特大跨径悬索桥先导索架设施工技术
2018-03-26
前言
马鞍山长江公路大桥左汊主桥为世界第一的三塔两跨悬索桥，结构成对称布置，跨径为360+2×1080+360m，矢跨比为1/9，主缆长3045.53m，单根主缆由154根索股组成，采用双线往复式牵引系统牵引架设施工。主跨河道宽超过2000m，主航道位于南主跨，北主跨顺桥向有沙洲，不通航。
1 先导索架设方法简介
先导索架设一般有陆地牵引架设、水上牵引架设和空中牵引架设方法。
1.1 陆地人工、机械拖拉架设法
陆地人工、机械拖拉法工效较低，在地形有利、跨度不大、无地面障碍物的情况下采用，不适合有高深陡坡、高压线、植物和农作物多的地方。马鞍山大桥南边跨上游侧牵引索及猫道承重绳即在地面上由铲车牵拉至南边塔，用塔吊提升绳头与牵引系统的拽拉器连接牵引。
1.2 水上牵引架设法
1.2.1 自由悬挂牵引法
先将两岸边跨索一端与卷扬机相连，一端临时固定在桥塔横梁上，拖轮与一岸的边跨索连接，封航后将其拖向对岸，与对岸索连接，然后启动两端卷扬机，拉起先导索完成架设。此法是常用的传统方法，施工简便，但桥梁跨度较大时封航时间较长。广东虎门大桥、厦门海沧大桥、日本大鸣门大桥采用该方法架设先导索。
1.2.2 分段牵引江中对接法
将两岸先导索都拖至江中定位驳船临时固定，再用绳卡对接，然后启动两端卷扬机完成先导索架设。此法可缩短封航时间，但需要的船只数量较多。该法在宜昌长江大桥、武汉阳逻长江大桥、广州珠江黄埔大桥得到应用。
1.2.3 浮索牵引法
在先导索上按一定间隔固定浮子，使其漂浮在水面上，用拖船牵引过江（海）。该法适用于暗礁等障碍物较多的水域，但施工工序复杂，受风浪影响大，封航时间长。日本因岛大桥、关门大桥采用该方法架设先导索。
1.3 空中牵引架设法
1.3.1 火箭发射牵引法
将先导索拴在经过改良的火箭尾部，火箭发射时先导索随弹头被带向另一岸。火箭速度快，飞行时间仅需几秒，但落点误差较大，可达40～80m。火箭发射时，火焰温度在1 000℃以上，与火箭尾部相连的钢丝绳必须是特制的，其后再接工作索。该法较适用于山区，湖北四渡河大桥先导索采用该方法架设。
1.3.2 直升飞机牵引法
在空中用直升飞机将先导索直接从一岸牵引到另一岸。直升飞机的抗风能力强、载重大、速度快，悬停中可调整方向，适应海上作业。该法要求放索架有较高的放索速度和反拉力，先导索与飞机的连接、配重、抛掷等操作难度较大。日本明石海峡大桥、浙江西堠门大桥采用该方法架设先导索。
1.3.3 其它飞行器牵引法
如载人动力伞、热气球等，因安全性较差，且对风速、风向、飞行高度有严格要求而很少被采用。
2 马鞍山大桥先导索架设
2.1 先导索架设方案比选
通过对桥位气候、水文、地形、通航要求调查，结合各种先导索架设施工所需人员、机械设备、时间以及对通航的影响、技术难度要求和安全风险大小等，施工单位将先导索架设方案圈定在了三种施工方案上，分别为快艇水上牵引、飞艇空中牵引、直升机空中牵引，此三种方案经详细比较，最终采用飞艇空中牵引先导索架设的方案。
2.2 飞艇牵引先导索架设施工
先导索架设顺序为先北主跨、后南主跨，即飞艇牵引先导索分别从北塔顶飞至中塔顶，再从中塔顶飞至南塔顶，分两次完成先导索架设施工。
