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1、 山区大跨、大吨位无塔缆索起重机施工工法山区大跨、大吨位无塔缆索起重机施工工法1 前言XXX特大桥桥梁全长545.54m，主桥为1-430m上承式钢管混凝土拱桥，横跨XXX峡谷，均为陡峭的悬崖峭壁，地形位于不对称“V”字型河谷岸坡，地形复杂，施工场地狭小，施工和交通运输条件极为困难。为了实现钢管拱肋安装需要，中铁XX局集团公司成立科研组进行科技公关，设计了WJLQ3000KN型无塔缆索起重机。此缆索起重机具有结构简单、施工快捷、操作简便等特点，经总结形成本工法。中国铁道建筑总公司组织专家对山区大跨、大吨位无塔缆索起重机施工技术进行了鉴定，在鉴定意见中认为这种山区大跨大吨位无塔缆索起重机在国内数
2、领先水平。图1-1 无塔缆索起重机总体布置图2 工法特点2.0.1 取消传统缆索起重机塔架，可节约工期和节省造价。2.0.2 采用“一种稳定的板单元”结构，该结构节能、节材、环保、可靠。2.0.3 采用“双向双筒螺旋摩擦卷扬机”，解决了传统缆索起重机牵引设备功能单一、投入设备较多、运行不同步、不稳定、操作不便、能源损耗较大、成本高等问题。2.0.4 采用“增力式自调平衡运行小车”，其能够在承重索上运行自调平衡，与双向双筒螺旋摩擦卷扬机作为运行和起升机构，成功解决了传统缆索起重机运行机构和起升机构运行不稳定的问题。2.0.5 采用“多股自控半自行链式支索器”解决了牵引、起重索在施工过程中容易产生
3、缠绞现象，严重影响缆索起重机的正常使用的问题；同时改变传统支索器结构，使走行轮和支轮系统由刚性连接变为铰接，极大改善了支索系统的灵活性，使其作用能得到充分的发挥。2.0.6 索鞍和后锚采用“特殊结构的综合重力式锚固”。3 适用范围本工法适用于在地形为 “V”字型，施工场地狭小，施工和交通运输条件极为困难的山区条件下的缆索起重机。4 工艺原理以悬挂于两支点间的钢索作为承重结构，利用载重运行小车在钢索上的往返移动，进行构件吊装作业的一种起重机系统。系统主要由组合式索鞍、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、
4、动力源（10t快速单筒卷扬机4台、28t双筒慢速卷扬机4台），电控柜、防雷系统和重力式地锚等十一个系统组成单跨双索制。采用电控空间调速运动技术，在跨度范围内作空间运行。5 施工工艺流程与操作要点5.1施工工艺流程（见图5.11）荷载计算缆索起重机设计施工准备锚碇施工组合式索鞍安装主索导挠系统安装牵引导挠系统安装运行小车安装起重导挠系统安装试吊图5.1-1 施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1 荷载计算缆索起重机是露天工作，作用在缆索起重机上主要荷载有自荷重载、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
5、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：包括最大吊重、吊具重。各种系数：起升冲击系数1=1.0，动荷载系数2=1.3，风力系数C=1，风压高度变化系数kh=2.025，突然卸载冲击系数3=0.5873，运行冲击系数4=1.1622651。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性同缓冲力相平衡，所产生的力和水平惯性力乘以系数7等于碰撞载荷7=1.2（00.5）。5.2.2锚碇与组合
