深海通航限高区域临时悬索栈桥设计方案研究
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收稿日期：20240244 作者简介:李 鑫(1988-),男，硕士，工程师
中的中间线条，最下方线条为海平面的高度,按照图2中的
示意，栈桥的最高点和最低点只能在图中的最上方线条和
中间线条之间，才可以满足航空限高和栈桥桥面最低标高
的要求。构件自重荷载和活荷载计算见表2。
表1栈桥最低和最高限高值
m
墩号 桥面标高 航空限高 塔顶门架标高 栈桥桥面标高
1设计概况
依托项目新建桥梁跨径为42 m + 42 m + 42 m + 44 m + 42 m+60 m,桥梁总长度较长，为之施工需要设计 的栈桥长度也比较长，考虑到桥址位置的海水深度较深，使 用一般的栈桥形式会使得桩基的数目过多,桩长较长,成本 加大，再考虑到经济上的原因，决定选用多塔不等跨的悬索 栈桥的形式，这样，桩基的数目减少,相应其他的钢材使用 增加不多，经济上比较节约。
岛：山东科技大学,200& [] 裴银红.隧道工程中的新科技[J],交通世界,2003
(2)：407422 []朱毅敏，朱刚.超大型深基坑在环形支撑条件下采
用分级放坡挖土的实践与应用建筑施工，2005, 27(4) ：9-11. [[] 包 欢，徐忠阳，张良琚.自动变形监测系统在地铁 结构变形监测中的应用[J]，测绘学院学报,2203,22 (2) ：43-45. [] 禚一，王旭，张军.高速铁路沉降自动化监测 系统SMAIS的研发及应用[J],铁道工程学报,2015 (4) ：10-W. []周 山，付振华.广州地下铁道既有隧道的自动化监 测方案科技咨询导报,2007(6) ：45-46. [10] 邬昱昆.苏通大桥超高索塔监测技术与数据处理研
究[D].南京：河海大学,2007.
Stractaral automatia monitoring and analysis of Jiangjia tannel is Guangzhou metra
Chen Jianjing
(Befing UrCan Coostruchoo Survey Defgn & Research Institute Co. , Ltd. , Gurngzhoo Branch, Guangzhou 510377 , China)
桥面上同时需要布置混凝土泵管,泵管的数量为3根，沿 着桥面横向均匀布置，正常工作时为两边的泵管输送混
凝土，中间的泵管用以备用。人群等其他的荷载也是均
匀的布置在桥面上。泥浆管的个数为2根，也是均匀的 分布在桥面系上。
2设计要点
2.1 索形的确定
悬索栈桥索形的确定是整个栈桥设计的核心问题，其
目的是使栈桥成桥后的线形与主缆空缆时的线形平行［］。 该栈桥设计中采用悬链线解析计算结果，在给定的荷载值 条件下，确定主缆索上以2 m为吊索间距的关键点的坐标 值⑶。然后在Aksys中建模计算，采用Beai4梁单元模拟 缆索的受力形式,梁单元的截面特性取值很小，对结果的影 响较小，可以用来模拟索单元的受力形式。全模型共计 4 572个节点和8 751个单元，模型的边界条件为各塔塔顶 位置的节点固结,桥面系8根缆索约束水平位移。正常使 用时所有的荷载都施加在模型上，以此确定线形形状。各
摘 要:以某深海通航区域新建大跨桥梁项目为依托，重点介绍了临时悬索栈桥的设计方案。作为大跨桥梁上部结构十分重要的 施工平台，悬索栈桥的索形、受力变形以及静风稳定性能对主缆的架设、紧缆、索夹安装与吊索架设等施工工序产生影响，也会对
大跨桥梁上部结构施工安全产生重大影响。着重从索形确定、索力计算及静风稳定性三方面考虑，设计了适用于深海通航限高区
表2荷载情况统计表
kN
名称 钢横梁 面层荷载 人群荷载 小车荷载 混凝土 8根钢索 2根扶手索 泥浆管
重量 215.56 1 124.23 36.59
4
1 311 176.27 43.02 786.07
需要说明的是，表0中各荷载值为所有同类构件荷 载的总和，主缆索和吊索的荷载单独考虑不计在内；其中
混凝土和泥浆管的为混凝土、钢管与泥浆和钢管的总重。
悬索栈桥的截面形式如图1所示，最底部的钢横梁采 用16v的槽钢。中间8根桥面系缆索和2根扶手索在吊索 的位置处,最上面的为猫道面层的钢丝网作为最后的铺装。
由于施工现场距离机场较近,需要考虑航空限高的问 题,满足航空限高的要求⑴。且海面的波浪较大，栈桥的桥 面距离海平面要有一定的距离，以免受到海浪的影响，航空 限高值和栈桥桥面标高的最小值如表1所示。根据表1中 数据,绘制CAD如图0所示,墩号编号如图0所示,航空限 高线如图0中上方线条所示,栈桥桥面标高的最小值为图
