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缆索吊系统施工方案

缆索吊系统施工方案

一、概述

缆索吊装系统主要由2根主索，一套搬运小车，一套起重索，一套牵引索，两端塔架，塔底卷扬机，索锚等分系统组成，两侧吊塔均采用万能杆件拼装而成，万能杆件之间采用高强螺栓联结，全桥设一付索道，利用移动式索鞍根据需要进行移动对位固结好后再进行吊装。

主索道承重索由2根Φ52钢丝绳（结构为6×37S+IWR）组成，索锚采用主锚和后正风锚合二为一，前正风锚利用主桥台。

索塔基础及索锚均采用C20钢筋混凝土。

缆索吊系统的整体布置见所附施工设计图。

索吊系统主要参数：

1.跨度：

296.6m；

2.起重量：

20t；

3.起升高度：

120m；

4.塔高（万能杆件并装高度）：

北26m，南31.4m；

5.起升平均速度：

20m/min；

6.牵引平均速度：

40m/min；

7.承重索最大偏角：

3.3°；

8.工作风压：

不超过6级；

9.设计承重时挠度：

22m；

10.同组主索间距：

1.5m。

二、安装准备

在安装索吊系统前，必须配备索吊本身设

备材料，另外还需要配备很多安装用的临时辅助设备材料。

索吊系统组成的主要设备

序号

名称

规格

单位

数量

备注

1

塔身

万能杆件

t

100

连接

2

连接螺栓

φ22、φ27

t

50

8.8级高强螺栓

3

塔顶

钢制承台

t

12

螺栓连接

4

索鞍

转动式双门

套

8

5

主索

φ52钢丝绳

m

1000

6×37s+IWR1770

6

起重索

φ25钢丝绳

m

800

6×37s+FC1870

7

牵引索

φ25钢丝绳

m

800

6×37s+FC1670

8

顶风索

φ20.5钢丝绳

m

4000

6×37+FC1570

9

平衡索

φ30钢丝绳

m

2000

6×37+FC1570

11

卷扬机

JM10

台

4

12

主索锚

自制钢筋混凝土锚

个

2

14

绳套

重型绳套

个

24

15

绳夹

骑马式

个

358

在系统安装时，需安装临时牵引系统，临时牵引系统包括的主要材料设备：

序号

名称

规格

单位

数量

备注

1

电动卷扬机

10t

台

2

摇头扒杆用2台，连接索牵引用2台

2

电动卷扬机

5t

台

2

临时支承绳索

3

钢绞线

φj15.24

m

1000

4

钢丝绳

φ12绳

m

1000

6×19+FC1470托架连接绳用

5

钢丝绳

φ12绳

m

300

6×19+FC1470摇头扒杆用

6

白棕绳

φ20

m

500

9

手拉葫芦

10t

台

4

风缆、平衡索安装用

10

托梁

自制

个

12

13

滑车

0.5t单门

套

4

塔身拼装用

14

滑车

8t双门

套

4

塔身拼装用

15

滑车

5t单门

套

4

塔身拼装用

16

滑车

10t单门

套

4

塔身拼装用

17

滑车

1t单门

套

4

摇头扒杆用

18

绳夹

骑马式绳夹

个

28

1.材料设备的验收、存放、发放：

索吊系统所需的材料设备数量巨大，规格复杂，现场的材料管理应严格遵守验收、存放及发放制度。

材料设备的验收应着重验收以下内容：

材料炉号、批号、型号、化学成分和金属力学性能、合格证、使用说明书及有关图纸、外观质量、数量等，尤其是数量及外观质量的检查。

材料设备的存放保管应按不同型号、规格、材质等内容分开存放，并考虑便于运输。

索吊系统中的主要材料万能杆件应按要求排放整齐，最好就是在由方木或型钢组成的支柱架中。

不同的材料应存放不同的格内，并有明显标牌标注。

钢丝绳应整盘存放，并标识清楚。

卷扬机及滑车要分型号存放于垫木上，挂上标识牌后等待领用。

所有材料设备均应防雨、防锈，并保持设备的润滑。

