悬索桥猫道施工方法研究
2018-02-22
1.前言
猫道是悬索桥施工必备的临时结构，作为主缆架设、索夹和吊索安装、钢箱梁吊装、主缆防护等提供施工操作平台、材料及工具运输通道，其使用从始至终贯穿整个悬索桥上部构造安装施工过程，使用周期长。猫道施工质量的好坏，直接影响后续工作的成败，是悬索桥施工的关键工序。本工法根据虎门大桥和黄埔大桥猫道施工的成功经验编制而成，实践证明可行。
2.工艺原理
猫道由承重结构（包括承重索、支点索鞍、变位刚架、锚固机构等）和辅助结构（包括扶手、面网、门架、压梁、天桥、防滑木条等）组成，其上布置牵引系统、简易缆索吊（天顶小车）等机具，以辅助主缆和吊索安装。选择合理的计算模式，充分考虑猫道自重及可能作用其上的荷载组合，使承重索数学线性与主缆基本一致，并使作用于塔顶两侧的水平力处于平衡工况。为确保结构安全，承重索安全系数一般不小于3.0。猫道既要保证有足够的承载力和抗风能力，又要有合适的垂度和变形能力，还要保障其上作业人员的安全和必要的舒适度。猫道架设过程注意各跨的作业平衡、尽量减少对塔柱的变位影响、确保主缆的架设质量。猫道一般布置见图1。
图1 猫道一般布置见图
3.施工工艺
3.1施工准备
索鞍安装就位，牵引系统形成，猫道构件加工完毕，即可开始进行猫道安装。
根据主缆的线形、猫道各构件的重量、以及猫道正常使用时的荷载分布，确定猫道承重索的数学线性计算式，从而计算出各跨中点的标高。
3.2施工顺序及流程
猫道施工顺序分为安装、使用、拆除三个阶段，其中使用阶段按施工工况又分为主缆索股牵引、紧缆与索夹安装及吊索安装、吊梁、主缆涂装缠丝四段。
猫道使用阶段改装流程如下：
（主缆索股牵引）→拆除主缆牵引系统→拆除门架→安装简易缆索吊→拆除横向天桥→（紧缆及安装索夹）→猫道改挂→（吊索安装及吊梁）调整猫道长度使其适应主缆线形→（主缆涂装缠丝）调整改挂钢丝绳配合涂装和缠丝
猫道拆除流程如下：
拆除辅助结构→拆除变位刚架→拆除简易缆索吊→拆除承重索→清除支点索鞍和锚固机构
4.承重索安装
4.1托架系统的架设
为确保中跨架设猫道承重索时，不影响通航，在中跨采用托架系统的方法架设，以确保猫道承重索的通航架设垂度。
首先，扶手绳在猫道承重绳架设过程中作为托架承重绳，其上平均每隔50m间距设置一个托架。托架承重索锚固于塔顶预埋件上，布设于上下游牵引系统下方。
架设时，托架承重索卷盘置于塔底边跨侧，绳头借助塔吊绕过塔顶并由牵引系统牵拉。当卷盘快放尽时，绳卡连接卷扬机，实施反拉，以确保其通航要求的净空。
4.2猫道承重索的架设
猫道承重索由牵引系统由一侧锚碇向另一侧锚碇连续牵引架设完成。猫道承重索架设按照上下游对称整根架设，确保裸塔两侧水平方向受力平衡。猫道承重索索盘全部就位于起点锚碇前面。
为确保猫道线形与主缆一致，在塔顶纵桥向两侧设置下压横梁。下压横梁经钢丝绳锚固于塔柱壁面预埋件。另外，为调整猫道承重索至设计间距，在下压梁下方设置承重索变位钢架。
猫道承重索架设步骤如下：
在起点锚碇布设猫道承重索索盘；由拽拉器挂接猫道承重索锚头向对锚牵引；跨越本侧边跨时直接在空中牵拉至塔顶；跨越中跨时系在托架上完成；跨越对岸边跨时直接在空中牵拉至对锚；当承重索接近对锚时，换接临时卷扬机滑车组牵拉承重索锚头入锚；塔顶处借助门架、卷扬机滑车组及链葫芦牵拉调整全桥承重索矢度，并横移至塔顶承重索索鞍内固定；用同样方法架设另一条猫道承重绳；猫道承重索用完以后，托架承重索作为猫道扶手绳。
4.3 猫道承重索调整
猫道承重索横移就位后，根据监控单位计算出空缆阶段猫道承重索调整值，对承重索进行垂度调整。调整方法为：
初调：利用塔和支墩上的卷扬机将承重索的标志点调整到相应标志点位置上。
