先导索过海施工方案

先导索过海
1 国内外概况及方案选择
（1）国内外概况
先导索过海（江）是悬索桥上部结构施工的第一道重要工序，通常有以下几种施工方法。

1）悬挂牵引法
这是国内外常用的方法。

中国虎门大桥、海沧大桥，日本大鸣门大桥均采用此法。

图1、明石海峡大桥先导索牵引图2、（1）海沧大桥先导索过海示意图（尺寸单位：m）
图2、（2）海沧大桥先导索牵引图2、（3）润扬大桥先导索牵引江苏润扬长江大桥也采用此法架设先导索，但采用大马力拖轮，把先导索直径增加为φ36。

封航时间6小时，见图2（3）。

2）分段牵引、江中对接方法
为缩短封航时间，采用分段分次牵引、在江中对接，即此岸导索拖至江中定位驳船临时固结，待彼岸导索拖至江中定位驳船后用钢丝绳卡将两岸导索对接卡紧。

宜昌长江公路大桥采用此法（见图3）。

图3、宜昌大桥先导索架设示意图
3）浮索牵引法
在先导索上按一定间隔固定浮子（能提供较大浮力的泡沫材料），提供浮力，使先导索漂浮在水面，用拖船牵引过海（江）。

日本关门大桥、因岛大桥曾采用此法，见图4。

这种牵引方法不受水底障碍物的影响，适用于暗礁等障碍物较多的水域，缺点是工序繁杂，受风浪等水文条件影响大，需要长时间封航，岸边需要有码头。

图4、浮索牵引法
4）江（海）底牵引法
在岸上放置先导索，用大马力拖船牵引过江，牵索过程中先导索可沉入江底，故名“江底铺设法”，见图5。

该法曾在中国江阴长江大桥应用。

它适用于水底平坦，无大的障碍物的江河或海域。

缺点是受水浪、水文条件影响大，需要长时间封航，岸边需要有码头。

图5、海底牵引法示意图
（2）西堠门大桥先导索过海方案选择
西堠门大桥海域的环境条件，可概括为以下三点：
1）西堠门大桥跨度大，桥梁跨越的西堠门水道，海水深、海底地质情况复杂，暗礁很多。

西堠门水道潮流一般以不正规半日潮流为主，潮流运动形式多为往返复流。

该水道流速大，且有强烈漩涡。

如采用海底直接铺设牵引索，很可能造成牵引索被礁石等缠绕或勾拌。

如采用浮子法，会收到潮流及水流流速和漩涡影响，而且要在平潮时段进行。

平潮时段仅仅有40分钟，可用时间段短，牵引难度较大。

2）北塔处于海中狭小的老虎礁上，四周陡峭，水流湍急，无法停靠施工船只，需要建专用临时码头，但根据地形，在此建码头的难度较大，施工时间和费用较大。

3）西堠门航道为国际航道，很多大型商船和军舰通过，不允许中断通航。

基于上述三点，不能采用传统水上牵引法牵引西堠门大桥先导索。

此外，西堠门大桥还对直升机牵引法与发射火箭牵引法（此法在湖北四渡河桥实施）进行了研究比选。

由于火箭发射先导索的落点位置误差达到40～80m，且发射牵引索过海后还要横移、提升先导索，在此过程中，先导索仍然会重入水中，影响通航。

经反复研究比较后，西堠门大桥选用了直升机牵引先导索过海法，并根据中国实际情况对日本方法进行了重大改进。

2、直升机牵引先导索过海技术方案
直升机法实施有两种比选方案，一是主动放索方式（见图6），即把整个放索系统设置在直升机上，由直升机带动放索系统放出先导索。

出于安全考虑，在直升机上除设置通常的缆索切断装置外，还设置了紧急情况时的切断装置，结构比较复杂。

放索机和先导索重量由直升机承担，直升机负载较大。

由于设备较多，需要对直升机进行改造，费用较大。

图6、被动放索模式示意图7、主动放索模式示意图
第二套方案是被动放索方式（见图7），即把放索系统安装在南塔塔顶平台，直升机牵引带配重块的先导索向北塔飞行，利用牵引张力放出先导索。

