金安金沙江大桥缆索吊设计及使用总结

　　丁亚辉 徐亮 丁大洋中交二公局第二工程有限公司
　　摘 要： 金安金沙江大桥为主跨1386m的单跨简支钢桁架加劲梁悬索桥，受交通条件限制，钢桁架加劲梁采用缆索吊吊装。缆索吊主跨1386m，额定吊重220t，是应用于桥梁施工的最大规模的缆索吊。技术人员通过总结以往缆索吊使用经验，改进了缆索吊设计及使用方法，圆满完成了大桥钢桁架加劲梁吊装任务。
　　关键词： 缆索吊;金安金沙江大桥;钢桁架加劲梁;   1 工程概况1.1 金沙江大桥
　　云南华丽高速金安金沙江大桥桥位起终点桩号K113+918～K115+599。设计采用6×41 (华坪岸引桥)+1386(单跨钢桁架梁悬索桥)+1×40(丽江岸引桥)构造。主桥为主跨1386m的单跨简支钢桁架加劲梁悬索桥。
　　钢桁梁包含钢桁架和正交异性钢桥面板两部分，板桁结合。主桁架采用带竖腹杆的华伦式结构，钢桁梁的主桁杆件采用Q42Oq D，其余杆件及正交异性钢桥面板均采用Q345q D低合金钢。桁高9.5m，标准节间长10.8m，两片主桁架弦杆中心间距27.0m。在钢桁梁主桁架端部下弦杆底面对应端竖腹杆的位置各设置1个竖向支座，全桥共计4个，在端主桁架上、下弦杆的外侧，对应端主桁架的上、下横梁处各设1个横向抗风支座，全桥共计8个。   1.2 钢桁梁吊装工艺
　　钢桁架及桥面板采用缆索吊按照从跨中至两端的顺序对称吊装，先吊装钢桁架，穿插吊装桥面板。缆索吊垂直起吊区，最大吊重为211t。全桥钢桁梁吊装分为一般吊装节段、端部吊装节段、合龙段，其中端部梁段采用荡移法吊装，一般吊装节段采用缆索吊垂直起吊、纵移到位安装，合龙段采用预偏端部梁段配合缆索吊吊垂直起吊、纵移到位安装。   2 缆索吊设计2.1 总体设计
　　缆索吊选用两塔三跨方案，跨径组合为315+1386+187m，额定吊装重量220t。最大吊重在跨中时，最大垂度为115.5m，垂跨比1/12。根据钢桁梁吊装区平面布置，钢桁梁吊点距离索鞍的距离为28m，天车在28m外移动，缆索吊按照跑车距离索鞍28m进行计算及设计，28m以内的钢桁梁及桥面板采用卷扬机辅助牵引吊装。   2.2 工作级别
　　根据钢桁梁吊装方案，根据每个钢梁及桥面板的吊装位置，统计钢桁梁及桥面板吊装时间，钢桁梁吊装的使用时间为178h，桥面板吊装的使用时间为136h，合计时间为314h。根据《机械设计手册》，缆索吊构使用等级如下。
　　表1 机构的使用等级 下载原图
　　判断机构的使用等级为T1等级。
　　每片钢桁梁吊装的平均使用时间为2.74h，平均重量为209t，总数为65个。
　　每片桥面板吊装的平均使用时间为1.06h，平均重量为62t，总数为128个。
　　机构承受的最大荷载为211t。机构承受所有大小不同等级荷载的时间总和为314h。
　　表2 机构的荷载状态级别及载荷谱系数 下载原图
　　荷载状态级别为L3。
　　表3 机构的工作级别 下载原图
　　机构的实际工作级别为M2，《起重机设计手册》要求缆索吊起升机构及牵引机构按工作级别不低于M3，因此本桥缆索吊按工作级别M3设计，偏安全。   2.3 缆索吊结构设计
　　缆索吊主要由锚碇预埋件、塔顶索鞍、起重装置、绳索(主索、起重索、牵引索)、支索器、卷扬机、智能监控系统组成。   2.3.1 锚碇预埋件
　　缆索吊主索、起重索锚固点布置在散索鞍基础上，牵引索锚固在上横梁上，在浇筑相应部位混凝土时预埋锚固预埋件，并通过连接装置与散索鞍基础相连，主索、牵引索、起重索与锚固点构造如下图所示。
