双幅大跨度钢管拱桥横移式缆索吊机吊装斜拉扣挂施工工法

双幅大跨度钢管拱桥
横移式缆索吊机吊装斜拉扣挂施工工法
1、前言大跨度拱桥无支架法施工，可根据具体的桥梁结构形式、周围的地理环境因地制宜的采用缆索吊机的方式吊装，扣挂体系亦有多种形式。

对于钢管拱桥，钢管拱各吊装节段用高强螺栓临时连接，简化了安装程序，降低了劳动强度，加快了拼装速度，提高了缆索吊机的工
作效率，因此采用缆索吊装这种优势更为明显。

为此，在吸取各方面的实践经验和在集团公
司内外专家的指导下，我单位在东莞水道大桥施工中，经过共同研究，多方优化，针对双幅
拱桥自行设计了2X 80T可滑移式缆索吊机和塔扣分离的扣挂系统，采用了双幅大跨度钢管拱桥缆索吊装斜拉扣挂施工工法，制定了详细的施工工艺和操作规程，获得了成功。

2、工法特点
2.1 在工厂内进行钢管拱肋的分段加工和预拼装工作，采用陆路和水路运抵施工现场，易于保证结构复杂的钢管拱肋的加工质量。

2.2 缆索吊装和扣索塔斜拉扣挂自成体系，安装过程中互不干扰，受力明确，计算简便。

2.3 扣挂体系中，采用塔顶过鞍和张拉转换系统，减少了高空作业的同时，使扣索调整工艺简单、方便快捷。

2.4 施工中采用了左右侧拱肋对称安装固定, 然后再安装横撑的施工顺序，有助于安装过程中的安全稳定。

2.5 钢管拱肋接头在焊接前采用了等强度外法兰板连接方式，可有效的应对台风到来时
的不利影响。

2.6 钢管拱线形控制采用大型有限元通用软件模拟钢管拱的受力状况进行计算，并以自
编程序予以复核的方式，使钢管拱的线形控制从理论上得到了保证。

2.7 对原桥台基础进行加固处理，作为缆索吊机的后锚；在边拱拱顶设置预埋件，直接利用边拱的自重平衡扣索索力，利用拱座作为扣塔的基础，做到了经济、安全、实用。

3、适用范围
本法普遍适用于跨越深水、深谷、航运繁忙的河道上的拱型桥梁，尤其适用于平原地区边拱设计较为强大的大跨度飞燕式双幅钢管砼系杆拱桥拱肋的拼装架设。

4、工艺原理
本工法采用可横移式缆索吊机吊装斜拉扣挂法，就是针对需要跨越深水、深谷或通航河
道的大跨双幅拱桥施工中，由于无法采用支架或拱架用量过大的情况下而采用的。

施工前,
针对设计图纸所确定的拱肋分段重量，进行缆索吊机的设计安装，每一节段采用缆索吊机吊
装就位后，通过扣挂体系临时固定和微调，进而完成所有拱段的安装，实现合龙。

安装过程中，按提前计算拟定的各节段预抬标高值进行设置，达到对拱肋的安装线型进行控制的目的。

安装完一幅拱肋后，通过预先设置的横移滑道横移缆索吊机，安装另一幅钢管拱肋。

5、工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
图1施工工艺流程图
5.2操作要点
钢管拱肋现场安装采用两岸双肋并举的对称方式进行施工。

先安装完右幅桥主拱肋，待缆索吊机横移后再进行左幅桥主拱肋的安装。

具体参见钢管拱肋安装图2。

图2钢管拱肋安装图
5.2.1钢管拱肋加工及运输
钢管拱采用厂内制造方案，主要包括筒节制造、节段弦管制造、节段匹配制造、半拱肋
预拼装四个阶段。

零件下料（除节段两端筒节）采用预加补偿量一次下料的工艺，均采用数控精密切割，坡口在专用平台上切割完成；管相贯接口切割由数控相贯线切割机完成；主弦管弯制由大型中频弯管机完成；筒节及筒节对接在专用平台上制造；主拱肋匹配制造胎架按
桥线型设计制造，在胎架上完成主拱肋制造和预拼、腹杆相贯线预拼及临时连接件的安装。