这种方法减轻了直升机的负荷，不需要改装直升机，提高了直升机的飞行安全系数，降低了费用。

西堠门大桥对直升机法的两套方案进行研究探讨和对比分析，决定采用被动放索方式。

这种过海方案使直升机与先导索的连接简单，紧急情况下易于解除连接，对直升机具有极大的安全保障。

把放索系统放在塔顶平台，减少了直升机的负荷，给直升机选型提供更大的空间。

把放索系统放在塔顶平台，有利于监控放索机工作状态和指挥作业，控制先导索牵引过海过程中的速度、张力和线形，保证不影响通航及直升机的安全。

3、先导索技术参数与直升机选型
（1）先导索技术参数
先导索选用高强、轻质、直径小的尼龙绳，同时也要满足用先导索牵引Φ22过渡牵引索的拉力要求。

根据国内该类牵引索的情况，拟选用Φ6高强尼龙绳作为先导索，再转换成Φ13
高强尼龙绳，高强尼龙绳采用高强度的尼龙纤维做成，它的拉伸强度、质量见表1所示。

表1
（2）先导索牵引飞行过程中的最大牵引力
根据牵引飞行的工况条件和选定的尼龙绳、配重等参数进行计算，直升机到达终点时受力最大，最大受力为168.1kg。

（3）直升机选型
根据先导索的技术性能和先导索牵引飞行计算出的最大牵引力，选择直-9型直升机能够满足直升机牵引先导索过海作业的动力牵引需要。

（4）直升机牵引先导索过海作业的飞行条件
视野度（可视距离） 4km
云高超过350m
风向风速逆风9m/s；顺风3m/s
4、南北索塔操作平台布置
（1）南北塔操作平台的选择
直升机牵引先导索过海跨越南北索塔之间的水道，两塔之间跨径1650m，索塔高233.286m。

由于悬索桥上部结构已进入施工阶段，根据施工的要求，南北塔顶已布设了相应的施工平台、塔吊等实施，见图8～9。

图8、南塔顶上部结构施工布置图9、北塔顶上部结构施工布置图
根据现场的实际情况，南北塔顶均布设有塔吊、门架，南塔布设有2台塔吊，北塔布设有1台塔吊。

由于南塔上横梁上已安装了1台塔吊，占横梁位置较大，将上横梁作为飞行牵引的操作平台空间位置不够，只有选择低塔吊一侧的门架顶作为操作平台。

北塔上横梁上还未布置大型施工设备，空间位置比较宽敞，可以作为飞行牵引的操作平台。

根据直升机牵引飞行的操作特点，终点操作平台要求尽量大些，以便于先导索的接收，因此，将南塔低塔吊一侧门架顶作为先导索牵引起始点，将北塔上横梁作为先导索牵引锚固终点。

（2）南塔顶平台布置
南塔门架顶面为5.5×21m的框架，为了便于施工操作，将门架顶面拓宽，变为9×21m 的平台，在平台顶面满铺木板作为施工操作平台，周围设置护栏，见图10。

在平台上靠前端安装放索机，将放索机与门架固定在一起以承受先导索的张力，在平台前端安装滚轮，便于先导索的放出。

图10、南塔作业平台布置图
（3）北塔锚固平台的布置
图11、北塔上横梁锚固点布置图
北塔上横梁顶面为长24.933m、宽6.1m的混凝土面，作为先导索的接收锚固平台空间较大，能较好的满足施工操作要求。

平台顶面主要布置先导索的接收、锚固装置。

1）锚固点布置
由于北塔上横梁长24.933m，考虑在此范围内都能接收、锚固从南塔牵引到此的先导索，根据上横梁的宽度计算，需要设置三个锚固点才能满足要求，锚固点布置在靠边跨一侧。

2）锚固点设计
根据先导索的受力分析计算，锚固点受力较小，仅几十千克力。

锚固件设置为预埋件和锚固耳板，预埋件埋设在上横梁混凝土顶面，锚固耳板与预埋件焊接。

3）锚固绳设计
锚固绳采用比先导索直径大的φ10迪尼玛绳，特制长度5.5m，两端加工成环扣，后端和前端采用卸扣与锚固耳板和先导索连接。

4）上横梁顶面中跨侧边缘滚轮设置
为了避免先导索与上横梁顶面边缘混凝土相摩擦，更好的保护先导索，在上横梁顶面中跨侧边缘滚轮设置塑胶滚轮，先导索牵引到上横梁位置后，将先导索置入滚轮上，滚轮转动以保护先导索。

5 、实施效果
通过前述准备和飞行演练，在正式牵引时，直升机从南塔悬停，连接先导索，跨海牵引至北塔，与该处预先准备的索联接，完成先导索过海作业。

整个过程安全顺利，耗时约30分钟。

图13南塔顶放素机、导向轮放出先导索图12直升机在南塔悬停牵引先导素图14直升机牵引先导索过海。