精调。调整顺序为：先中跨后边跨。1）首先进行中跨猫道承重索调整。全站仪测量中跨跨中点垂度及中跨跨径，并测量温度，计算出实际需要的调整量，并与监控单位计算值比较。利用塔柱地面卷扬机调整，直至满足要求，在塔顶转索鞍处锚固，并用油漆做好标记。2）待中跨猫道承重索固定好后，进行边跨猫道承重索调整。边跨调整通过锚固在锚块锚梁上拉杆系统进行，调整方法同中跨。3）调整计算垂度过程中，注意边跨塔顶处变位刚架的影响。猫道承重索标高调整允许偏差控制在0.03m以内。
4.4门架承重索安装
猫道承重索架设、调整就位之后，进行门架承重索的架设。同样采用托架法进行架设，门架承重索垂度调整同猫道承重索。门架承重索在塔顶不安装变位刚架和下压装置。门架承重索通过塔顶和锚碇门架导轮，锚固于前锚面预埋件上。
5.辅助结构安装
5.1猫道面层铺设
猫道承重索及猫道门架承重索架设、垂度调整完成之后，进行猫道面层的铺设工序。
猫道面层采用下滑铺设法。铺设猫道面层前，在猫道工作平台上，高于承重索1m处，搭设一工作平台，存放猫道面层网。
5.2 横向天桥安装
横向天桥在地面上拼装成整体，在猫道面层铺设过程中，由塔吊吊至横向天桥在猫道相应位置安装。横向天桥与面层连接后，随面层一起下滑。为减少横向天桥与猫道承重索的摩擦力，减小猫道承重索的磨损，横向天桥与猫道承重索之间采用滚轮相连接。 5.3门架、托滚及附属设施安装
在猫道铺装完成后，安装猫道门架、门架导轮组、托架滚轮及猫道照明系统。由塔吊将门架吊至塔顶，将门架置于门架承重索上，利用塔顶卷扬机反拉，将门架下滑至设计位置安装。利用牵引索将门架导轮组及托架滚轮牵引到相关位置，安装固定。将牵引索提入门架导轮组内，形成门架式单线往复式牵引系统。沿猫道一定距离在扶手立柱上安装猫道照明灯具、通航安全标志和配电箱，完善整个猫道及牵引系统。
6.猫道改挂
在钢箱梁吊装过程中，中跨主缆的中点要下降，边跨主缆的中点上升，主缆的线形随着施工进程不断地变化。因此在钢箱梁吊装前，为了使猫道随主缆的线型变化而变化，需要把猫道悬挂于主缆之上，使其保持与主缆线型一致，并在吊装过程放松猫道锚固系统调整装置，控制猫道与主缆间距离相对不变。
猫道改挂是在猫道上有猫道横梁型钢的位置，用一道钢丝绳将猫道悬挂于主缆上。猫道的稳定通过主缆来实现。猫道改挂示意图如下：
图2 猫道改挂示意图
猫道悬挂的顺序为中跨由跨中开始，同时向塔顶方向进行，边跨由中点开始，同时往塔顶和锚碇方向进行。
猫道改挂过程中，适当放松猫道锚固系统两端连接拉杆，搭好便桥，调整塔顶变位刚架。为了在工作车通过时减少门架承重索的偏移，同时也为了便于主跨的两个半跨工作车在门架承重索上的独立操作，在索夹安装前，在主跨跨中附近用钢丝绳将门架承重索与主缆连接，形成跨中“硬点”。箱梁吊装前要对猫道进一步调整，使之适应钢箱梁吊装引起的主缆线形变化。猫道改挂结束后，拆除横向天桥。由主索鞍吊架10t卷扬机经猫道面层导向轮转换后，吊挂横向天桥两端，然后拆除横向天桥与两侧猫道的连接。启动卷扬机，缓慢落下横向天桥，注意横向天桥两端平衡，将横向天桥落至江面上驳船或江滩上。
结束语
猫道施工方法在广州珠江黄埔大桥猫道架设使用45个有效工作日比计划提前45天，节省人工和机械设备租赁费近240万元。猫道安装操作简便，安装速度快，劳动强度低，可以节约劳动力，与传统安装节约30%。猫道设计采用标准匹配件设计，为今后同类桥梁可以作为周转材料使用，节约材料与加工费用。该猫道承重索有可调节空间与加长，使用范围大，便于修建不同长度的悬索桥的猫道。该猫道系统调整简单，对于安装精度调整可控方便。
参考文献
[1] 马青云，卢伟，龙勇，刘意，邓亨长，李永乐，肖安斌. 南溪长江大桥猫道设计关键技术[J]. 公路与汽运. 2012（06）
[2] 吴志勇，诸葛萍. 西堠门大桥成桥状态的非线性静风稳定性分析[J]. 四川建筑. 2010（05）
[3] 李胜利，欧进萍. 大跨径悬索桥猫道非线性静风稳定性分析[J]. 中国铁道科学. 2009（06）
[4] 汪洁，李宇，刘健新，李加武，雷俊卿. 悬索桥施工猫道非线性静风响应[J]. 公路交通科技. 2012（04）
