不同架设方法为悬索桥带来的成本优化

图1 韩国的悬索桥

随着现代桥梁结构越来越注重功能和艺术的趋势，世界范围内悬索桥的形式也在随之不断的迭代，细节工艺的改进层出不穷，工程成本趋向更加经济。韩国在过去十年建造了几乎所有形式的悬索桥，在理论、材料和装备方面也相应地取得了长足发展。每座桥都有其自身特点，相应地采用了合适的架设方法，比如AS法的大跨度悬索桥、AS法的单跨悬索桥、AS法的独塔空间索面悬索桥、PPWS的三塔多跨悬索桥等。其缆索和主梁架设的方案形成优化的施工方法，有效地缩减了成本，对更多跨海工程的建设有一定可借鉴性。

“小”而优的无牵引PPWS

小鹿岛桥

小鹿岛桥于2008年完成，为一座自锚式单主缆悬索桥，主跨250m，边跨100m。大桥的加劲梁被分成五个大节段，节段最大重量为800t。除了合龙段之外的四个节段采用两台起重能力600t的浮吊抬吊至临时墩，如图2所示。合龙段重420t，采用一台浮吊吊装。

图2 大节段吊装

主缆包括14根索股，采用无牵引系统的PPWS法架设。常规的PPWS法，牵引绳上的拽拉器在两岸锚碇之间运送索股。因主缆数量较小，且索股张力也不大，新设计的小型拽拉器（运行在两条索道上）替代了较重的牵引系统，如图3所示。

图3 索股拽拉器

吊杆的安装采用了带液压千斤顶的小型装置，而没有将加劲梁整体顶起，如图4所示。为使设备最小化，提前对安装顺序进行了全面的研究。

图4 吊杆安装

新千年大桥

新千年大桥是一座多跨悬索桥，2010年开工，计划2018年完工。该桥的主缆预计2016年6月开始架设。

大桥设计的两个主跨和中间索塔会使得工期和成本成倍增加。为此，先导索采用如下方式架设就能充分利用中间索塔，最大程度减少额外工作。首先将先导索从各跨的边塔位置往中塔牵引，然后在中塔处由塔吊或卷扬机提升至塔顶。

另外一个特点就是辅助墩，它将主缆在该处“分割”为两部分。辅助墩和锚碇之间的主缆线形不能按照类似直线进行放样，因此需考虑采用测量线的方法进行控制。首先在工厂对测量线进行精确测量，其安装线形便可与主缆设计线形一致。之后在现场单独架设测量线，实际架设索股的线形保持与测量线同步。

AS 架设：“收”“放”同步 便于操控

李舜臣大桥

李舜臣大桥于2013年完工，主跨1545m，为世界排名第四的悬索桥。主缆架设采用张力控制的AS法，所有装备在韩国实现了国产化，如图5所示。

图5 AS设备的布置

该桥跨越通往Gwangyang港的通道，其500m的主航道一般要保持开放。为了船舶的通航净空，要通过猫道绳索的监控数据，对猫道的线形进行全过程控制，牵引绳需采用收绳和放绳同步的方法。在收绳端设定张力的上限，当实测牵引绳的张力超过张力上限时，卷扬机即停止工作。在放绳端，设定张力的下限，当牵引绳的张力低于张力下限时，卷扬机即停止工作，可以防止滚筒的空转和索股进入通航净空。

在AS法中，死丝和活丝要落在索股成型器和索鞍中指定的位置。但是，即使调整纺丝轮的倾斜角度，也难免出现钢丝跑出槽道的情况，出轨的一个原因是较大的纺丝张力，锚碇处张力为283kgf，索塔处为324kgf。为此，我们采取的解决办法是将纺丝轮的主体部分（包括倾斜轴和轮子）与其两个支腿部分开，并增加铰接连接。由此，倾斜轴与钢丝就能完全平行，如图6所示。

图6 钢丝出轨及其解决办法

在多数悬索桥，索夹和吊杆是由运行轨索上的天车分开运输和安装。因为最耗时的工序是将构件运输至安装位置，为了缩短施工时间，研发了一种在主缆上运行的装置能同时安装索夹和吊杆，如图7所示。猫道下边的门架可进行角度调整，由此保持与主缆平行。因为挂在索道上的索夹位于猫道上方，采用该装置可以避免猫道面层的大开口。索夹与吊杆相比较轻，索道的工作也可较为顺畅。

