港珠澳大桥九洲航道桥斜拉索安装技术

 田永强

 （中铁大桥局集团有限公司，湖北  武汉430050）

[摘要]港珠澳大桥九洲航道桥为斜拉桥，共有斜拉索64根。斜拉索均采用PESC7 -451规格，最长索139. 536m，单根斜拉索最大重19. 716 5t。斜拉索的安装工序主要包括斜拉索运输、上桥、塔端挂设、展索、梁端软牵引及梁端张拉等。对其施工工艺特点以及施工过程控制进行了简要总结。

[关键词]桥梁工程；斜拉桥；斜拉索；安装

[中图分类号]U448. 27  [文章编号]1002-8498(2016)11-0028-04

1  工程概况

1.1项目简介

 港珠澳大桥是连接香港、珠海、澳门三地的世界级跨海通道工程，该项工程对珠江三角洲地区的改革和发展，以及港澳地区的持续繁荣稳定等具有重要战略意义。港珠澳大桥主体桥梁工程CB05合同段最靠近珠海、澳门侧，起点里程K29 +237，终点里程K35 +890，主桥九洲航道桥是双塔中央单索面钢一混组合梁斜拉桥，主跨设计单孔双向通航，桥跨布置为( 85+127.5+268+127.5+85)m，全长693m。全桥共6个桥墩，其中206，207号墩为主塔墩，采用钢．混结构“风帆”造型，由竖直的塔柱和弯曲的曲臂组成，塔高114. 7m，塔顶标高120. 020m。主梁采用分离式开口钢箱+混凝土桥面板的组合截面。九洲航道桥布置如图1所示。

 斜拉索采用中央双索面竖琴形布置，两索面横向间距1. 0m。斜拉索梁端为张拉端，采用锚管直接锚固于联系两分离式钢梁的箱形横梁上，纵向索距12. 5m;塔端为锚固端，采用钢锚箱锚固，锚点竖向间距6. 1m。全桥共有64根斜拉索，均采用PESC7-451规格，为直径7mm高强度平行钢丝拉索，钢丝标准强度f p k=1 770MPa，弹性模量E=2.0×105 M Pa，表面采用锌-5%铝混合稀土合金镀层，钢丝用高强缠包带缠紧后外层采用双层PE护套。斜拉索编号如图2所示。斜拉索最长139. 536m，单根（不含锚具）最大重19. 716 5t。索体结构如图3所示。

1.2斜拉索施工难点

 九洲航道桥斜拉索由于自身结构参数、钢塔外形构造、施工条件等各方面因素导致安装施工的主要技术难点如下。

 1)由于桥址靠近澳门国际机场，受航空限高要求，挂索施工无法依常规采用塔式起重机设备，从而采用了塔顶吊架的方式提升斜拉索，增加了塔端挂设的难度，对其安全保障措施提出了更高要求。

 2)由于塔柱设计包含了曲臂结构，曲臂与主塔之间存在一定距离的索导管，穿索时采用人工对孔后，塔端牵引距离变长，工艺较为复杂。同时，特别为对孔施工人员设计了吊篮设施作为操作平台，为吊篮内施工人员的安全带系挂设置了专门的母绳，为安全穿索提供了保障。

 3)由于桥面同时作业的桥面板湿接缝等施工以及设计钢箱梁面两索之间空挡等原因，桥面用于展索的位置极为有限，因此展索工艺复杂。从而施工中不得不一边采用起重机吊起一边采用展索导向架进行展索，各方施工人员密切配合才可顺利完成施工。

 4)海上施工环境时有大风大雨天气，各项技术工艺、安全与工期保证措施必须科学合理并能适时调整。

2施工准备

2.1  主要设备配置

 1)张拉设备分别配备12 000kN千斤顶及配套的撑脚、张拉杆、连接套和15 000kN千斤顶及配套的撑脚、张拉杆、连接套各4套。

 2)卷扬机配置  共配备100kN卷扬机6台、50kN卷扬机5台、15kN卷扬机1台。

 3)梁端张拉施工挂篮  梁端配置斜拉索挂设、张拉作业平台若干组。

 4)塔顶挂索吊架  针对九洲航道桥斜拉索施工特点，采用2套200kN级挂索吊架作为塔端挂索时的斜拉索起吊设备。挂索吊架由塔顶吊架和牵引系统两部分组成，其中塔顶吊架部分在塔柱安装时提前设置在塔顶，牵引系统在挂索施工前进行安装，挂索吊架施工布置如图4所示。