・142・
第47卷第14期 2 0 2 1年7月
主要构件图见图 3。
山 西建筑
7）,10 t,20 r的拉力作用。
TI# [E=1 US1 UM (AVG) R( .S%0 DMX=.028 346 SM 1=028 346
MX
在表1中，对栈桥最低和最高限高值有明确的要求，为 了满足限高的要求，悬索栈桥的主缆索的高度在两边的边 跨是逐渐降低的，如图4所示，在图4中最上方线条表示航 空限高，最下方线条表示海平面位置，中间直线条表示栈桥 桥面最低位置，中间曲线条表示栈桥形状。栈桥的桥面设 在栈桥桥面的最低位置的中间直线条处。这样的布置 23号墩处成为控制关键点，如图4中圆形细部图，此时，栈 桥顶部距离航空限高0.4 m,总体上，栈桥的线型设计是满 足要求的。
力后，位移分别为0•027 m,0.022 m, 0.016 m,位移值减小, 并且拉索的线形也变平顺,构件的运送和行人都比较有利,
综上,施加拉索的拉力定为3 to
2.3栈桥静风稳定分析
进行静风稳定分析时，需确定设计基准风速。根据设
计资料，该栈桥设计基准风速取为29 m/s,施工阶段设计基 准风速按《公路桥梁抗风设计规范》⑷取20年重现期取为
-5
_#__4__8__12
攻角3。)
a）猫道模型试验
"）猫道静力三分力系数曲线
图8猫道静力三分力系数取值依据
参照现行《公路桥梁抗风设计规范》中的静风稳定性
分析方法进行二维线性静风稳定性分析。分别对3.5 m和
2 m宽猫道进行静风稳定验算,得到扭转发散临界风速分别
为63.2 ms和56.45 ms,均大于失稳检验风速31.4 ms,
第47卷第14期 2 2 2 1年7月
山 西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol. 26 No. 12
Jut. 2021 ・ 141 ・
DOI：12. 1374/j. okP 1029-6825.2221. 4.252
深海通航限高区域临时悬索栈桥设计方案研究
李鑫-张杰6
(•成都城投城建科技有限公司，四川成都610032； 2.中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司，上海200000 )
18
19
20
21
22
23 24
图4栈桥限高示意和控制墩位置细节图
在悬链线解析计算结果的基础上，确定了线型坐标值
和主缆内力值，以此为基础在Ansys中建模计算，Ansys建 模如图5所示。Ansss的计算结果表明，主缆施加了初始 内力后，模型的位移值为0.007 6 m,如图6所示，即表明 对真实荷载的模拟已经足够精确，计算的结果是比较准
Abstract: With the consUoction of subway more ag more, the safe opeotion of subway has become the most importapt. When aC-
3.5 m和2m宽猫道静风稳定性均满足规范限值要求。
3结语
本文介绍了某深海通航区新建大跨栈桥的设计过程, 对悬索栈桥的设计要点进行了阐述,总结悬索栈桥设计关 键点，得出以下结论:
1） 索形的确定是整个栈桥设计的核心问题，通过悬链 线解析得到线形坐标、主缆内力等参数后，表明线形满足各 项要求。
2） 为保障人群和小车在栈桥上时栈桥的稳定性，通过 分析得到了桥面系拉索初张力。
25152mjs。 静三分力系数是风载和静风稳定计算的依据⑸，但静
力三分力系数的准确获得需要开展节段模型试验。本设计
将参考某大桥施工猫道风洞试验（如图8v）所示）取值。该 大桥猫道面层下层钢丝网透风率83. 3%，上层钢丝网透风 率H%，总透风率67.3% ;侧面防护网透风率 2。试验 得到的猫道静力三分力系数如图2^所示。
8结语
在运营中的地铁隧道作业人员无法随时下隧道测量作 业,监测数据人工处理耗费大量时间。通过测量机器人自 动化监测系统在地铁运营隧道结构监测中，介绍自动化监 测系统原理、监测网的合理布设、数据采集及监测数据成果 分析等。自动化监测系统具有高精度，且全天候24 h数据 采集，可以有效解决人工监测在地铁运营隧道作业时间短 及人工处理数据耗费大量时间的问题,大大提高了作业效 率。同时也节省了人工成本,可以随时了解到隧道结构的 变形情况，为地铁安全运营提供了高效保障，为今后类似工 程项目提供借鉴。 参考文献： [1] 陈德智，何李.变形监测信息管理与工程安全预警
系统简介山西建筑,2009,35(35) ：352-354. [2] 林仁超.浅谈变形监测技术的应用实现[J],应用技
术,2014(4) ：41.