钢管拱采用陆路、水路运输相结合的方式，根据钢管拱肋现场吊装先后顺序，南北岸成对配载，以满足现场吊装要求。

522 缆索吊机安装
522.1 主塔安装
索塔安装采用“单件拼装、摇杆安装”，逐节向上拼接直至设计高度。

摇头扒杆起吊能
力为10KN。

拼装达到缆风绳位置时，在塔架上加设缆风绳，确保安全。

5.2.2.2 主索架设
采用“小索代主缆直接拖拉法”安装工艺，先在两座塔架间对拉2根工作钢丝绳，作为
0 60 mm主缆索安装的滑行轨道。

固定好后，用50KN卷扬机将主缆索拖拉过河。

起重、牵
引索的安装方法基本上和主缆索相同。

522.3索鞍、跑车安装
索鞍与运行小车等较重部件，在地面进行分解后，利用索塔上滑轮组配卷扬机将各零部件吊至索塔顶，并在塔顶进行组装后，吊到主索上。

5.2.3 扣挂体系安装
5.2.3.1 塔架安装扣塔塔架先拼装成较大节段，利用己安装好的缆索吊机进行安装。

5.2.3.2 扣索安装
钢绞线先在地面上做好端头锚固，将锚固好的钢绞线使用缆索吊机整体吊装，放置于扣索塔索鞍内，一端放入张拉体系内，另一端牵至安装好的节段上面，等到安装拱段基本就位后，将其牵引至该段扣点处连接，张拉端收紧到工作状态。

5.2.3.3 转换体系的安装
根据张拉结构形式进行组装，以销轴和精轧螺纹钢连接，准确测量，保证各锚箱之间形成平行关系，防止扭曲变形。

5.2.4 钢管拱肋悬臂拼装
5.2.4.1 拱脚预埋段安装
在拱座承台上进行拱脚（定位架及预埋段）的吊装预埋。

预埋时，必须经反复多次测量
检查，确认其位置、坐标、标高、倾角均达到设计位置和要求后才能最后固定定位架和预埋段，且在灌注拱座砼之前，将定位架支撑牢固以防变形。

5.2.4.2 拱肋及风撑安装
a、吊装第一分段拱肋
拱肋起吊后，下端嵌扣预埋段内导管，由于内衬管与第一节段端口失圆的影响，安装困难较大，可采用对内衬管进行切割，减小内导管尺寸的方法，加快安装速度。

就位后焊接好接头法兰和拼接板，安装螺栓、冲钉。

将拱铰的下座板及锚栓嵌埋入拱座预留槽孔中。

调准拱肋线型、标高、拱肋间距后吊装横撑及斜撑，焊接横撑管接头，而K撑端头只用马板与主
拱弦管定位而不焊接。

拱肋标高定位采用缆索吊机徐徐松钩和扣索徐徐加力的方式进行。

b、吊装第二分段拱肋
起吊后，下端嵌扣进第一分段内导管并用冲钉及螺栓将法兰板及拼接板连接，调准拱肋
线型、标高、拱肋间距后将拱肋定位好，安装临时横撑及斜撑，焊接横撑管接头，而K撑端
头只用马板与主拱弦管定位而不焊接。

待全桥合拢并焊接完成后，拆除临时支撑，安装肋间钢横梁，高强度螺栓施拧须严格按“钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程进行。

c、吊装第三〜七分段拱肋
施工工艺与第二节段相同。

5.2.4.3 合拢段安装
吊装前，调准全拱拱肋线型、标高、位置等，在最接近设计温度的时间时，反复测量高空合拢口的水平距离，以保证测量精度。

依据实测值切割掉合拢段两端余量，由于受缆索吊
机起升高度的影响，上弦管一端多切除60cm,以便于安装过程中转动和调整，同样在最接近
设计温度的时间内吊装合拢段，拉动第七分段的滑动内导管使其插入合拢段，及时装焊接头
处法兰板及连接板并用冲钉及螺栓栓接。