　　图1 锚固点立面布置图 下载原图   2.3.2 塔顶索鞍
　　缆索吊塔顶索鞍安装在上横梁顶，索鞍由底部垫梁、连接横梁、耳板、销轴、主索轮及起重、牵引过轮等构件组成，在浇筑上横梁时埋设预埋件，索鞍与预埋件连接，所有连接均采用焊接的方式，索鞍构造见下图。
　　图2 索鞍构造 下载原图   2.3.3 绳索系统设计
　　主索采用2×12Φ60(6×36WS+IWR)钢丝绳，单幅12根并联布置;
　　起重索采用2×2Φ42 (6×36WS+IWR)钢丝绳，上下挂架之间走＂4＂线布置;
　　牵引索采用2×2Φ42 (6×36WS+IWR)钢丝绳，单幅走＂4＂线布置;   2.3.4 起重装置
　　起重装置由跑车、上挂架、下挂架三部分组成，其中跑车与上挂架组装成一体，全桥共需四套起重装置，起重装置整体布置见下图。
　　图3 起重装置整体布置图 下载原图   2.3.5 支索器
　　支索器平均间距为77m，跑车单侧配置20套，全桥共配置80套支索器，支索器采用2根Φ16mm的钢丝绳进行定位。支索器构造见下图。
　　图4 支索器构造图 下载原图   2.3.6 卷扬机布置
　　华坪岸布置2台30t牵引卷扬机，丽江岸布置2台30t牵引卷扬机和4台30t起重卷扬机。   2.3.7 吊具设计
　　为了保证钢桁梁吊装过程中的稳定性，防止倾覆，调整重心距离吊点位置，保证缆索吊4个吊点受力均匀，设计了吊具。吊具设计如下图。
　　图5 吊具纵向布置 下载原图
　　图6 吊具横向布置 下载原图
　　吊具采用箱型截面，高度800mm，宽度500mm，腹板厚度14mm，翼板厚度26mm，主要采用Q345D材料。与钢桁梁采用销接连接，销轴直径92mm，材质为40cr。   2.3.8 智能监控系统2.3.8. 1 缆索吊监控系统
　　本次缆索吊监控系统项目包括应力、起重量、小车行程、吊钩高度、塔偏、风速等物理量监测及电气操作控制系统。按功能划分为四个部分，分别是数据监控系统、视频监控系统、光缆通讯和电气系统。   2.3.8. 2 系统功能
　　系统完成安装后，达到国标＂GB/T28264-2017＂中对于安全监控系统配置的各项要求，并对系统通过调试确认无误之后完成本项目的施工安装。本系统严格按照国标要求设计，具有以下系统功能。
　　(1)起升高度(下降深度)
　　(1)能够监控起升高度限位器(下降深度限位器)的动作状态。
　　(2)在起升高度限位器(下降深度限位器)失效时，能够在起升机构超高度时，发出指令控制其不能向危险方向运转。
　　(3)能够监控起升高度(下降深度)的数值，小数点后两位。
　　(2)运行行程
　　(1)能够监控缆索吊跑车运行行程限位器的动作状态。
　　(2)在运行行程限位器失效时，能够在缆索吊跑车超行程时，发出指令控制其不能向危险方向运转。
　　(3)能够监控各运行机构运行行程的数值，小数点后两位。
　　(3)起重量
　　系统能够监控起重量信号，当起重量超过设定值时，系统能发出报警信号或使起重机自动停止。
　　(4)同一或不同轨道运行机构安全信号
　　系统能够监控显示同一或不同轨道运行机构动作和状态。
　　(5)操作指令
　　系统能够监控起重机控制台、各操作站或遥控装置发出的开关量信号并直观显示操作类型。
　　(6)工作时间
　　系统能够记录每一工作状态的具体时间。
　　(7)累计工作时间
　　系统能够记录累计工作时间，即为已完成工作循环的累计时间总和。
　　(8)每次工作循环
　　系统能够记录已完成工作循环的次数，即为起重机从起吊一个物品起，到能开始起吊下一个物品止，包括起重机运行及正常的停歇在内的一个完整的过程。