材料设备的发放实行认领登记制度并做到“标记移植”，这样才能保证产品的可追溯性。

万能杆件的搬运过程应轻拿轻放，严禁抛掷。

三、安装施工

索塔安装施工流程图

（一）缆桩预埋

东西塔均各需预埋主索缆桩6根，风缆桩8根。

1.主索缆桩结构见施工设计图。

2.缆桩预埋时，先单根放置定位，然后焊长联板，桩与桩间要求平行布置，间距按施工设计图纸定，偏差不超过±10mm°。

3.缆桩预埋定位时，加可靠连接措施，以免混凝土振动时移位。

4.缆桩预埋完成后应在外露部分刷涂防锈并编上编号。

5.风缆的布置见塔身安装说明。

（二）基础、缆锚制作

塔身基础及主索锚、风缆锚均采用钢筋混凝土灌制，埋设预埋件。

1.基础缆锚的钢筋混凝土灌制按施工设计要求施工，灌注前对材料进行采样试验，并做配合比报告。

在灌制时还需采样做试块以便进行检验。

2.基础预埋钢板应在灌混凝土前焊接，钢板覆盖的纵向钢筋应全部焊连，且定位准确，偏移量不大于±10mm。

3.基础、索锚钢筋混凝土等级、位置均按施工设计要求来确定，混凝土的搅拌、运输、振动也应按相关规定进行。

4.基础、索锚中的钢筋预先弯制，先绑扎底层钢筋网，在安置好缆桩后再绑扎中层及顶层钢筋网，钢筋的布置绑扎应符合设计要求。

（三）电器安装

电器安装前元件的备料及下料按以下原则进行：

1.东西两端塔底的牵引，卷扬机均应采用联动装置实现一放一收，并在集中控制的东端控制台处显示两端操作状态。

2.索吊系统本身两台走行小车的牵引卷扬机应能每组单独操作，又能两组联动，且有联动信号显示联动的工作状态。

3.西侧与东侧间设备的联动控制线采用架设跨河电缆方式解决。

4.电器系的安装应满足施工需要并符合安全方面的相关规定。

（四）塔身安装

塔身的安装采用万能杆件拼装高强螺栓连接。

万能杆件的垂直运输采用独脚扒杆完成，人力牵引。

用扭矩扳手检验连接螺栓的拧紧力矩。

1.万能杆件拼装采用单根直接安装方法。

先安装好塔底的铰并与基础固接，安装好第一节后，就可以在立杆上立扒杆来运输以上各层的杆件、楼梯、栏杆、螺栓等构件，扒杆应经检查或受力试验，起重绳采用φ20白棕绳。

拼完该节后，人力将扒杆上移至顶面安装，继续拼装上一节塔身。

2.塔身万能杆件各处力杆严格按施工设计拼装图纸进行配杆件及节点板。

3.节点处的螺栓连接用扳手拧紧后再用扭矩扳手来校正拧紧力矩，M22螺栓拧紧力矩为30kg·m，M27螺栓拧紧力矩为35kg·m，边安装边校正。

4.在塔身安装过程中，每拼装一节（4m），均应对结构进行检查，并满足以下要求：

a.在给定平面内，轴心线对理论位置的最大偏移量，不大于被测长度的1/1000。

b.轴心线对基准平面的垂直度误差不得大于高度的1/500。

c.在纵、横截面内，两对角线长度的允许误差为最大边长的1/1000。

d.节间弦杆和腹杆的不垂直度为长度的1/750。

5.在塔拼装过程中，根据实际需要设置临时风缆，拼至施工设计要求安装风缆的高度后，随后安装风缆。

6.风缆采用人力将一绳端拉至塔底后，利用拼装塔身的扒杆提至设计安装节点处捆绑夹死后，另一端穿过缆桩上安装用滑轮，用10t手拉葫芦按初装力要求拉紧后固定在缆桩上即可，风缆安装采用对称方式安装。

7.前后风缆共有8根，设在顶层。

在俯视极映内与塔成90°布置，与水平面角按施工设计规定预埋。

安装角度偏差不大于±1°。

8.风缆安装后，对塔架进行检验，要满足第4项规定，否则对风缆拉力进行调整，直至满足。

9.南塔拼至28m高，北塔拼至25m高后，塔身安装完毕。

按施工设计拼装工作平台。

风缆安装完毕后，拆除底部铰与基础的固接，变为铰接。

（五）塔顶安装

塔顶的安装也就是顶上承台及索鞍的安装。

需在塔顶安装临时的摇头扒杆将各承台件及索鞍运上塔顶平面后采用螺栓固结，及用U型扣件与塔架连在一起。

在塔身拼装完时，利用独脚扒杆将摇头扒杆组装件吊上塔顶面，待摇头扒杆组装后，拆除独脚扒杆。

摇头扒杆缆风绳采用φ12.0钢丝绳（6×37）四根直接采用人力拉紧，并简立、直立扒杆后固定在塔架四周节点上，用φ12.0钢丝绳通过塔底的1台1t调度绞车来提升钢制承台构件及索鞍。

