悬索安装的第一步,是在高空搭建一条施工便道——猫道。猫道平行于主缆线形,是施工人员在高空作业的工作平台和安全通道。猫道设计必须遵循安全可靠、经济合理的原则。它的宽度、刚度和抗风稳定性都有严格要求。一般来说,猫道宽度约为4米,足以容纳施工人员和设备。猫道承重索是主要的受力构件,采用捻制不旋转的钢丝绳制作。安装时,首先需要使用“托架法”完成承重索的架设。
具体操作是:先架设托架承重索及托架,然后将置于锚碇处的地面索盘用塔顶卷扬机提升至塔顶,与牵引系统连接,最后拽拉至对岸进行固定。猫道面层铺设则是采用“下滑铺设法”。工人们在塔顶两侧铺设面层后,分别向跨中和锚碇方向下滑铺设。这个过程必须对称平衡施工,防止面层下滑失控。
面网通常采用两层设计:底层为粗眼钢丝网,顶层为细眼钢丝网,防止物件坠落。每隔一定距离还需设置型钢与猫道承重索固定,中间加设方木以增强面网刚度。为保证猫道稳定性,还需设置横向天桥和抗风系统。横向天桥以约150米一道为宜,满足上下游猫道之间的联系,方便施工人员和设备转移,同时提高猫道整体稳定性。
主缆架设
猫道搭建完成后,接下来是悬索桥最为关键的工序——主缆架设。主缆是悬索桥的主要承重结构,犹如桥梁的“脊梁”。主缆架设采用预制平行钢丝索股法(PPWS法)。这种方法是在工厂内将多根钢丝预先捆扎成平行索股,然后运至现场进行架设。每根主缆由多股索股组成,而每股又包含多根镀锌高强钢丝。
基准索股的架设是主缆架设中最为精细的环节。基准索股是主缆线形的基础,其线形控制直接影响到整个主缆的精度。在气温稳定的夜间,施工人员使用全站仪在主缆的相应位置上精确放线,划出索股的安装位置。温度稳定性对线形控制至关重要,因为温度变化会引起索股伸长或缩短,影响精度。
一般索股架设则是通过牵引系统在猫道上完成。索股从一岸锚碇处放出,沿着猫道上的滚轮牵引至对岸。牵引过程中,需控制牵引速度,防止索股扭转、散丝。索股牵引到位后,还需要进行线形调整,使其与基准索股保持相对位置准确。主缆架设完成后,需要进行紧缆作业。使用紧缆机将圆形的主缆压缩成设计要求的形状,并达到规定的密实度。
紧缆作业从跨中向塔顶方向进行,分为预紧缆和正式紧缆两个阶段。预紧缆在温度稳定的夜间进行,将主缆整成圆形;正式紧缆则使用专用紧缆机,将主缆压缩到设计直径。
索夹与吊索安装
主缆架设完成后,接下来是索夹安装。索夹是将吊索与主缆连接的关键部件,它的安装精度直接影响到吊索的受力状态和桥面线形。
索夹安装前,需要在气温稳定的夜间进行测量放线。按照每个索夹到主塔中心的设计距离,使用全站仪在主缆的相应位置上精确放线,并根据各个索夹的设计长度向两侧量划出索夹的安装边缘线。
测量时必须修正温差影响。
索夹安装一般由低向高进行。塔近处的索夹直接用塔吊安装,距离塔吊远的则用在主缆上行走的小车运输到位后安装。安装时,先将索夹合上,然后拧紧螺栓,最后按设计要求完成螺栓的第一次紧固。
索夹安装需要特别注意:双头螺栓非张拉端留的长度应符合设计要求,不可太长或太短,更不可长短不一致。拧紧过程中应防止索股钢丝夹进企口缝内。索夹安装允许误差为:纵向位置±10mm,横向扭转≤6mm。
吊索安装是将桥面荷载传递到主缆的中间环节。安装前,需要在索夹下面的猫道面层上开孔,用于吊索穿越猫道与索夹连接。吊索采用垂直布置,按照设计间距安装。近塔处的吊索直接用塔吊安装,其他位置的吊索则用安装在桥面主梁上的卷扬机进行安装。
体系转换与线形调整
吊索安装完成后,就进入了悬索桥施工中最关键的环节——体系转换。体系转换是通过对吊索进行张拉,将桥梁荷载由临时支架转移到主缆上的施工过程。
吊杆张拉必须按设计或监控根据计算机模拟计算所获得的加载程序进行。自锚式悬索桥是多次超静定结构体系,成型后的主缆相对于钢箱梁而言刚度比较小,这就要求吊杆张拉必须严格按照顺序进行。
张拉设备通常包括液压千斤顶、油泵和专门的连接补芯。张拉作业必须在梁底进行,需要使用挂篮作为张拉操作平台。挂篮必须进行荷载计算和试验,通过后才能使用。
张拉过程中,同步控制至关重要。通过三通阀体同步向同索号的二台千斤顶供油,可以达到此一组吊杆的2根索的索力基本相等的要求。张拉作业必须同步进行,专人指挥。出现问题应立即停止作业、及时通报,待问题解决才能继续施工。
主索鞍顶推是线形调整的另一关键环节。根据监控指令,在必要时一条主缆的两个主塔顶上同时用液压千斤顶进行主索鞍顶推。顶推的反作用力支撑在与主索鞍底座固定在一起的反力架上。顶推的时间、过程和距离大小必须严格按监控的要求进行。
悬索桥的悬索安装是一项复杂而精细的工程,每一个环节都关系到整座桥梁的安全和质量。从猫道搭建到主缆架设,从索夹安装到体系转换,都需要严谨的工艺和精细的控制。
只有把握好每一道工序,才能在峡谷间架起一道坚固的彩虹。
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建筑施工
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