6、式索鞍本缆索起重机索鞍台基础设计为重力式锚碇，依靠其自重和特殊的结构适型来平衡缆索起重机的最大张力。主要对锚碇进行倾覆稳定性、抗拔力、抗滑稳定性验算，为确保锚碇的抗滑稳定性，在锚碇与地基间增设了一部分锚杆，这样锚碇的实际抗滑稳定性系数比计算要大，可增强了缆索起重机的安全储备。索鞍采用组合式，将主索、牵引索、起重索的锚固和转向集于一体，简化了构造形式。在锚碇内埋设板单元结构钢构件，使其与组合式索鞍相连接，由此实现将主索拉力传递到锚碇上（见图5.2.2-1），并通过主索可调装置对主索的标高和一致性进行调节。图5.2.2-1 锚碇及组合式索鞍图锚碇根据现场地质条件可视围岩变化情况适时调整坡比并采取防
7、护加固措施，地势险要处开挖均以人力为主进行。为便于出渣，同时保留跨内方向的山体以提供抗滑阻力，开挖采用掏槽式、横桥向由一端向另一端分层推进的方法进行，基底按设计位置及数量施打锚杆。锚碇C25混凝土方量较大，属于大体积混凝土施工，施工时应严格按照大体积混凝土施工的温度控制技术和要求进行。 在加工件和非加工件验收合格后，即可进行组合式索鞍安装。索鞍安装调整好后，组装牵引转换轮组、轮座、卧式牵引导向轮组、工作索滑轮组、承力轴、水平承力梁、主索调紧装置、主索索鞍等其它的设备和零部件。当全部构件安装完毕后要对其连接部位进行全面检查，尤其对螺栓的拧紧度进行检查。5.2.3增力式自调平衡运行小车由车身、定滑
8、轮部分、动滑轮部分三大部分组成（见图5.2.3-1），大量采用了板单元结构，运行过程中能够在承重索上运行自调平衡，可与双向双筒螺旋摩擦卷扬机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。按照设计要求的加工精度完成制作后，抽出行走轮轴后，利用安装架把运行小车吊在主索上，然后用绳留住，再使动滑轮和运行小车通过行走轮轴连成一个整体且保持垂直，最后按照设计图纸要求穿绕起重索。运行系统组装完毕后，先在原装配地点做上、下空载运行，检查钢丝绳缠绕方法的正确性和运行小车组装的精度。图5.2.3-1 运行小车图5.2.4 牵引和起重导挠系统牵引导挠系统（见图5.2.4-1）的牵引索是“
9、一进一出双绳制”。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，直到需要的位置。回空时在电控系统的控制下，回空牵引索牵引运行小车，经导挠卷入回空卷筒。传统缆索起重机牵引形成较多，但受牵引设备的功能单一，投入设备较多、运行同步、不稳定、操作不便，能源损耗较大，施工成本加等问题较多。为了解决上述问题，采用“双向双筒螺旋摩擦卷扬机”（示意图见图5.2.4-2）。起重导挠系统（见图5.2.4-3）的起重索采用一线制。在电控器的控制下，起重索从10t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
10、导挠后减速、增力，吊钩向下运动。为了避免定、动滑轮组在下降时产生自销现象，采用“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，克服动滑轮自销现象和歪斜现象。图5.2.4-1 牵引导挠系统示意图图5.2.4-2双向双筒螺旋摩擦卷扬机示意图图5.2.4-3 起重导挠系统示意图5.2.5多股自控半自行链式支索器对于大跨度、大吨位缆索起重机而言，因其牵引、起重索的绳径和绳长都很大，施工过程中，在风荷载和外力作用下极容易产生缠绞现象，严重影响缆索起重机的正常使用；同时由于起重索绳径、绳长很大，起重索的自重很大，这样导致施工中要大大增加吊具的配重来平衡其
11、自重。对于上述问题，一般都是通过支索器来解决。传统的支索器，其走行轮和支轮系统是刚性连接的，是一个整体，极大地制约了其灵活性和作用的发挥。针对这个通病，在支索器走行轮和支轮系统间增设了一根吊轴，使走行轮和支轮系统由传统的刚性连接变为铰接，能灵活自由活动。极大改善了支索系统的灵活性，使其作用能得到充分的发挥。详见图5.2.51、图5.2.52。图5.2.51 支索器剖面图图5.2.52 链式支索器组装图5.2.6主索安装A、主索牵引索安装施工现场位于V字形峡谷，现场地势险要，施工场地狭小，因此主索架设采用“小索（主索牵引索）代主索在索道上拖拉架设法”的安装工艺。主索一级牵引索安装在桥头两端各安装
