02-钢管拱拱肋安装技术(一).docx

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1、支井河特大桥钢管拱肋节段拼装施工技术中铁十三局集团第一工程有限公司袁长春内容提要：沪蓉国道主干线湖北沪蓉为（宜昌至恩施）高速马路支井河特大桥主桥为1-430m上承式钢管舲拱桥，其法肋轴线采纳悬链线，是目前世界上同类桥梁跨径最大者。枳肋纵向分30个节段，采纳无支架缆索吊机安装，两岸对称悬拼、齐头并进至跨中合龙的斜拉扣挂法施工。介绍了拱肋节段拼装系统的施工设计方案、计算分析等。关键词：拱桥拼装悬链线上承式斜拉扣挂法缆索起重机1 .工程物1.1 工程简介湖北沪蓉国道主干线是我国马路主骨架网“五纵七横”中的“一横”，湖北省宜昌至恩施高速马路是其重要的组成部分，是鄂西南地区必不行少的重要运输通道。沪蓉西

2、21合同段工程是该项目中施工条件最恶劣、施工难度最大的工程之一，其中支井河特大桥位于巴东县野三关镇支井河村一组，大桥宜昌侧（东侧）接漆树槽隧道出口，恩施侧（西侧）接庙城隧道进口，由于桥隧紧密相连，两侧均为陡峻的悬崖峭壁，交通运输条件之恶劣、施工场地之狭小、工程之艰难为全路段之最。1.1.1 结构型式支井河特大桥中心桩号为K120+433.507,起点桩号为K120+170.037,终点桩号为K120+715.577,桥梁全长545.54m。主桥为1-43Onl上承式钢管碎拱桥，引桥为简支梁桥；桥跨布置为lX36m（引桥）+119.lm+1921.4m+l19.Im（主桥）+2X27.3m（引桥

3、）。桥台采纳扩大基础，引桥墩采纳桩基础，过渡墩干脆座于拱座上；桥台身为钢筋碎结构，引桥墩（D3墩）为矩形实体墩，过渡墩为钢筋睑薄壁空心墩，其中Dl墩墩身高82.383m,D2墩墩身高73.872m；桥面板采纳预应力碎箱梁，先简支后连续；桥面铺装为6cm防水碎和9cm沥青碎，全桥在两过渡墩和两桥台位置各设一道伸缩缝。主拱桥拱轴线采纳悬链线，计算跨径430m,计算矢高78.18m,矢跨比1/5.5,拱轴系数1.756。拱肋采纳钢管混凝土主弦管和箱形钢腹杆组成的空间桁架结构，截面高度从拱顶6.5In变更到拱脚13m,拱肋宽度为4m,两肋间距13m,以20道“米”字横撑相连。主拱圈钢管外径1200mm

4、,管壁厚度：拱脚下弦1/8跨为35mm,1/4跨为30mm,其余下弦及上弦均为24mm,钢管内填充C50睑。主桥拱上立柱为口140OmmX100Omnl的钢箱（内壁加劲）与钢箱横联组成的格构体系，高度为3.153m71.866m,拱上盖梁亦为整体钢箱结构。桥型总体布置见图Io544.541.1.2 技术标准(1)马路等级：高速马路；(2)设计行车速度：80kmh;(3)路基宽度：24.5m；(4)设计荷载：活载：汽车-超20级，挂车T20；温度荷载：全桥整体升温：+30；整体降温：-30；(5)设计洪水频率：1/300；(6)地震烈度：VI度，按Vn度设防。1.2 项目环境1.2.1 地形地貌

5、支井河特大桥地处构造侵蚀溶蚀峰丛峡谷低中山区，山顶高程为1415m,河床高程660m,相对高差755m,地形上属不对称“V”字型峡谷，两岸地形变更极为困难，谷深陡坡、悬崖连绵，整体呈现纵坡陡峻、横坡起伏变更、切割剧烈的幽谷地貌景观。东岸沿桥轴线为陡缓相间的折线陡坡，桥面下方斜坡由下至上坡度变更为453020456473,桥面上方坡度为42陡坡，仅在76081Om高程为缓坡带，拱座及桥台位于6473急陡坡及悬崖地段，平面投影范围对应的地面高程850888m。西岸下方为悬崖峭壁，崖肩高程855m,以上为40。陡坡，拱座位于崖肩以上地带，平面投影范围对应的地面高程887904m。在高程660665I