2.2  斜拉索安装工况索力分析

 根据设计提供的索力及斜拉索相关技术资料，由施工监控单位计算安装牵引力，以中跨斜拉索为例，中跨侧斜拉索安装牵引力如表1所示，确定合理的施工方法指导施工。

2.3成品索检验

 斜拉索出厂前，按设计要求对斜拉索放丝、扭绞、缠带、双层挤塑、精下料、穿丝、镦头、灌锚、超张拉检验、包装、标志等性能进行全过程检验。斜拉索到达现场后，查验每根成品索的质量保证书。对进行了非常规试验的，需提供检验报告。

2.4关键设备验收

 斜拉索安装施工前，对塔顶吊架的挂索吊架系统、施工挂篮及卷扬机等关键设备进行检查验收和试运行验收工作，合格后投入使用，以确保使用安全。

3斜拉索的安装施工

 斜拉索的安装施工主要包括吊装上桥、塔端挂设、展索、梁端牵引、张拉、索力检测及调索等工序。根据斜拉索长度、质量、设备的起重能力以及塔端高度、桥面环境、航空限高等要求，1~8号斜拉索在具体实施过程中有一些不同。

3.1斜拉索吊装上桥与存放

 斜拉索由海上船舶运输到达桥位，采用浮吊或桥面汽车式起重机吊装上桥，成盘斜拉索起吊时设3个吊点，使用专用的吊装带，以保护好PE护套与锚头螺纹。吊装上桥后存放在专用索盘上，索体下端铺设方木支垫，并在方木与索体间加一定厚度的软质隔离物（如棉毡等）。

3.2塔端及曲臂挂索

 在梁面设置1台50kN卷扬机作为锚杯进入索导管时的牵引动力设备。50kN卷扬机钢丝绳通过桥面转向装置，由人孔进入塔内到达塔顶，经过塔顶转向装置从塔顶通过人孔进入塔内，再到达对应斜拉索锚垫板位置，然后从索导管内穿出并下放到梁面。

 1)塔柱侧塔端挂设时，在距离锚杯端部一定距离位置（索导管长度+2m）采用200kN软质吊装带和1套哈弗夹设置1个吊点，1~4号索采用汽车式起重机与50kN卷扬机配合完成斜拉索塔端挂设，5～8号索或挂索吊架与50kN卷扬机配合完成斜拉索塔端挂设。

 2)1～3号索曲臂侧塔端挂设时，在距离锚杯端部4m位置，采用200kN软质吊装带和1套哈弗夹设置1个吊点。采用350kN汽车式起重机进行塔端挂设，当锚杯进入索导管后，在前一根斜拉索索导管位置设置1个吊点，利用1台100kN倒链对斜拉索进行临时提升固定，汽车式起重机松钩，将斜拉索吊点移至距离锚杯端部一定距离（索导管长度+1m）处，再次采用350kN汽车式起重机进行起吊，完成斜拉索塔端挂设。

 3)4～8号索曲臂侧塔端挂设时，在索体上采用200kN软质吊装带设置2个吊点，第1个吊点设置在距离锚杯端部4m左右处；第2个吊点设置在距离锚杯端部一定距离（索导管长度+1m）处，采用200kN卡环使吊点与挂索吊架拽拉器连接。锚杯进入索导管时，竖向位置采用挂索吊架进行调整。横向位置调整时，在并排的另一索导管内引出1根千斤绳（另一端锚固在塔内锚垫板上），施工人员乘坐吊篮在其同一高度采用倒链进行调整，导向锚杯进入塔端索导管，曲臂侧塔端挂索施工如图5所示。

3.3梁面展索

 1，2号索先进行塔端挂索后开始桥面展索，塔端挂设完成后，放索盘上剩余索体长度较短，因此采用脱空展索方式进行展索。3～8号索吊装上桥后放置在钢梁端部的250kN放索盘上，采用350kN汽车式起重机将索体展开6~8m长度，并将固定端锚杯放置在锚杯小车上。桥面350kN汽车式起重机通过1套辊轮将索体吊起，以防止展索过程中放索盘碰伤斜拉索PE护套，在放索盘前方设置1套展索导向架，保证索体在桥面上顺直展开。桥面50kN卷扬机钢丝绳放出并与固定端锚杯相连，启动50kN卷扬机牵引桥面展索，展索过程中，索体与梁面之间间隔4~5m放置1台单轴小车，防止索体与梁面接触造成损伤，单轴小车与索体之间设置橡胶垫。