[3]熊成林，孙建会，王万顺，等.株洲航电枢纽外部变形 自动监测解决方案及应用水利水电技术,2008,
39(1) 42-74. []赵 勇.地下工程开挖地表沉降预计与观测[D].青
3） 栈桥的静风稳定分析是栈桥稳定性分析的重要环 节,通过风洞试验得到静力三分力系数,得到了静风稳定性 的临界风速。
下转第137页）
第47卷第4期 2 0 2 1年7月
陈建京:广州地铁江街隧道结构自动化监测与分析
-47 •
3(326 mm)、右线隧道Y24-7 ( -3.21 mm) ；Z轴方向累计 最大变形量为:左线隧道Z27-3( -323 mm)、右线隧道Y211(2. 45 mm)。以上各监测成果数据累计变化较小，监测数据 稳定，均在控制范围内，为地铁安全运营提供高效保障。
0
.006 299
.012 598
.018 897
.025 196
.003 15
.009 449
.015 748
.022 047
.028 346
图7拉索拉力为5 t栈桥位移图（单位:m）
结果表明，桥面系拉索未施加张力时，在人群和小车的
作用下产生0 .136 m的位移，拉索施加了 5t,10 t,20 t的张
域的临时悬索栈桥,研究成果可为同类型项目建设提供参考。
关键词:深海通航限高区,悬索栈桥,静风稳定性
中图分类号：U448.25
文献标识码：A
文章编号：1009-6825 (2021) 4-04403
悬索栈桥一般作为悬索桥主缆架设、紧缆、索夹安装及 吊索架设的重要临时措施，但较少在跨海大桥施工过程中 应用。本文依托项目新建桥梁的总长度较长，桥址位置海 水较深,桥址区附近机场对施工期净空高度要求较高,综合 考虑施工进度与工程造价问题，选用多塔不等跨的悬索栈 桥形式作为临时施工平台。本文重点介绍了悬索栈桥的索 形确定、索力计算以及静风稳定分析。文中介绍的悬索栈 桥施工便道攻克了海上桥梁施工没有好的操作空间的技术 难点,为施工人员提供了安全、舒适的海上施工作业平台, 同时减少了对海域环境的污染，节约了成本，并且有效保证 了桥址区通航净空要求。
确的。提取主缆 计 算 结 果 可 知 主 缆 索 的 无 应 力 长 度 为
771.996 m,吊索的无应力长度和几何长度相差甚小，基 本忽略不计。
图6栈桥荷载作用位移图（最大位移0.007 6 %）
2.0桥面系拉索索力确定
考虑到小车和人群荷载作用在栈桥桥面系上,会产生 较大的局部位移，需要给予桥面系拉索一张力作用，使得桥 面系上的受力变形更加均匀变化。局部荷载为两人一车的 共计2 520 N,分布在吊索中间的桥面系拉索上，以集中力 的形式施加,集中力在第二跨径的中间位置施加,栈桥的位 移结果如图7所示。分别模拟桥面系拉索产生5 t（见图
4 15.06 45.00
— 4.00
4 16.22 45.00
22 5.5
20 4.52 45.00
22 5.5
21 12.22 44.33
22 5.5
22 11.78 26.36
4 5.5
23 8.55 15.20 12.5 5.5
24 6.06
— 4
限高线
1
。2
1 24
图2栈桥限高示意图
中的中间线条，最下方线条为海平面的高度,按照图2中的
示意，栈桥的最高点和最低点只能在图中的最上方线条和
中间线条之间，才可以满足航空限高和栈桥桥面最低标高
的要求。构件自重荷载和活荷载计算见表2。
表1栈桥最低和最高限高值
m
墩号 桥面标高 航空限高 塔顶门架标高 栈桥桥面标高
1设计概况
依托项目新建桥梁跨径为42 m + 42 m + 42 m + 44 m + 42 m+60 m,桥梁总长度较长，为之施工需要设计 的栈桥长度也比较长，考虑到桥址位置的海水深度较深，使 用一般的栈桥形式会使得桩基的数目过多,桩长较长,成本 加大，再考虑到经济上的原因，决定选用多塔不等跨的悬索 栈桥的形式，这样，桩基的数目减少,相应其他的钢材使用 增加不多，经济上比较节约。