经风速测定满足飞艇飞行要求后，在南塔、中塔、北塔顶插放标志旗、导向轮，在北塔、中塔定顶安装放索架，飞艇在起飞地组拼好之后起飞至北塔顶，将2mm迪尼玛绳与飞艇连接并牵引至中塔，绳两端临时固定在北塔、中塔顶门架上，同样将2mm迪尼玛绳从中塔牵引至南塔并临时固定，之后采用塔顶10t卷扬机逐级将2mm迪尼玛绳置换为3mm、13mm迪尼玛绳，再用塔底25t卷扬机分级将13mm迪尼玛绳置换为22mm钢丝绳过渡索和36mm钢丝绳牵引索，最终形成猫道承重绳牵引施工的单线往复式牵引系统。
2.2.1 具体施工方法
（1）先导索（一级牵引绳）架设
遥控操作手控制飞艇飞至北塔塔顶正上方20m处，将先导索（2mm迪尼玛绳）绳头与飞艇牵引器连接，启动飞艇牵引先导索过江至中塔，在塔顶观测人员确认飞艇抛绳位置合适后，遥控指挥抛绳锤将先导索绳头抛至中塔顶部，人工将先导索绳头从牵引器中卸下固定在中塔上。北塔顶先导索的绳头从索盘中放出并进行临时固定。采用同样的架设方法架设中塔至南塔的先导索。
（2）二～四级牵引绳置换
通过安装在桥塔顶部的10t卷扬机一端收一端放的方式，将先导索（2mm迪尼玛绳）分次置换为二级牵引绳（3mm迪尼玛绳）、三级牵引绳（13mm迪尼玛绳）、四级牵引绳（22mm镀锌钢丝绳），第四级牵引绳置换完毕后临时固定在门架顶。
（3）单线往复式牵引系统形成
马鞍山大桥为三塔两跨悬索桥，两主跨分别形成单线往复式牵引系统进行猫道承重索架设施工。分别在南北锚碇后、中塔承台顶面布设25t卷扬机作为动力系统，并在两锚碇后的25t卷扬机储绳筒上缠绕36mm镀锌钢丝绳（牵引索），利用铲车牵引36mm镀锌钢丝绳至南、北塔底，用塔吊提升绳头至塔顶与22mm钢丝绳相连，中塔侧卷扬机与22mm钢丝绳相连，启动中塔25t卷扬机收绳（22mm钢丝绳）、锚碇后25t卷扬机放绳（36mm钢丝绳）完成过渡索置换，并将36mm钢丝绳临时固定在中塔门架上，然后将缠绕有36mm钢丝绳牵引索的储绳筒替换中塔25t卷扬机处22mm钢丝绳储绳筒，利用拽拉器将两根36mm钢丝绳连接形成往复式牵引系统。
2.2.2 施工重点及注意事项
（1）为保证飞行安全，飞艇需配置双发动机、自动遥控失控保护装置、遥控脱绳装置。需要时，遥控脱绳装置可以准确快速的使所带绳索与飞艇脱离。遥控装置设有自动失控保护，飞艇失去地面遥控时，会自动调整为降落姿态。
（2）飞艇发动机须保证在无工作负荷的情况下，单个发动机也能完成基本的飞行任务。
（3）飞艇组装应在警戒区内进行，严禁烟火，避免静电，防止运动部件对人体的伤害。
（4）艇囊在充气时，所有施工人员应穿着棉质工装，以防静电。
（5）在对发电机进行调试时，应防止螺旋桨对人体的伤害。
起飞时，先确保飞艇的高度已高处塔上塔吊的高度，再平飞至塔顶悬停。
3 结束语
马鞍山长江公路大桥先导索于2012年1月18日上午10时架设，架设过程中有雨，风速接近飞艇允许的极限风速，但架设过程安全、顺利，两主跨先导索架设施工用时20分钟左右，后续2、3、4级牵引绳置换在2天内完成。本桥成功采用飞艇逐次架设两个主跨的先导索，用时短、未封航、过程简便，具有广阔的推广应用价值。
参考文献：
[1]张建平，陈开利.矮寨大桥先导索架设方法.武汉：世界桥梁，2010.
[2]JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.
[3]荀东亮，王敏，潘桂林.等.悬索桥先导索架设方法在我国的创新与发展[J].城市道路与防洪，2009.
[4]周昌栋，王敬平，宋官保.等.一种先导索过江法及空中横渡等综合技术的实践.公路，2000.
