鉴定文件之六
深圳彩虹大桥综合施工技术
缆索吊机的设计与施工
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项目完成单位：中铁二局股份有限公司第五分公司
二○○○ 年 七 月
缆索吊机的设计与施工
1.工程概况
深圳彩虹大桥主桥为150米跨的下承式钢管砼系杆拱桥，一跨横越深圳市火车北站站场的29股轨道。其下有广九、广深电气化高速列车通过，站内调车频繁，行车密度大，为保证车站的正常营运，主桥的施工只能在夜间进行，而主桥所设的两条格构桁式主拱，单片就重达250余吨，且拱矢高达33.5米，如何安全、优质、快速地完成主拱的架设任务是本桥施工的关键所在。结合施工现场的实际情况及我单位的既有实力，经多方论证和方案比选，决定主拱肋分七段在工厂制作（最大段重约37t），采用
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缆索吊机与千斤顶斜拉扣挂相结合的无支架施工方案，以求在满足施工要求的同时能最大限度地减少对车站的干扰。
通过对现场的详细堪测，缆索吊机设计为118米+197米+128米的三跨连续结构，塔高66米，设计吊重50t，由于施工场地极为狭窄，大桥中部为密集的股道，西端两侧为5—7层的居民楼群，距桥仅3—5米，东端两侧为广铁公司的公寓楼群及洪湖水域，塔架几无侧缆风可布，但考虑到其特殊的施工环境，加之施工期正值台风季节，为保证安全的万无一失，采用不对称的形式布置了塔架侧缆风，仅作稳定措施。因西端进入施工场地须借用笋岗村村道，无运输大、长构件的条件，故而全桥的起吊场地均布置在东端，这样东塔设于5#墩后38米，西塔设于4#墩前11米处，西端主地垄布置在引道上，东端主地垄则设在洪湖中，本桥缆吊系统设计时考虑主塔与扣搭共用，主地垄与塔架背缆风地垄共用的形式，其具体布置如下图所示：
2. 缆索吊机的设计 2.1设计原则
根据该桥单孔主跨150m，矢跨比为1：4.5的特点，并结合我单位现
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有吊装设备。设计索道主跨197m，索道最大垂度11m，吊装重量35.3吨（设计吊重50t），拱肋矢高为32.8m，塔架设计高度达66m，因该桥为两条拱肋，拱肋中心间距18.5m，为此塔架要求很宽，设计达24m才能满足吊装需要。两条拱肋的吊装由一付索道来完成，塔顶设置移动索鞍，以覆盖桥面宽23.5m范围内所有构件的吊运安装。
由于塔架必须保证有足够的强度和稳定性，设计上考虑设两层缆风。经计算塔架向跨中水平推力达68吨，后缆风拟设8根28mm的缆风索；并设4根中缆风索，考虑到跨中位置是铁路既有线，不能直接拉前缆风索，因而在两塔架间设对拉缆风索，仅作塔架安装的稳定。
2.2、设计依据
2.2.1缆索系统主要钢丝绳的参数（见表）：
缆索规格及型式表
用途 项目 型号 根数—直径（mm） 单位重量（Kg/m） 主 索 密封式 455 17.8 起重索 6×37+1 219.5 1.326 索引索 6×37+1 222 1.6 面积AM（mm2） 钢丝直径（mm） 抗拉强度（MPa） 破断抗力（Tmax）t 说明 21600 1480 262 141.16 00.9 1700 19.65 174.27 1 1700 26.4 2.2.2缆索吊机设一组索道由四根55mm密封式钢丝绳（日产），两个跑车组成。
2.2.3索道跨度：根据地形条件，既要兼顾地垅重量、距离，又要考虑塔架的足够强度和高度，索道跨度设为197m，西侧主塔距4#主墩外11m，东侧主塔距5#主墩外38m，兼作起吊拱肋的场地，此跨度减少地垅投资，降低塔高，在既有条件下，是较优化的跨距。
2.2.4塔架高度：由拱肋高度H=33.5m、桥面与北站地面高度H2=8.5m，索道垂度H3=11.0m，索道及空间高度H=12m之和确定。
H=8.5+33.5+11.0+12.0=65.0m，取66m.。 2.3设计计算
因缆吊系统的计算属常规的计算方法，已有多文阐述，此处不现再详述，仅将各索的参数取值结果例入下表：
缆索系统钢丝绳的安全系数K值
序名 规 格 受力计算 安全系数 容许安
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号 1 2 3 4 称 主索 起重索 索引索 工作索 轨 索 起 重 循 环 4—55（新） 旧 2—19.5 2—21.5 2—47.5 2—17.5 2—17.5 K=262/75=3.5 K=249×0.75/75=2.5 K=19.65/3.75=5.2 K=26.4×2/11=4.8 K=117.2/35=3.3 K=18.95×0.82/3=5 K=18.95×0.82/3.5=4.5 重量 (Kg/ｍ） 17.8 1.326 1.6 7.93 1.05 4.85 2.74 2.74 2.71 0.846 全系数 3～3.5 3～3.5 5～6 4～5 3 5 4 北站大桥缆索吊装钢丝绳一览表