岛：山东科技大学,200& [] 裴银红.隧道工程中的新科技[J],交通世界,2003
(2)：407422 []朱毅敏，朱刚.超大型深基坑在环形支撑条件下采
用分级放坡挖土的实践与应用建筑施工，2005, 27(4) ：9-11. [[] 包 欢，徐忠阳，张良琚.自动变形监测系统在地铁 结构变形监测中的应用[J]，测绘学院学报,2203,22 (2) ：43-45. [] 禚一，王旭，张军.高速铁路沉降自动化监测 系统SMAIS的研发及应用[J],铁道工程学报,2015 (4) ：10-W. []周 山，付振华.广州地下铁道既有隧道的自动化监 测方案科技咨询导报,2007(6) ：45-46. [10] 邬昱昆.苏通大桥超高索塔监测技术与数据处理研
究[D].南京：河海大学,2007.
Stractaral automatia monitoring and analysis of Jiangjia tannel is Guangzhou metra
Chen Jianjing
(Befing UrCan Coostruchoo Survey Defgn & Research Institute Co. , Ltd. , Gurngzhoo Branch, Guangzhou 510377 , China)
桥面上同时需要布置混凝土泵管,泵管的数量为3根，沿 着桥面横向均匀布置，正常工作时为两边的泵管输送混
凝土，中间的泵管用以备用。人群等其他的荷载也是均
匀的布置在桥面上。泥浆管的个数为2根，也是均匀的 分布在桥面系上。
2设计要点
2.1 索形的确定
悬索栈桥索形的确定是整个栈桥设计的核心问题，其
目的是使栈桥成桥后的线形与主缆空缆时的线形平行［］。 该栈桥设计中采用悬链线解析计算结果，在给定的荷载值 条件下，确定主缆索上以2 m为吊索间距的关键点的坐标 值⑶。然后在Aksys中建模计算，采用Beai4梁单元模拟 缆索的受力形式,梁单元的截面特性取值很小，对结果的影 响较小，可以用来模拟索单元的受力形式。全模型共计 4 572个节点和8 751个单元，模型的边界条件为各塔塔顶 位置的节点固结,桥面系8根缆索约束水平位移。正常使 用时所有的荷载都施加在模型上，以此确定线形形状。各
摘 要:以某深海通航区域新建大跨桥梁项目为依托，重点介绍了临时悬索栈桥的设计方案。作为大跨桥梁上部结构十分重要的 施工平台，悬索栈桥的索形、受力变形以及静风稳定性能对主缆的架设、紧缆、索夹安装与吊索架设等施工工序产生影响，也会对
大跨桥梁上部结构施工安全产生重大影响。着重从索形确定、索力计算及静风稳定性三方面考虑，设计了适用于深海通航限高区
表2荷载情况统计表
kN
名称 钢横梁 面层荷载 人群荷载 小车荷载 混凝土 8根钢索 2根扶手索 泥浆管
重量 215.56 1 124.23 36.59
4
1 311 176.27 43.02 786.07
需要说明的是，表0中各荷载值为所有同类构件荷 载的总和，主缆索和吊索的荷载单独考虑不计在内；其中
混凝土和泥浆管的为混凝土、钢管与泥浆和钢管的总重。
悬索栈桥的截面形式如图1所示，最底部的钢横梁采 用16v的槽钢。中间8根桥面系缆索和2根扶手索在吊索 的位置处,最上面的为猫道面层的钢丝网作为最后的铺装。
由于施工现场距离机场较近,需要考虑航空限高的问 题,满足航空限高的要求⑴。且海面的波浪较大，栈桥的桥 面距离海平面要有一定的距离，以免受到海浪的影响，航空 限高值和栈桥桥面标高的最小值如表1所示。根据表1中 数据,绘制CAD如图0所示,墩号编号如图0所示,航空限 高线如图0中上方线条所示,栈桥桥面标高的最小值为图
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主要构件图见图 3。
山 西建筑
7）,10 t,20 r的拉力作用。
TI# [E=1 US1 UM (AVG) R( .S%0 DMX=.028 346 SM 1=028 346