12、两台10T卷扬机，卷扬机连线分别对应主桥上下游拱肋中心线。把2根11mm牵引钢丝绳一端头分别安装在两岸下游卷扬机上，另一端头利用人工放到河底，联结牢固后（一岸绳头留出15m），收紧另一岸卷扬机，调紧后形成第一级牵引索。 主索二级牵引索安装将一根636SW+IWR型、公称直径为16mm的钢丝绳卷入一岸上游卷扬机上，活端头固结在一级牵引索上（绳头留出15m），启动卷扬机，将16mm的钢丝绳拖拉安装到另岸上游卷扬机上，形成二级牵引索。 主索三级牵引索安装拆除一级牵引索，将一根636SW+IWR型、公称直径为26mm的钢丝绳卷入一岸下游卷扬机上，活端头固结在二级牵引索上（绳头留出15m），启动卷扬机，
13、将26mm的钢丝绳拖拉安装到另岸下游卷扬机上，形成三级牵引索。拆除二级牵引索。B、主索滑道索安装滑道索采用两根636SW+IWR型、公称直径为42mm的钢丝绳，利用三级牵引索拖拉安装，方法同上，最后将滑道索两端分别固定在两岸安装台架上，垂度控制在60米，双索间距与牵引天车行走轮距匹配。C、主索安装在滑道索上安装一个自制的天车，天车上安装4个行走轮，2个为一组，下面安装2个定滑轮， 将主索一端头用小绳固定在天车后定滑轮上，且端头伸出15米左右。牵引索采用26mm钢丝绳，将其一端固定在一岸锚点上，另一端利用三级牵引索牵引至另岸，通过天车定滑轮后，转向牵引安装在一岸上游10t卷扬机上。然后开始牵引，
14、将主索牵引过河，按图纸要求固定在调紧装置上。为了防止牵引过头，在主索后头设置预留卷扬机。利用三级牵引索将天车拉回另岸，同理牵引安装剩余主索。所有主索固定在调紧装置后，利用拉力传感器逐一进行调整，并用仪器观测其挠度，将其挠度调整控制到设计值。5.2.7牵引索安装牵引索的安装方法基本上和主缆索相同。安装前，先在两岸各安装两台28T摩擦式卷扬机。安装时，借助于工作绳和主索做依托，把牵引索一端通过28T摩擦式卷扬机。牵引索在卷扬机上缠绕可采用小绳径拖带的方法安装，当牵引索通过卷扬机后，按图纸要求，安装成一个闭合的线路，死头采用导链收紧，然后固定在运行小车上。5.2.8试吊A、静载试验首先用全站仪测定两
15、岸索鞍架横、纵向垂直线作为检验索鞍架的刚度测量基准线。吊物按0.75、1.0、1.1、1.25倍额定载荷分级配重，起升重物至离地100200mm处停悬10分钟，测量索鞍垂直轴线位移情况和地基稳定性，做好记录。经10分钟后慢慢卸载，检查弹性变形和非弹性变形，做好记录。如此反复三次，并记录永久变形量。确认无异常现象时，两岸吊钩进入跨中央（L/2）同时起升1.25倍额定荷载，停悬10分钟，检测方法同上。B、动载试验静载试验通过后，进入动载试验。动载试验吊物按0.5、0.75、1.0、1.1倍额定载荷分级配重，并分别进行单钩、同索双钩、异索双钩及四钩同时起吊试验。试验中按工作级别规定的时间做复查、起动
16、、运转、停车、正转反转等动作，累计时间达到一小时。如果各机构动作灵敏，工作平稳可靠，各项性能达到设计要求，各限位开关及安全保护联销装置的动作准确可靠，各部零部件和结构无损伤现象，电器系统和电机无过热现象，所有指标经有资质的检测单位签字认可，则可以进入使用阶段。6 材料与设备（见表61）表61 主要材料及机具设备表序号名称规格单位数量备注1运行小车套4双索道2链式支索器套148双索道3索鞍套4双索道4钢丝绳CFRC841SW-62m15560双索道主索5钢丝绳636SWIWR-42m8208双索道牵引索6钢丝绳4V39S5FC-26m10224双索道起重索7钢丝绳16mmm2000辅助牵索8钢丝