调准拱肋线型、标高及拱肋间距后吊装拱顶风撑，
焊接风撑横管接头。

多切除的端头段采用两个半圆钢管补焊。

合拢段安装见图3
图3合拢段安装图
525钢管拱焊接
主拱拱肋及风撑（横撑、斜撑）的工地焊接顺序。

主拱拱肋分段接头处焊接顺序为：吊装三个分段后及时焊接最下面一个弦管接头和相应的风撑接头。

等主拱拱肋合拢焊接完成后，切除接头处法兰板及其它板件，焊接包板，补焊后焊腹管及缀、腹板。

5.2.6 扣索拆除
钢管拱肋全部焊接完成后，即可拆除扣索，拆除时要对照线形控制中反映的变形情况进
行，先南北岸自上而下对称拆除拱肋将向下变形处的扣索，然后拆除向上变形处的扣索。

5.2.5 线形控制
5.2.5.1 目标：使拱肋合龙后各控制点的标高满足设计要求，即拱轴线符合“理想裸
拱轴线”。

这是安装过程中线形控制的基准。

525.2思路：每一节段在吊装时刻均有一预抬高值，随着吊装节段的增多，在自重作用下，拱肋轴线愈来愈逼近设计的“理想裸拱轴线”，当拱肋合龙松扣后，其轴线即位于该
“理想裸拱轴线”。

525.3 拱肋安装阶段预抬高值计算原理
在线形控制计算中，采用大型有限元通用软件对钢管拱肋吊装阶段进行模拟计算。

模型
中采用分段直线梁单元模拟悬链线形拱肋，杆单元模拟拉索。

拱段间连接按半刚性考虑。

先
用“前进分析”计算扣索的受力状态和各段拱肋控制点标高与理想轴线的差值，然后再用
“倒退分析”确定各段拱肋在吊装时刻控制点的标高。

525.4确定松扣挠度
拱肋合龙后，由于松扣引起的拱肋控制点挠度为松扣挠度，计算模型如图3示。

其计算
原理是，在各扣点作用一个反向索力，在反向索力作用下，计算空钢管各点的挠度。

反向索力的大小为合龙时各段的最终索力。

5.2.5.4计算假定及相关说明
⑴在吊装过程中扣塔不发生水平及竖向变位，在施工中保证塔顶偏移量不大于20cm, 对拱肋安装标高影响可以忽略。

⑵不考虑温度变化对扣挂过程中拱轴线形的影响，施工中拱肋精确定位全部选择在夜
晚10点钟以后进行，尽量降低温度变化对安装标高的影响。

⑶扣索绕过设置在塔架上的索鞍后锚固在边拱端部，在计算中忽略了扣索与转鞍轮之
间的转动摩擦，认为前索和背索的张力大小相等，但施工中发现，索鞍处摩擦力影响较大，对索力有较大影响。

5.2.6缆索吊机横移
设计时，在塔架底部设置滑道，滑道主要由工字钢、槽钢组成，结构形式可见图4。

滑
移采用YCV液压千斤顶拖拉，起动时，在塔架后部增设辅助的顶推千斤顶。

滑移前，放松承
重索，既有缆风和新设缆风互紧互松，协调配合进行。

横移到位后，安设另幅拱肋。

图4滑道结构图
6、机具设备
6.1 缆索吊机
6.1.1 技术性能指标
6.1.1.1 额定起重量；主索Q=2X 40=80t;
6.1.1.2 建筑跨度：L=400m;
6.1.1.3 工作有效跨度：Lv=400m- —X 2=320 m
10
6.1.1.4 承重索跨中最大挠度：(含气温38C影响)fmax=28m
6.1.1.5 钢支架高度:H=99m;
6.1.1.6 运行速度：运行小车运行速度Vx=0~10m/min；起升速度Vq=0.92~2m/min ;
6.1.1.7 承重索形式：单跨二索制。

主索采用① 60mm的钢丝绳12根；
6.1.1.8 缆索起重机工作级别(GB3811-1983)
总设计寿命12500小时，起重利用等级U6;名义载荷系数Kp=0.5;载荷状态Q3-重级利
用等级A7。