　　(9)起升机构制动器状态
　　系统能够监控起升机构制动器的制动状态。
　　(10)视频系统
　　系统能够监控吊点及行走区域的视频图像。
　　(11)实时性
　　系统具有对起重机械运行状态及故障信息进行实时记录的功能。
　　(12)历史追溯性
　　系统具有对起重机械运行状态及故障信息进行历史追溯的功能。
　　(13)故障自诊断
　　(1)故障自诊断功能。
　　(2)在开机时有自检程序。
　　(3)在系统自身发生故障而影响正常使用时，能够立即发出警报信号。
　　(14)储存
　　(1)储存的数据信息或图像信息包含数据或图像的编号、时间和日期。
　　(2)能够在存储容量达到设定的存储时间前提示管理人员提前备份保存。断电后，信息保存。
　　起重机械主机和安全监控管理系统断电重启后监控数据保存完整。
　　(15)存储时间
　　数据存储时间不少于30个连续工作日，视频存储时间不少于72h。
　　(16)管理权限设定
　　系统的管理权限分级，由经授权人员进行。   2.3.8. 3 个性化系统功能
　　(1)跑车行走视频
　　本项目将跑车视频纳入系统中，让操作人员在控制室中更直观的观看跑车行走状态。
　　跑车上分别安装3个枪机摄像头，分别照射跑车前、后、下三个方向的视角，摄像机照射视频，通过无线网桥将视频传输到塔顶，再经过光纤将视频传输到控制室内。跑车摄像头由校车上电控箱内蓄电池供电。
　　(2)远程后台及APP
　　通过PLC系统与DTU模块485通讯协议连接，DTU模块与虚拟云通过4G网络连接，虚拟云与后台服务器连接，组成了远程后台管理系统。同样手机通过下载APP访问服务器，同样可进入远程后台管理系统。
　　(3)集中显示
　　利用光纤将两岸所有数据及视频集中至控制室内，分别在两个可操作的显示屏上显示。显示屏上不仅能显示，而且可对数据及视频摄像头进行控制。控制室分线至观景平台，数据与视频可在观景平台大屏上同步显示数据及视频。   2.4 结构设计计算结果
　　缆索吊系统总体由施工单位进行设计及计算，并委托西南交大进行第三方复核，缆索吊总体设计满足规范要求。缆索吊结构细部图由厂家进行深化设计，并委托长安大学进行复核，细部结构均满足规范要求。大桥监控单位对缆索吊吊装钢桁梁过程中上横梁结构受力影响进行了计算，均满足规范要求。大桥设计单位对大桥在施工过程中散索鞍基础抗滑动稳定性、主塔上横梁局部及整体受力安全性、主塔塔顶局部受力及主塔整体受力安全性进行了相关计算，均满足规范要求。   2.4.1 主索、牵引索、起重索结果
　　主索、牵引索、起重索计算结果如下表，表中规范值来自GB/T 28756-2012《缆索起重机》。
　　表4 主索、牵引索、起重索计算 下载原图
　　2.4.2 锚固系统验算结果
　　缆索吊锚固系统验算结果如下表所示。
　　表5 缆索吊锚固系统验算结果 下载原图
　　2.4.3 索鞍验算结果
　　缆索吊索鞍验算结果如下表所示。
　　表6 缆索吊索鞍验算结果 下载原图
　　2.4.4 跑车及挂架验算结果
　　缆索吊跑车及挂架验算结果如下表所示。
　　表7 缆索吊跑车及挂架验算结果 下载原图
　　2.4.5 吊具验算结果
　　吊具计算结果如表8所示。   2.4.6 监控单位复核结果
　　施工过程中作用于单幅散索鞍支墩基础上的猫道张力为6480k N，缆索吊系统张力为11751.6k N，大桥两岸散索鞍支墩基础抗滑动稳定性满足规范要求。华坪岸桥塔横梁在最不利荷载作用下，无拉应力，最大压应力为5.962MPa，满足规范要求。丽江岸桥塔横梁在最不利荷载作用下，无拉应力，最大压应力为5.515MPa，满足规范要求。
