悬索桥上的“绣活”——主缆架设AS法发展及应用前景探讨

随着桥梁建设技术的不断进步，悬索桥主缆架设技术也经历了从传统方法到现代先进技术的转变。

空中纺线（AS）法作为一种先进的施工技术，依旧是当今世界大跨悬索桥主缆架设的主流技术，特别是近年来在亚洲地区得到了广泛应用，在我国基建需求日益增长的西部山区具有较高的应用价值。但就目前而言，国内对AS法主缆架设技术的研究还较为不足，缺乏对AS法系统性的研究，本文将对AS法悬索桥主缆架设技术的发展和前景进行探讨。

空中纺线法主缆架设施工工艺

AS法主缆架设技术原理

AS法施工主要由地面放丝系统和空中钢丝牵引系统两部分组成，其中地面放丝系统由放丝机、张力平衡塔及各转向导轮等组成，而钢丝牵引系统由牵引卷扬机、纺丝轮、牵引钢丝绳及各转向导轮组成，形成一个往复式循环牵引系统。AS法纺丝原理如图1（a）所示。去程纺丝施工时，纺丝轮一个行程可以携带多根钢丝，其中死丝在下、活丝在上，死丝随纺丝轮运行进入猫道的索股成型器内，而活丝则落入猫道上滚轮跟随纺丝轮运行。待纺丝轮到达另一侧锚碇后进行钢丝入锚靴，入锚靴后活丝变为死丝，随后纺丝轮回程，如图1（b）所示，回程中死丝落入索股成型器，回程结束后继续入锚并重新牵引钢丝，直至单根索股包含的钢丝全部完成后，将该股钢丝进行整形、垂度调整，随后进入下一根索股的纺丝施工。通俗地讲，AS法是一种在猫道上利于主动牵引系统将多根钢丝编织绑扎成一根钢丝索股，再将多根索股通过紧缆施工形成主缆的施工方法。

图1 AS法纺丝原理示意图

AS法主缆架设施工工艺

AS法主缆架设时对于单根索股纺丝的施工流程如图2所示，主要分为以下10个步骤。①施工准备：包括锚靴安装、基准丝安装及牵引系统试运行等。②起始丝锚固牵引：将钢丝从放丝系统引出并将端头临时固定在纺丝轮上纺丝轮牵引起始丝并将端头锚固。③钢丝入一侧锚靴。④纺丝轮牵引钢丝进行去程纺丝。⑤钢丝入另一侧锚靴，活丝变死丝。⑥纺丝轮携带死丝进行回程纺丝。⑦判断是⑧纺至单根索股最后1组钢丝时，利用压接套筒将起始丝与尾丝对接。⑨单根索股整形至规定形状与空隙率。⑩索股垂度调整至设计线形。

图2 AS法单根索股施工工艺流程图

从诞生到世界主流

AS法主缆架设技术自提出之日，经历了初步应用、发展与推广、技术革新与现代应用等阶段，成为了现行主流的主缆架设技术之一。AS法在被美国工程师J.A.罗柏林提出后，成为了20世纪欧美地区悬索桥架设主缆的主流方法之一，逐渐用于一些大跨度的悬索桥建设施工中，为AS法的进一步完善和推广奠定了基础。近年来，AS法开始在亚洲地区推广应用，特别是2010年以后，韩国兴建的包括李舜臣大桥、Dandeung Bridge和Jeokgeum Bridge等桥梁在内的多座大跨悬索桥均采用AS法主缆架设技术，这些桥梁的建成不仅推动了AS法的发展和应用，也促进了全球大跨悬索桥技术的交流和进步。同时，自AS法提出以来，钢丝张力控制方法经历了从自由悬挂法-低张力控制法-恒张力控制法的发展，猫道设计、放丝系统、牵引系统等专用设备不断改进，纺丝质量、垂度控制理论逐渐完善，使得AS法施工效率更高、质量更好、更加经济环保。

自1844年空中纺线法被首次构想以来，材料科学与机械工程领域的持续进步为其奠定了坚实的技术基石，并积累了丰富的实践经验。然而，由于当时技术条件的限制，AS法并未能迅速普及至广泛的实际工程中。直至20世纪中叶，随着纺丝技术的日益成熟以及大量工程实践的积累，AS法开始崭露头角，逐渐被引入更多大型悬索桥的建设之中。特别是在面对地形崎岖、运输条件严苛的挑战时，AS法凭借其独特的优势，成为解决超长索股运输难题、优化施工流程、提升工程质量和效率的关键技术。