6.1.1.9缆索起重机主要技术参数表1
6.1.1.10缆索起重机钢索规格及性能参数表2
6.1.1.10缆索起重机钢索规格及性能参数表2
6.1.2 缆索吊机组成结构
6.121 索塔
塔架采用N型万能杆件拼装，总高度为96m,塔架拼装呈门式，塔柱截面为4 X 4m,立
柱杆件为4N1,柱中心距20m高度方向设系梁两道，满足塔柱的稳定要求；基础采用桩基
与承台，桩径1.2m,承台厚度为2m,塔架与基础采用滑道联接形式。

两岸索塔中心距为400m,
有效跨度320 m。

索塔应适当向引桥方向后仰15〜20cm。

可参见图2。

2. 主索
每幅桥布置2套缆索，每套主索为6 $ 60钢丝绳，后锚位置设一600T滑轮组，用于调
整主索的垂度和平衡6根主索的索力，承重索跨中最大挠度28mo
3. 牵引索
选用0 42钢丝绳，配四台28T双筒卷扬机两岸牵引，经索塔上部转向滑轮与地面50T 导向滑轮进行牵引，牵引速度 4.5m/s。

4. 起重索
选用0 26不旋转钢丝绳，配四台8T单筒卷扬机，经索塔上部转向滑轮与地面16T导向滑轮进行起升运动，对岸设钢丝绳死头；提升速度 2.5m/s。

额定起重量800KM
5. 后背索
选用0 42和0 26钢丝绳，每组设四根，两岸共八组，主塔上下设三层，配80T和50T 滑轮组，与主地锚锚固装置进行固定。

用于平衡钢管拱吊装时塔架产生的不平衡力。

6. 缆风
主塔上下设置三层缆风，选用0 42和0 26钢丝绳，与塔架呈八字型布置。

7. 主地锚
主地锚位于桥台位置，在原桥台基础上增设12根0 1200mm桩基，并将承台加大处理，
满足钢管拱吊装产生的锚固力。

8. 侧缆风地锚
根据现场地形和环境，采用重力式与桩承台基础，利用预埋件与缆风连接。

6.2 扣挂系统组成结构
扣挂体系主要分五部分：扣索塔架、前锚系统、平衡锚索系统、张拉转换系统、纵向风
缆及压塔索。

621扣索塔架
塔架高64m,横桥向宽24m,顺桥向宽4m,采用N型万能杆件拼装，为门式结构。

塔架顶设上平联，高度为4m,左右两立柱间设两道水平连接系，高度为4m同时，在扣塔立柱相应的位置安设索鞍，其标高由需要扣挂的拱段标高控制。

塔架基础直接利用主桥拱座，施工时，在拱座内预埋12根工字钢，其上安设立柱铰支座。

铰支座分为上下两部分，上部分
与塔架连接成整体，下部分与工字钢相连，两部分采用钢销铰接。

可参见图5。

6.2.2 前锚系统的设计
钢绞线与钢管拱连接部分称为前锚系统。

钢管拱第一、二节段扣点位于钢管拱腹板中部,
图5扣塔铰座图
每节段两侧各一个，呈对称布置，采用16Mn钢板焊接为组合箱型，每个扣点设4根钢
绞线，钢管拱第三至七节段扣点位于钢管拱上弦管下部与竖腹管夹角处，见图6。

采用Q345C
型钢制作为组合箱型梁，与钢管拱焊接。

箱梁两端设扣点。

根据受力采用5―― 8根钢绞线，
端部采用HVM锚具和夹片、P型挤压锚双重固定。

图6第三〜第七节段扣点示意图
623 张拉转换系统的设计
为便于钢管拱的固定和调整钢管拱的线型，设立张拉转换系统。

转换系统最大调整范围
为2.8m。

此套转换系统共分五部分：端横梁和边拱预埋件、转换耳板、张拉锚箱、移动锚
箱和转换锚箱。

具体构造见图&
图8张拉转换系统构造图
624平衡锚索系统的设计
钢管拱吊装过程中，还加设了平衡锚索系统，以平衡扣索和锚索产生的不平衡水平力。

平衡锚索系统的结构形式与张拉转换系统的结构形式一致。

625 纵向风缆及压塔索
塔顶设纵向风缆和压塔索，以此固定塔顶的原始位置，由2根$ 38钢丝绳组成，纵向
风缆锚在引桥墩柱上，压塔索两端锚在扣塔塔顶。

6.3 其它机具设备表3
7、劳力组织表4
8、安全措施
8.1施工期间经常与水文、气象单位取得联系，避开恶劣天气，由于东莞经常有台风, 施工中，要注意收听天气预报有无台风，在确定无台风情况下才可以吊装作业。