6、n段为深切河谷，河流总体由北流向南，河谷谷底宽30m。318国道于拟建桥位北4km以外通过，桥位处交通闭塞，通行条件极差。1.2. 2地质、水文1.3. 2.1地质岩体裂隙发育一般，岩性坚硬，整体稳定性及持力层条件较好。从两岸钻孔揭露来看，东岸裂隙不甚发育，西岸地表陡岩边缘岩体沿节理松弛开裂、溶蚀，形成稳定性较差的危岩体。1.4. 2.2地表水支井河特大桥跨越的支井河，全长数十公里，流域面积大，总落差100O余米，平均坡降18%,年迳流量达亿立方米，为常年性河流。河床宽30m,水随季节变更大，调查最高洪水位高出河床约3m,远低于拟建桥面，对拱桥无影响。据支井河水质分析成果：PH值8.24,硬度

7、111.9mg1.,矿化度169.98mg/1.,水化学类型为HCO3-Ca型，属中性微硬淡水。参照马路工程地质勘察规范（JTJO6498）结合区域水文地质条件综合推断，桥址区地表水、地下水水质均较好，对碎无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。1.5. 2.3地下水钻孔未揭露到稳定的地下水位，一般为干孔。因此，桥址区地下水类型主要为季节性岩溶裂隙水及埋藏较深的岩溶管道水。桥位区地形切割剧烈，桥台及拱座位分布标高较高，地下水径流及自然排泄条件好，岩溶水位埋藏较深，浅层风化、岩溶裂隙季节性滞水水量极贫乏，对工程施工影响小.1.6. 3气象桥址区气候属亚热带大陆性夏热潮湿气候区，光照足够，降水足够，寒冷期短

8、，雾多湿重，最大相对湿度超过85%,区域降雨量大，多年平均降水1084.1mm,多集中于四至八月份。年平均气温17.4,极端最高气温41.6,极端最低气温T5.2 .总体施工方案因受到施工空间及运输条件的限制，拱肋共分成30个吊装节段，节段长度在0.626.266m之间，水平投影最长为21.639m（第一节段），节段最大吊重约281t（双肋）节段间采纳“先栓后焊、栓焊结合”的原则连接。本桥主拱肋安装利用缆索吊装系统，采纳“两岸对称悬拼、齐头并进至跨中合龙的斜拉扣挂法”施工。缆索吊装系统由缆索吊机系统和斜拉扣挂系统组成。3 .缆索吊机系统3.1. WJ1.Q3000kN型无支架缆索起重机概况缆索

9、起重机设计跨径756m,单钩起吊实力75t,额定起重量为4X75t=300t,同等跨度下额定起重量位居国内首位。最大起上升度HmaX=100m；最小起上升度HnIin=4m。主索由20根62.5mm钢丝绳组成“单跨双索制”，通过稳定的板单元结构锚固于重力式锚碇处。采纳先进的“螺旋式摩擦卷扬机”和“增力式自调平衡运行小车”作为运行和起升机构，解决了缆索起重机运行机构和起升机构运行不稳定的问题。动力源为4台28t双筒慢速卷扬机和4台IOt单筒快速卷扬机，牵引速度0.36Iommin,起升速度0.263mmin.总设计寿命为12500h,综合平安系数K=3.2,工作级别为A7级。缆索起重机总体布置见

10、图2。本缆索起重机主要由组合式索鞍、主索（承重索）导挠系统、牵引索导挠系统、起重索导挠系统、增力式自调平衡运行小车、定滑轮和动滑轮组、双钩回转吊钩系、悬链式支索机构、动力源（Iot快速单筒卷扬机4台、28t双筒慢速卷扬机4台），电控柜、防雷系统和重力式锚碇等十一个系统组成单跨双索制。工作原理本缆索起重机采纳电控空间调速运动技术。在跨度范围内作空间运行，其原理为：纵向移动：是牵引和回空运行。在电控系统指令下，接收系统启动电控柜和牵引卷扬机，绕入卷筒的牵引索经过一系列导挠后，在索鞍导向滑轮组牵引悬挂式运行小车和起升机构，直到须要的位置。回空时在电控系统的限制下，回空牵引索牵引运行小车，经导挠卷入回