MX
在表1中，对栈桥最低和最高限高值有明确的要求，为 了满足限高的要求，悬索栈桥的主缆索的高度在两边的边 跨是逐渐降低的，如图4所示，在图4中最上方线条表示航 空限高，最下方线条表示海平面位置，中间直线条表示栈桥 桥面最低位置，中间曲线条表示栈桥形状。栈桥的桥面设 在栈桥桥面的最低位置的中间直线条处。这样的布置 23号墩处成为控制关键点，如图4中圆形细部图，此时，栈 桥顶部距离航空限高0.4 m,总体上，栈桥的线型设计是满 足要求的。
力后，位移分别为0•027 m,0.022 m, 0.016 m,位移值减小, 并且拉索的线形也变平顺,构件的运送和行人都比较有利,
综上,施加拉索的拉力定为3 to
2.3栈桥静风稳定分析
进行静风稳定分析时，需确定设计基准风速。根据设
计资料，该栈桥设计基准风速取为29 m/s,施工阶段设计基 准风速按《公路桥梁抗风设计规范》⑷取20年重现期取为
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攻角3。)
a）猫道模型试验
"）猫道静力三分力系数曲线
图8猫道静力三分力系数取值依据
参照现行《公路桥梁抗风设计规范》中的静风稳定性
分析方法进行二维线性静风稳定性分析。分别对3.5 m和
2 m宽猫道进行静风稳定验算,得到扭转发散临界风速分别
为63.2 ms和56.45 ms,均大于失稳检验风速31.4 ms,
第47卷第14期 2 2 2 1年7月
山 西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol. 26 No. 12
Jut. 2021 ・ 141 ・
DOI：12. 1374/j. okP 1029-6825.2221. 4.252
深海通航限高区域临时悬索栈桥设计方案研究
李鑫-张杰6
(•成都城投城建科技有限公司，四川成都610032； 2.中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司，上海200000 )
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图4栈桥限高示意和控制墩位置细节图
在悬链线解析计算结果的基础上，确定了线型坐标值
和主缆内力值，以此为基础在Ansys中建模计算，Ansys建 模如图5所示。Ansss的计算结果表明，主缆施加了初始 内力后，模型的位移值为0.007 6 m,如图6所示，即表明 对真实荷载的模拟已经足够精确，计算的结果是比较准
Abstract: With the consUoction of subway more ag more, the safe opeotion of subway has become the most importapt. When aC-
3.5 m和2m宽猫道静风稳定性均满足规范限值要求。
3结语
本文介绍了某深海通航区新建大跨栈桥的设计过程, 对悬索栈桥的设计要点进行了阐述,总结悬索栈桥设计关 键点，得出以下结论:
1） 索形的确定是整个栈桥设计的核心问题，通过悬链 线解析得到线形坐标、主缆内力等参数后，表明线形满足各 项要求。
2） 为保障人群和小车在栈桥上时栈桥的稳定性，通过 分析得到了桥面系拉索初张力。
25152mjs。 静三分力系数是风载和静风稳定计算的依据⑸，但静
力三分力系数的准确获得需要开展节段模型试验。本设计
将参考某大桥施工猫道风洞试验（如图8v）所示）取值。该 大桥猫道面层下层钢丝网透风率83. 3%，上层钢丝网透风 率H%，总透风率67.3% ;侧面防护网透风率 2。试验 得到的猫道静力三分力系数如图2^所示。
8结语