　　表8 吊具计算结果 下载原图
　　2.4.7 设计单位复核结果
　　索塔上横梁抗裂及承载能力可以满足要求。在吊装首片梁段时，缆索吊装系统造成索塔塔柱底部截面的附加拉应力最大，此时附加拉应力不超过0.2MPa，受力可以满足要求。吊装最后几片梁时，索鞍内主缆的抗滑移安全系数最小，华坪岸为2.1，丽江岸为5.7，可以满足规范要求。   3 缆索吊试吊及验收3.1 缆索吊试吊
　　根据《缆索起重机》(GB/T 28756-2012)及《缆索起重机型式试验细则》(TSG Q7009-2007)规定，进行缆索吊吊装前试吊试验，以确保缆索吊能满足工作要求。
　　根据土建项目实际情况，采用水箱装沙子及水作为试吊配重。   3.2 缆索吊验收
　　(1)缆索吊试吊完成后由项目经理部组织验收;
　　验收人员:项目总工程师、项目经理、项目各部门(工程技术部、安全部、质检部、物资设备部、生产管理部、测量队、试验室等)、监测单位项目技术负责人等相关管理人员。
　　(2)项目经理部验收后，报送总经理部及监理验收，验收通过后报特检所验收取证。   4 缆索吊使用及维护4.1 设备操作、维护人员配备和分工
　　根据钢桁梁吊装方案及缆索吊使用要求，设备操作、维护人员配备和分工如表9所示。   4.2 缆索吊维护检查内容
　　对所有临时结构设施检验，缆索吊的加工必须按设计图实施，满足设计及相关规范要求，对所有构件进行验收检验，安装到位后进行现场安装检验，并进行试吊，以满足吊装要求。
　　日常维护及检查的主要内容及标准如下。
　　表9 缆索吊操作、维护人员配备和分工表 下载原图
　　(1)锚固系统检查项目
　　锚桩是否有变形、位移。锚桩砼是否开裂。锚固位置处承重绳绳卡数量是否满足设计要求及是否卡紧。绳卡是否有滑动现象。
　　(2)塔架及索鞍检查项目
　　塔架杆件焊缝厚度及长度是否满足要求。塔架杆件是否发生变形和开裂。索鞍基座焊接是否满足要求。索鞍横梁与塔架间焊接厚度及长度是否满足要求。索鞍滑轮、轴承是否完好。钢丝绳是否有跳槽。
　　(3)卷扬机检查项目
　　卷扬机运行是否正常、平稳，电气工作状态是否正常。卷扬机在使用时电机温度是否正常;应急电动开关是否有效。卷扬机接地、接零是否符合要求。各类电线是否有损或短路现象。各类电气元件是否有松动现象。卷扬机钢绳是否有挤夹现象，刹车片是否有效。卷扬机前方转向轮锚固是否良好，钢丝绳有无磨损、断丝现象。
　　(4)各类钢丝绳检查项目
　　牵引索、起重索穿线是否满足设计要求。跑车、滑车的滑轮、承轴是否完好。钢丝绳是否出现磨损、倒刺现象，索卡是否有滑移。起重重量是否在允许范围内。起重绳，跑车绳是否有打搅现象。导向滑车是否安装好，是否出现变形。
　　(5)跑车及挂架检查项目
　　各个部位螺栓是否松动。各个轮轴是否转动顺畅。各个焊接点焊缝是否完好。   5 结语
　　金安金沙江大桥钢桁架加劲梁采用缆索吊吊装，严格执行了事先制定的吊装方案，已将完成了70%的钢桁架加劲梁吊装任务，缆索吊各个系统运行顺畅、安全，使用中偶尔有易耗件损坏，由维护人员技术修复。参建各方均对金安金安金沙江大桥的缆索吊设计、使用及维护给予高度评价。   参考文献
　　[1]  GB/T 28756-2012，缆索起重机．
　　[2]  TSG Q7009-2007，缆索起重机型式试验细则．
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