序号 1 2 3 4 5 6 名 称 主 索 起重索 索引索 工作索 轨 索 起重索 循环索 塔架缆风 前 缆 侧 缆 后 缆 索鞍横移 47.6(6×9+1) 17.5(6×37+1) 17.5(6×37+1) 28 28 28 6 15.5 4 1000 3.384 规 格 55 19(6×7+1) 22(6×9+1) 数量 4 2 2 2 2 2 2 8 1长 度 600 750 800 600 1000 800 250 120 130 总重(ｔ) 42.8 2 2.634 9.52 2.1 7.76 1.37 2.63 5.7 备注 2.4主地垄简况 主地垄由两部份组成，一是砼体，一是片石压重，设计本垄砼373m3，计858t，片石压重105m3，计210t，地垄总重1068t。
3. 缆索吊机的施工 3.1主索
根据设计,主索仅布置一组,设双搬运器,主索由4根φ55的密封式钢丝绳组成,主索经过塔项4门索鞍转向(塔顶索鞍为可移式索鞍,以满足吊装南北拱肋的需要),进入主地垄在主地垄半圆承力梁上锚固.由于实际仅有1000米的主索1根,500～600米的主索2根,因而在现场须将1000米的主索与一根500～600米的主索接用,主索接长采用搭接法,利用40副双槽索卡来达到接长的目的.主索的架设利用两端已安好的主索牵引卷扬机进行拖拉,为防止在跨中主索下垂过大影响行车,利用已架好的工作索进行辅助架设.由于该索道主边跨跨距相差不大,加之主索长度受限,且又有接长倒用的情
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况,使该主索垂度的调整和搬运器及挂钩的安设较难。现场采用在栈桥上搭设支架，在支架上安装搬运器及挂钩的方法加以解决，支架高10米，由碗扣式脚手架组成，垂度的调整则经多次揉调才达到要求。
3.2起重索及牵引索 设计起重索为φ19.5（6×37+1）的钢丝绳，牵引索为φ21.5（6×19+1）的钢丝绳，后来考虑到主桥所处环境的特殊性，将起垂索改用φ21.5（6×37+1）的钢丝绳，牵引索改用φ24（6×19+1）的钢丝绳。
起重索走“8”布置，其一端锚于西端主地垄，另一端（即活头）通过东端主地垄的转向滑车进入起重扬所机，共设有JM-8型卷扬机两台，均在东地垄前侧，每台负责一个主挂钩的起降。
牵引索走“2”布置，一端锚固于主地垄上，活头过塔后经搬运器上的牵引动滑轮倒向再过搭顶，返回主地垄，经主地垄的转向滑轮进入牵引卷扬机，牵引卷扬机在东、西端各设一台，型号为JM-10型。
起重索与牵引索均利用设于东、西端的扣索用卷扬机用φ15.5的钢丝绳作架设渡绳。
主索道用的起重及牵引卷扬机均接进中心控制室，由中心控制室统一指挥。
3.3工作索道的架设
按设计，本系统共设有工作索道两副，分设于主索道的两边起辅助吊装用，工作索主索采于φ47.5（6×19+1）的钢丝绳，上设5t搬运器各一套，工作索道的卷扬机为JJK2-5型，共2台，其循环索视为φ17.5（6×19+1）的钢丝绳，起重索采用φ17.5（6×37+1）的钢丝绳，起重索走“4”布置。
在主索道架设前，先架好工作索道，以为主索系统的架设作准备，工作索以φ15.5的钢丝绳作渡绳进行架设。
3.4塔架
本桥因设一组主索，为满足全桥吊装范围的需要，塔架设为宽24m，厚2m，下端铰支，高66m的三层门式框架，均采用万能杆件拼成桁架结构，并在塔头部分各飞出2m，通过塔顶的可移式索鞍，使整个系统的覆盖面达到28m宽。
塔架的拼装采用人工配合机械进行，并随着拼接高度的增加设置临时前、后缆风，后缆风设于引桥墩柱处，并逐渐向主地垄移动，最后锚固在主地垄上；前缆风则临时固接在栈桥梁上，待塔架间的对拉缆风架设好后再予以拆除。
塔架的侧缆风则待塔体拼装完成后再架设，由于塔架的侧缆风受环境所限，架设较难，又无卷扬机可用，故只能人工布设，并越过房顶，再用手动葫芦收紧，对有些困难地段得用吊车辅助布设。
3.5地垄
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主地垄在东、西两端各一，其中西端主地垄位于拆后的屋址上，采用机械开挖，人工浇注砼的方法施工，东端主地垄因局部位于洪湖中，故先作围堰排挡水，再开挖完成施工，由于单个主地垄的砼量即达400余方，故而采用分次浇注法成型，层间预埋连接筋，以加强整体性。
4. 缆索吊机的试运行
缆索吊机安装完成后，反复调整塔架的缆风绳，使塔架的倾角满足设计要求，然后空车运行几个回合，检查系统的工作情况，待全系统情况均正常后，再进行试吊，试吊分三次进行，即按设计吊重的70%、110%及130%进行，其中70%和110%试吊为全程往返运行，130%则作静载和冲击试验，经三次试吊，证明全系统一切正常，达到设计要求，可以投入正式使用。
5.结束语
深圳北站大桥缆扣系统的成功使用，不仅使主桥的所有构件吊装达到了安全、优质、免除对车站站场的干扰，而且抢回了因初期拆迁而滞后的四个多月工期，最终满足了全桥的施工计划。为提前两个月完成全桥施工的总目标的实现起到了关键性的作用。为我单位取得了良好的经济效益和社会效益。同时也为在拥挤的城市路网施工中提供了可资借鉴的施工经验，具有一定的推广价值。
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