在运营中的地铁隧道作业人员无法随时下隧道测量作 业,监测数据人工处理耗费大量时间。通过测量机器人自 动化监测系统在地铁运营隧道结构监测中，介绍自动化监 测系统原理、监测网的合理布设、数据采集及监测数据成果 分析等。自动化监测系统具有高精度，且全天候24 h数据 采集，可以有效解决人工监测在地铁运营隧道作业时间短 及人工处理数据耗费大量时间的问题,大大提高了作业效 率。同时也节省了人工成本,可以随时了解到隧道结构的 变形情况，为地铁安全运营提供了高效保障，为今后类似工 程项目提供借鉴。 参考文献： [1] 陈德智，何李.变形监测信息管理与工程安全预警
系统简介山西建筑,2009,35(35) ：352-354. [2] 林仁超.浅谈变形监测技术的应用实现[J],应用技
术,2014(4) ：41.
[3]熊成林，孙建会，王万顺，等.株洲航电枢纽外部变形 自动监测解决方案及应用水利水电技术,2008,
39(1) 42-74. []赵 勇.地下工程开挖地表沉降预计与观测[D].青
3） 栈桥的静风稳定分析是栈桥稳定性分析的重要环 节,通过风洞试验得到静力三分力系数,得到了静风稳定性 的临界风速。
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第47卷第4期 2 0 2 1年7月
陈建京:广州地铁江街隧道结构自动化监测与分析
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3(326 mm)、右线隧道Y24-7 ( -3.21 mm) ；Z轴方向累计 最大变形量为:左线隧道Z27-3( -323 mm)、右线隧道Y211(2. 45 mm)。以上各监测成果数据累计变化较小，监测数据 稳定，均在控制范围内，为地铁安全运营提供高效保障。
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.009 449
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.022 047
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图7拉索拉力为5 t栈桥位移图（单位:m）
结果表明，桥面系拉索未施加张力时，在人群和小车的
作用下产生0 .136 m的位移，拉索施加了 5t,10 t,20 t的张
域的临时悬索栈桥,研究成果可为同类型项目建设提供参考。
关键词:深海通航限高区,悬索栈桥,静风稳定性
中图分类号：U448.25
文献标识码：A
文章编号：1009-6825 (2021) 4-04403
悬索栈桥一般作为悬索桥主缆架设、紧缆、索夹安装及 吊索架设的重要临时措施，但较少在跨海大桥施工过程中 应用。本文依托项目新建桥梁的总长度较长，桥址位置海 水较深,桥址区附近机场对施工期净空高度要求较高,综合 考虑施工进度与工程造价问题，选用多塔不等跨的悬索栈 桥形式作为临时施工平台。本文重点介绍了悬索栈桥的索 形确定、索力计算以及静风稳定分析。文中介绍的悬索栈 桥施工便道攻克了海上桥梁施工没有好的操作空间的技术 难点,为施工人员提供了安全、舒适的海上施工作业平台, 同时减少了对海域环境的污染，节约了成本，并且有效保证 了桥址区通航净空要求。
确的。提取主缆 计 算 结 果 可 知 主 缆 索 的 无 应 力 长 度 为
771.996 m,吊索的无应力长度和几何长度相差甚小，基 本忽略不计。
图6栈桥荷载作用位移图（最大位移0.007 6 %）
2.0桥面系拉索索力确定
考虑到小车和人群荷载作用在栈桥桥面系上,会产生 较大的局部位移，需要给予桥面系拉索一张力作用，使得桥 面系上的受力变形更加均匀变化。局部荷载为两人一车的 共计2 520 N,分布在吊索中间的桥面系拉索上，以集中力 的形式施加,集中力在第二跨径的中间位置施加,栈桥的位 移结果如图7所示。分别模拟桥面系拉索产生5 t（见图
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图2栈桥限高示意图