近年来，AS法在全球范围内的大型悬索桥项目中取得了显著的成功应用案例，这些实践不仅验证了其技术的先进性和可靠性，也进一步巩固了AS法在解决复杂施工难题方面的地位。AS法主缆架设技术不断成熟、进步和完善，推动了全球悬索桥建设事业的蓬勃发展。

主缆架设特点及优势

AS法施工时由往复式循环牵引系统拽拉高强钢丝，在猫道上现场制作平行钢丝索股，其钢丝张力控制和端头连接是AS法施工区别于PPWS法的主要技术特点，该架设技术在施工质量控制、误差控制以及猫道和锚碇设计中具有较大优势。

技术特点

纺丝张力控制方法。张力控制的目的主要是使同一索股内的钢丝长度都尽量相同。AS法最初应用时，钢丝张力控制方法为自由悬挂法，随着技术发展又逐渐出现低张力控制法和恒张力控制法。自由悬挂法，即纺丝时，牵引力为钢丝自由悬挂的重力，钢丝处于完全漂浮状态，该方法需对每根钢丝逐跨进行垂度调整，纺丝工期较长的同时易受风雨天气影响发生震动甚至事故。随后，在大贝尔特东桥、下津井濑户大桥和李舜臣大桥的施工中，工程师采用了低张力控制法，该方法需要控制一定的钢丝拉力，使之小于钢丝自由悬挂所需拉力，猫道负责承担剩余的钢丝自重，钢丝从而变成展放在猫道或下层钢丝的状态，该方法虽然使得钢丝不受风雨影响且不用频繁调整钢丝，但由于猫道承受钢丝恒载产生下挠，需要多次调整猫道垂度从而控制钢丝长度。后来，恒张力控制法被提出应用。该方法中，主缆钢丝在自由悬挂张力80%～85%状态下放丝，纺丝轮往复架设的钢丝张力恒定，大大减少了索股和猫道垂度调整次数，提高了纺丝速度，且其带一定张力施工还会使钢丝和猫道的抗风性能有所提升，提高了安全性。因此，现今AS法主缆架设时大多采用恒张力控制法。

钢丝端头压接。AS法主缆架设的优势之一是现场纺丝用的钢丝卷盘重量更轻，运输需求大大降低，这也造成现场纺丝制索时，每卷钢丝间需接长处理，一般施工现场主要采用套筒压接的手段。目前，悬索桥主缆钢丝套筒压接技术可以达到其抗拉强度不小于被连接钢丝抗拉强度标准值，且具有较好的延性和疲劳性能。另外，AS法采用无端头钢丝索股，单根索股纺丝结束时也需将钢丝压接，因此在主缆内会存在较多压接套筒。该套筒直径略大于钢丝直径，接头在钢丝间挤压时对主缆钢丝产生剪切作用，对主缆安全性产生威胁，有必要对该现象深入研究其影响机理。而在现场施工时，出于主缆结构质量的考虑会避免接头出现在索夹、索鞍及锚靴等受力较大的关键位置。

主要优势

一是主缆质量控制更好。AS法架设主缆时，其主缆索股由现场钢丝制成，通过现场纺丝和实时调整，使得钢丝受力更加均匀，主缆索股的平顺度和安装精度也随之提升。在PPWS法主缆架设过程中，由于预制索股直接置于滚轮中，可能存在受力不均、钢丝排列不齐等问题，致使主缆发生鼓丝、乱丝现象，如图3（a）所示，严重影响主缆质量。而AS法为现场制索，主缆施工质量由现场控制，且在应用恒张力法纺丝时，钢丝带张力运行，进一步避免了乱丝、散丝及鼓丝等现象，如图3（b）所示，主缆钢丝受力均匀性得到提升，保证了主缆架设质量。

（a）鼓丝、乱丝现象

（b）AS法架设主缆基本消除

图3 主缆架设鼓丝、乱丝现象

二是索股钢丝误差控制精度更高。AS法施工时高精度的纺丝系统和控制方法能够提高索股钢丝的架设精度，在钢丝误差控制方面具有一定优势。PPWS法架设主缆时在厂内预制的索股钢丝数量一般为91丝或127丝，而AS法施工时索股现场施工，其索股钢丝数量通常会远远超过PPWS法，如华盛顿大桥单根索股有434根钢丝，李舜臣大桥有400根，下津井濑户大桥甚至达到了552根钢丝，因此，股内大量钢丝的长度误差对AS法制索股受力特性的影响不容忽略。造成股内钢丝误差的因素通常包括猫道变形、温度变化、纺丝张力和风荷载。对此有学者分析提出，猫道变形和温度变化是股内钢丝误差的主要影响因素，并基于韩国李舜臣大桥和中国阳宝山特大桥，通过理论计算和工程试验结合的手段，提出了AS法架设主缆股内钢丝误差的评定标准，配合现场AS法的索股、猫道垂度调整装置，能有效控制索股钢丝纺丝质量。