8.2 施工中与航道部门取得联系，钢管拱肋在安装时封闭河道，防止发生意外。

8.3 钢管拱上弦管上方设置安全栏杆及踏步，确保钢管拱安装焊接吊装人员安全地到达作业面，吊装段组对口及横斜撑安装口下方挂设安全网。

8.4 对安装中的重要设施如缆索吊装系统、扣挂体系进行定期和不定期的检查，发现情况及时处理，不留隐患。

8.5 现场施工建立明确的岗位责任制，严格纪律，统一指挥、统一信号、统一行动。

8.6 高空作业人员选用经过专门训练且体检合格的人员，施工中必须戴安全帽，系好安全带。

8.7 由于南方雷雨多，施工过程中安装避雷针，防止雷击。

8.8 配备发电机，在安装钢管拱的施工作业过程中，如遇突然停电，立即启动备用发电机，确保安装过程中的电力供应。

9、质量标准
9.1 拱脚预埋段在安装时要严格按规定对管口失圆度、管中心间距、四管口是否在同一面上进行检查。

合格后方准安装定位，安装误差控制在5mm以内。

9.2 钢管拱在工厂内加工，要进行预拼装，出厂前，要对钢管拱的结构尺寸进行全面检查，合格后，方准出厂。

各项指标要满足桥梁施工规范及设计单位制定的技术要求。

9.3 施工中做好三向观测，即各节段标高、横向位移、纵向位移的观测，各项指标要与
东莞大桥线形控制计算的数据进行比较，内控标准为标高+ 1cm-- + 2cm,中线位移控制在
1cm 以内，由于钢管拱肋对温度的影响非常敏感，白天只能进行粗定位，精确定位必须在晚上进行。

9.4 施工中每安装完一对拱肋后，都对索塔、主索、地锚等的变形、变位进行观测。

9.5 每一节段安装时，要对扣索的受力情况进行分析，防止拉力超限，同时，严格控制塔顶位移不得大于20cm。

10 、效益分析
10.1 利用大吨位缆索吊机在通航繁忙的河道上安装大跨径拱桥，减少了通航的限制，可因地制宜，灵活布置。

针对双幅拱桥，设计了可移动式缆索吊，和拆除再安装相比，不仅节约的时间，而且可节省资金148万元。

10.2 缆索系统、扣索系统可与拱肋加工平行作业，有利于加快工程进度。

10.3 缆索吊后锚设在既有桥台基础上，施工中仅对桥台进行加强处理，和单设地锚相
比节约资金约97.6 万元。

10.4 扣索塔基设在主桥拱座上，不用另设塔基。

10.5 扣索全部锚在主桥边拱和边拱端横梁上，可在拱肋的安装过程中，使其成为自平衡体系，节省了扣
索地锚，同时也节约了相应的资金投入。

10.6 扣索采用过鞍的形式，减少了由于高空作业可能带来的危险性。

同时，设计了张拉转换体系，将钢绞线的多次张拉调整转换为粗钢筋张拉调整，操作简单，安全快捷。

11、工程实例
东莞市水道特大桥采用本工法施工，该桥主桥全长380m,为双幅三跨50m+280m+50n中
承式钢管混凝土系杆拱桥，每幅桥设2 片拱肋，主跨拱肋采用钢管砼拱形空间桁架结构，每条拱肋共分15段，其中最重梁段为75T，最长梁段为25m,采用此工法，每段主拱肋仅用1 天时间就可完成对位和调整，取得了较好的社会效益和经济效益。