3.4梁端牵引

 梁端卷扬机牵引之前，在张拉端锚杯后端分别安装连接套、张拉杆( Tr295mm×20mm×2 350mm)。在距梁端锚杯4~6m处的索体上安装400kN专用哈弗夹，用300kN软制吊装带（走双）设置牵引点，与400kN梁面卷扬机牵引系统相连。哈弗夹上设置吊点，采用汽车式起重机吊起，启动梁面卷扬机牵引系统，当张拉杆牵引到梁面索导管口时，利用汽车式起重机调整张拉杆倾角，使其与梁端索导管轴线一致。此过程由专人指挥索体提升速度，严防张拉杆丝扣受损。当张拉杆及锚杯全部进入索导管时，在索导管下端口上铺设防护衬垫，严防牵引后期索体与索导管下端口直接接触造成损伤。当张拉杆露出梁下锚杯螺母时停止牵引，梁下工作人员安装张拉杆副螺母，以保证后期牵引安全。继续卷扬机牵引，同时旋紧张拉杆副螺母，直至将锚杯分丝板牵引到距梁端锚垫板一定距离（具体通过索力计算），停止卷扬机牵引，安装副张拉杆( Tr180mm×10mm×1 700mm)和张拉机具，准备开始梁下硬性牵引及张拉。

3.5  斜拉索张拉及索力调整

 1)张拉前准备工作  张拉千斤顶与张拉油表进场前应在国家有资质检测单位进行标定，标定证书中的回归方程是油表读数与张拉力换算的重要依据。斜拉索张拉前应进行技术交底，根据监控指令确认本次索的张拉力和伸长量。检查张拉千斤顶位置是否居中并调整固定，检查千斤顶配套设备的编号，以便确认该千斤顶标定的曲线。检查锚头和张拉杆丝扣在挂设中是否有碰伤。检查各项安全措施是否已完善。

 2)斜拉索张拉及变形监测  应根据监控单位下达的张拉指令进行张拉。进行伸长量、油表读数、测力传感器测量张拉力记录，张拉顺序按设计要求处理，张拉所需千斤顶、油泵、油表应配套标定、配套使用，张拉记录应完整齐全。斜拉索张拉以监控单位提供的指令值控制，伸长量作为校核。张拉过程中，要详细记录油表读数、索力、伸长量、索头相对于锚垫板的位置，便于相互校核，张拉前后应量取索头与锚垫板的相对位置。油泵操作人员读取油表读数时，视线应与油表面垂直，保证读数精确。斜拉索张拉前后，均对桥梁和索塔的应力和变位进行监控，九洲航道桥的索力监测采用锚索测力计静测法和索力动测仪频率法相结合的方法，在206号墩左幅ZS1，BS8，207号墩右幅BS1，ZS8拉索处施工监控布置有4个锚索计。斜拉索施工过程中（斜拉索张拉时主梁线形控制、索塔偏位监测、索力监测以及主梁安装阶段精调、配切测量、匹配焊接等）的监控、监测应注意监测时间，测量时间应控制在夜间0:00以后，此阶段温度变化较为平稳，且结构温度与大气环境温度趋于一致。

4结语

 1)桥面展索过程及临近交叉作业电焊作业等容易出现对索体及锚杯位置PE保护层刮伤、损坏，影响斜拉索的耐久性要求。在施工中要避免出现类似问题，发生损伤的应在斜拉索安装前完成修复。

 2)主塔内为受限空间，照明、通风等施工条件较差，斜拉索安装施工时易发生火灾、触电等安全事故，施工中应严格遵守各项安全管理要求，避免发生事故。

 3)塔端安装斜拉索等高空作业时，必须定期检查塔顶吊架、卷扬机、钢丝绳、卡扣、张拉杆以及牵引等关键设施、设备的性能状况，确保设备正常使用。

 4)斜拉索的张拉力是最灵活、最关键的因素，是关系到结构的安全、影响主梁线形的主要因素，为此为确保施工阶段梁体线形、结构安全以及桥梁竣工后的正常使用，使桥梁的线形和内力达到设计的预期值，施工过程中必须严格执行施工监控指令。

 5)九洲航道桥斜拉索安装施工时，作业区域内还存在钢梁焊接作业、桥面板湿接缝混凝土浇筑等不同专业的施工队伍，存在交叉施工以及工序衔接情况，因此施工项目部理清各专业队伍职责和义务、科学组织相互配合显得尤为重要。