三是猫道设计与施工难度更低。恒张力控制法作为现今AS法主缆架设所采取的主要方法，其带张力纺丝时钢丝自重的15%～20%传递给猫道，因此相对于PPWS法，AS法猫道和门架所受恒载明显减少。同时，由于钢丝恒张力控制时每一根索股均需调整至自由漂浮状态，上层索股纺丝时钢丝自重会由下层索股承担，这进一步降低了猫道所承受的恒载和活载。因此，AS法施工的猫道结构设计也更加轻巧，经济性较高，特别是对于主缆长度超过2000m的大跨悬索桥能节省较多施工成本。

四是锚碇设计与需求较小。AS法施工有利于降低锚碇锚固所需面积。AS法主缆的索股采用镀锌高强钢丝，其两端设锚靴，钢丝缠绕于锚靴两侧的凹槽内，锚靴通过拉杆与锚碇的预应力锚固系统连接。根据现有规范、标准和工法，采用AS法架设后单一索股钢丝数量增加，则索股数量有所减少，相应的锚固数量也会减少，约为PPWS锚固数量的1/3～1/4，虽然锚板尺寸变大，但锚块在满足锚固拉力前提下尺寸可以减小，锚固区域更紧凑，锚面空间也随之减小。这意味着在岩锚、隧道锚等条件下，采用AS法可有效减少锚固面积，减少施工工期，降低施工困难和成本。

国内悬索桥的工程实践

2022年竣工的阳宝山特大桥是我国第一座独立自主采用AS法架设主缆的悬索桥，第二座应用AS法架设主缆的藤州浔江大桥于2022年开工建设。如表2所示，国内采用AS法施工的两座悬索桥：阳宝山特大桥跨径为170m＋650m＋210m，主缆形状长度为1118.03m，使用直径5.35mm的高强镀锌钢丝共11680根，由36根索股组成，纺丝工期共计120天；藤州浔江大桥于2021年开工建设，为638m+638m跨径的独塔空间缆斜拉-悬索协作体系桥，全桥主缆共计6848根钢丝，该钢丝为直径7mm的大直径钢丝，主缆纺丝施工共计82天完成。

阳宝山特大桥主缆架设施工的工程实践成功填补了国内悬索桥空中纺线法应用的空白，为我国运输受限的山区跨峡谷悬索桥建设提供了技术支撑。同时，AS法又在藤州浔江大桥中首次应用在独塔空间缆施工中，在施工期八字缆纺丝循环、大尺寸钢丝压接、智能纺丝控制系统和股内钢丝误差控制等方面取得了较多成果，为今后国内大跨悬索桥应用AS法架设主缆技术积累了宝贵的施工经验和技术支撑。

期待AS法的完善与推广

空中纺线法作为现今主流的主缆架设技术，自19世纪提出以来，经过工程师们不断进行技术创新和改进，得到了进一步的完善，具有其独特的优势和特点：

第一，现场制索，索股质量现场控制，架设质量好，适用于超长跨度、精度要求较高的悬索桥。

第二，单卷钢丝重量轻，对运输要求小，解决了超长索股运输难题，满足了山区、峡谷等运输受限地区的建设需求。

第三，锚固需求较少，适合在隧道锚、岩锚等要求锚面较小的特殊环境施工。

第四，能够有效降低施工难度和成本，具有较高的经济性。

同样，大量的悬索桥工程实践也证明了，AS法主缆架设技术仍然存在许多亟待解决和改进完善的工作和技术创新方向：

在设计方面，钢丝锚靴处弯曲应力分析、接头处应力集中和连接性能等问题需深入研究；在施工方面，开发数智化智能纺丝系统，探索建立基于监测数据的AS法施工系统稳定运行评价指标，进一步提高施工效率和质量；在设备方面，研发多丝纺线轮及配套设备、数控系统，提高纺丝工效。

总之，AS法是当今主缆架设的一种主流技术，具有较多的技术特点和施工优势，随着进一步技术创新、质量优势、经济效益的显现和市场需求的增长，该技术有望得到更广泛的应用和推广。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2025年 第3期 总第125期

作者 / 霰建平 肖军 王培杰

作者单位 / 中交第二公路工程局有限公司

陕西省“四主体一联合”

桥梁工程智能建造技术校企联合研究中心

编辑 / 王硕

美编 / 赵雯

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