图7 索夹和吊杆的安装装置

积金大桥

积金大桥为单跨悬索桥，主跨850m。主缆架设的大部分程序与常规悬索桥相同，主要有以下两处不同：采用简化的悬挂体系进行猫道绳索的架设；钢丝张力的分布式调整。

猫道绳索的架设方法可以分为两种：自由悬挂架设和多点悬挂架设。为了减少多点悬挂架设方法的缺点，采用了简化方法。其优点主要是：与自由悬挂相比，猫道绳索的张力减小了30%；索股与海平面之间的空间得到保证；索股线形与最终线形相似。

悬挂索上布置了五个支索器，猫道索股采用临时牵引系统进行牵引。在支索器安装完成之后，猫道索股由临时牵引系统从卷扬机中牵出。在各支索器之间，索股呈自由悬挂状态。

索股松散的主要原因是猫道的变形，因此，减小猫道变形所致的松散是减小索股松散的主要手段。在本工程，采用了调整钢丝张力的方法，以最小的代价减小猫道变形所致的松散。该方法的关键因素是变形猫道上已纺钢丝的张力会显著增加，从而后纺钢丝与第一批钢丝具有相同的长度。

当所有钢丝张力保持恒定时，第一根索股中第N根钢丝与第一根钢丝在中跨的垂度差。另一方面，如果当纺制128根钢丝后，垂度差就降到红色的点线以下，即图中的实线。其结果为实际的松散要低于理论计算值。

Dandeung大桥

Dandeung大桥计划于2015年底完工，为一座独塔悬索桥，主跨400m。该桥主缆直径为0.38m，采用AS法施工，如图8所示。

图8 空中纺丝法

架设期间钢丝张力为192kgf，为自由悬挂张力的80%。每个主缆各自独立布置两条牵引系统，每条牵引系统布置两个钢丝轮，钢丝直径为5.35mm，极限强度为1960MPa。每个纺丝轮可纺4根钢丝，每个轮回可纺制8根钢丝。因主缆一端锚固于塔顶，故呈空间外形。主缆架设开始于2013年12月，于2014年2月结束。

由于主缆呈空间形态，常规的浮吊或跨缆吊机不能用于加劲梁的吊装。为此研制了新型跨缆吊机，如图9所示。与常规跨缆吊机不同，该装备不包括横梁，各吊装单元都能独立运行，因为其重心位于主缆中心。由于没有横梁，跨缆吊机行走时可不考虑主缆线形的影响。

图9 新型跨缆吊机

加劲梁分为26块，最大节段重140t。第6号-22号节段采用跨缆吊机直接吊装。靠近索塔和锚碇的节段，需结合跨缆吊机、支架和轨道进行安装。

索塔附近的浅水区水深较小，驳船不能靠近，因此采用在22号节段位置垂直起吊，然后荡移至支架。

在锚碇附近采用了另外一种架设方法。因为与索塔附近梁段同样的原因，节段需在4号节段位置起吊，然后放置于轨道，运输至其安装位置。此外，由于主缆和节段之间的空间较小，不能容纳跨缆吊机的滑轮组，因此还采用了液压千斤顶系统进行纵向滑移。

在这些工程中，可以看出悬索桥架设所遇问题不仅通过对方法、材料等的针对性选择来解决，且在施工过程中达到了节省成本的效果，带来了悬索桥施工技术的显著进步。

虽然可施工性差的桥梁设计会受到工程人员的诟病，但仅仅追求可施工性又会阻碍技术的进步。韩国在一个较短的时期建造了各种形式的悬索桥，其中包括传统桥型、空间索面和多跨悬索桥。不仅拓展了悬索桥方面的工程经验，还提高了工程的经济性。这些经验不仅有益于今后桥梁工程的发展，更对各种大型跨海悬索桥的建设具有借鉴作用。

本文刊载 / 《桥隧产业》杂志

2021年 10月刊 总第46期

编译 / 张永涛

作者单位 / 中交第二航务工程局有限公司

编辑 / 周洋

美编 / 赵雯

责编 / 陈晨

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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