11、空卷筒。牵引索是“一进一出双绳制”。升降运行：是跨中上下垂直运动。在电控器的限制下，起重索从IOt卷扬机卷筒出绳（绳头固定在对岸索鞍台车上）经导向轮、定滑轮、吊钩的动滑轮导挠后减速、增力，吊钩向下运动。为了避开定、动滑轮组在下降时产生自锁现象，采纳“顺绕法”，（局部“花绕法”）。在机构设计中定滑轮组上增设四个平衡轮，改善滑轮组中钢丝绳的受力关系，克服动滑轮自锁现象和歪斜现象。升降运行采纳一线制。主要技术分数额定起重量:Q=27502=3000kN的双钩双起。建筑跨度和运用跨度（单跨双索制）：1.j=5+756+5=766m;1.=756m;1.s=1.-2（1./10）=756-2（756/1

12、0）=604.8m。起上升度：本桥跨径430m,矢高78.18m,矢跨比f=l5.5,拱肋拱脚高度13m,拱顶高6.5m,依据此条件设定了运行小车至吊钩最小距离h=4.Ilm,缆索起重机起上升度H=100m,运行速度：小车运行速度VI=O.361（/Inin,起升速度V2=0.263mInin。主索形式：主索采纳62.5mm的钢丝绳20根，单跨双索制。工作级别（GB3811T983）：总设计寿命以1250Oh计算，总的工作循环次数2X106利用等级U6,载荷Q3-重，名义载荷谱系数KP=O.5,依据起重机设计规范(GB3811T988)，设计取用工作级别为A7级。主要技术参数见表1。表1J1.

13、Q3000KN型无支架畿索起重机主要技术分数表项目承市牵引起升荷载10002kN2=20004kN4102=820kN7504=3000kN利用等级7A77滑轮底径6412mm672mm420mm动力系数.=1.2.=1.2l=l.3钢丝绳型号8T36SW+IWR636SW+1WR4V39S+5FC钢丝绳直径62.511wn42mm26mm抗拉强度1960MPa1960MPa1870MPa最小破断拉力3010kN1230kN455kN拉力平安系数Kin=2.558Kus5.1Knn=5.1拉应力平安系数Knl,1=4.1接触应力平安系数Kt11=2.3Kn,n=3.17K,n=3.39钢丝绳折

14、减系数0.850.850.85速度0IOmmin010mmin0.263mmin卷扬机型号2JM28F.IlOA型JK10F26160牵引拉力280kN100kN电机型号YZR280M-6型YZR315S-8型电机功率62kW60kW电机转速N=975rmin733rmin卷筒绳速V=10.023raminV=25.5m11in容绳量48m1600m绳径42mm26mm制动器YWZ-400/90YWZ3-315/90减速器ZQ75-40.17-3ZZQ650-12.64-3Z卷筒直径8001040mm62011801690mm3.2. WJ1.Q3000KN型无支架缆索起重机设计计算荷鼓计算缆

15、索起重机是露天工作，作用在缆索起重机上主要荷载有自重荷载、起升荷载、水平荷载、惯性荷载、冲击荷载、风荷载、斜向拉力荷载、碰撞荷载、安装荷载、试验荷载、工艺荷载和温度荷载等。冰雪荷载和地震荷载不考虑。主要的荷载和参数选取如下：自重荷载：包括主索自重、牵引索自重、起重索自重、运行小车及滑轮组重、链式支索系统重、索鞍自重、动力源自重。起升荷载：支井河特大桥钢管拱肋节段最大吊重2800kN(双肋)，吊具重按100kN考虑，共计起升荷载为PQ=2900kN)各种系数：起升冲击系数l=1.0,动荷载系数2=1.3,风力系数C=1.风压高度变更系数kh=2.025,突然卸载冲击系数3=-0.5873,运行冲击系数4=l.16226510水平荷载：包括运行惯性力Ph和水平侧向力Ps。碰撞荷载Pb：每一组索道上两台起重小车同时运行，设计上已设置缓冲器。但刚体分析法对重量分布和缓冲弹性特