17、绳11mmm2000辅助牵索9卷扬机2JM28F台4牵引10卷扬机JK10F26160台4起重11卷扬机50kN台4辅助安装12滑车6门50t个4安装主索13滑车4门40t个10安装用14滑车双门20t个10安装用15滑车单门10t个10安装用16倒链滑车SH130kN个12安装用17倒链滑车SH150kN个18安装用18混凝土C25m 32580锚碇19机加工件t17620对讲机5km台16指挥、联系21输送泵HBT60C台1混凝土浇筑22全站仪徕卡702台1测量定位7 质量控制缆索起重机安装前，对起重小车、各种工作索、索鞍设备、电控系统、地基等按照设计全面复查技术参数和性能，不符合者不得安
18、装。索鞍地基基础不平度不得大于2mm，栓连形位差不得大于1.26mm，索鞍基础纵、横垂直度偏差不得大于2mm，南北索鞍对称中心线与桥中心线共线。其余各阶段质量控制、验收按照如下规范、标准进行控制：公路工程技术标准（JTGB012003）公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ0241985）起重机设计规范（GB38111983）钢结构设计规范（GB500172003）优质钢丝绳标准（GB89181996）起重机用铸造滑轮标准（GB/T90051999）建筑卷扬机标准（GB/T19552002
19、）8安全措施8.0.1缆索吊安装是一项组织纪律严密、操作技术要求高的工作，必须建立明确的岗位操作责任制，统一指挥，统一行动。除指定的现场指挥人员外，其他任何人不得发号施令。8.0.2高空作业人员必须先经身体检查合格，不合适高空作业的人员不得勉强进行高空作业。高空作业时，不仅要戴安全帽，穿防滑鞋，设置安全网，还应检查是否有系安全带、安全的位置。8.0.3遇有下列情况之一时，不得进行吊安装作业：作业人员看不清、听不清指挥信号；大中雨、严寒冰雪和五级以上大风天气；夜间照明不良。8.0.4高空作业的下方设明显的警告标志，在此危险区域内，无关人员严禁进入。9环保措施9.0.1重视环境保护工作，强化环保意
20、识，学习环保知识，建立环境保护小组。9.0.2 修建临时排水渠道，并与永久性排水设施相连接，随时清理，防止淤积和冲刷。9.0.3 施工机械防止严重漏油，禁止机械在运转中产生的油污水未经处理就直接排放，或维修施工机械时油污水直接排放。9.0.4 采用爆破控制技术，尽量减少对植被的破坏，破坏处及早进行恢复。10效益分析10.0.1利用本缆索起重机无需设置塔架，可节省资金。10.0.2缆索起重机的设计、安装可与拱肋加工制作同时进行，这样可加快工程进度，缩短工期，减少了工程管理费用，还可进行引桥其它预制梁板的吊装；10.0.3较传统缆索起重机减轻了结构重量，提高其可靠性、耐久性及平衡运行，减小了运行中
21、的各种磨损，充分发挥机械效率，具有节能、节材、环保、稳定的优势。11工程实例XXX特大桥桥梁全长545.54m，主桥为1430m上承式钢管混凝土拱桥，横跨XXX峡谷，两侧紧接隧道出口，均为陡峭的悬崖峭壁，山顶高程1415m，河床高差660m，相对高差755m，谷底宽30m，地形位于不对称“V”字型河谷岸坡，地形复杂，施工场地狭小，施工和交通运输条件极为困难。该桥施工总起运量（跨中）为32680T，单节段最大起重量为Qmax280T/节。WJLQ3000KN型无塔缆索起重机设计跨径756米，单钩起吊能力75T，额定起重量为475T=300T，同等跨度下额定起重量位居国内首位。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。采用先进的“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。从运行结果看，缆索起重机系统各部位在过程中无异常现象，各系统结构稳定、运行平稳、工况良好、各项试验结果一切正常，达到缆索起重机设计和起重机设计规范各种技术参数和要求，效果良好。本缆索起重机较有塔更为适合，经济效益显著。为企业赢得了良好的社会声誉，提升了企业的核心竞争力。在施作时注重环境保护，使对环境破坏降到了最低，为类似工程施工借鉴。 第 10 页 共 10 页