按设计要求安装塔顶承台及索鞍时，应注意定位，且组装后其水平和垂直坐标对理论位置的偏移量，不得大于塔顶本身高度的1/250。

（六）缆桩固定索的安装

主索从塔顶下来，缠入地拢并把力传给地拢，就是通过缆桩上的定索来传递的。

缆桩固定索是采用与主索一样的钢丝绳来制成，其一头编成绳鼻，一头自由伸展，但不能松散。

而自由端则用骑马式绳来与主索夹在一起。

绳鼻的编接按一进三扦法编接，扦接长度为1.4m，破头长度为2.6m，绳扣长度为1.0m，预留自由端长度14m。

承载索与固定索用绳夹夹死。

每根数量为8个，布置间距为200mm。

绳夹要拧紧，一般以压扁钢丝绳直径的三分之一左右为宜。

（七）临时支承绳的安装

临时支承绳采用直径φ=25mm钢丝绳。

临时支承绳是为了在安装主索、牵引索、起重索时临时架设在双塔之间的钢丝绳。

临时支承索的安装需在东塔底预先安装一台5t卷扬机。

在北塔将临时支承绳从索盘中放出，将其一端头引出并人力牵引至塔下，并用塔顶上的摇头扒杆将端头吊上塔顶，穿过索鞍滑轮后，从塔顶放下，用船牵引过河，牵引到南塔下，用南塔上的摇头扒杆将这一端头吊上塔顶，从南塔滑轮（与北岸穿过的滑车同侧）经过后下塔，人力牵引至主索锚上固定好。

待北塔端头从索盘上脱落后，将其卷入北塔下的卷扬机并收绳，直至绳索一直被拉起，腾空至其跨中下垂度为10m后，用绳夹将其两边的钢丝绳夹在事先准备的固定索上。

这样当临时支承绳受力时不至于传力至卷筒上。

（八）托架及其连接索的安装

托架的安装是在安装主索、牵引索、起重索及索鞍时，提供施工平台而设。

其连接索是为了保证托架能在296.6m跨度内均匀布置或向一侧回收而设的。

托架的设计制造见施工设计图。

这种框式结构能使托架迅速解体与组装。

便于将其从临时支承索上取下及挂上。

（九）主索的安装及挠度检测、调整：

主索安装是整个索吊系统安装的紧要工序。

由于索吊的跨度大，故在安装时主索的垂度控制是关键。

主索承重时，其变形量可分解为弹性变形与非弹性变形。

其弹性变形是可以计算并控制的。

但在整根主索中，其非弹性变形就无法计算与测定了，为确保两根主索在共同承载时，其变形量相同，就必须消除主索中的非弹性变形。

主索中非弹性的消除可以采用预拉法来完成。

即在主索投入使用前预先用相当于其破断拉力的55%的力来对其进行拉伸，并保持载荷持续10min。

主索的安装过程如下：

在南、北塔下各安装一台10t卷扬机，并配φ52钢丝绳1000m。

将北塔卷扬机上钢丝绳端头放出并引至塔下，用塔顶摇头扒杆将绳头吊上塔顶处。

同时在北塔上将紧靠成一排的托架夹紧在连接绳上，启动连接绳牵引系统将托架牵引到南塔上工作平台处。

将从南塔底10t卷扬机上吊上的绳头经索鞍穿过所有托架后固结在外侧第一个托架上并采用连接索将其往东牵引，牵出40m后，放出第二个托架并夹死在连接索上继续牵引往东，依此方法就可以将牵引绳头牵至东塔上。

主索在北塔下从索盘放出后吊上塔顶，经缆桩安装滑轮、索鞍后与牵引绳绳头连接，连接方案采用小绳头散开将绳股均分布在大绳周转后用绳夹夹牢。

绳架数量为7个。

将托架往东牵引，每一个托架靠上东塔工作平台后松开连接绳，使继续牵引连接绳时已松开的托架只在平台处滑动，收至最后一个托架后，将大绳与小绳的接头固定在最后一个托架上。

主索拉紧调整，北塔主索从缆桩上安装滑轮出来处用另外一根大索与主索夹死后通过滑车组用卷扬机拉拽定位，若一次拉程仍未至位时，可将主索与缆桩固定索夹紧后，将卷扬机放出绳索，将滑车组倒初始位置后与主索夹紧，放开固定索继续拉拽，到位后固定在缆桩固定索上。

主索组安装采用对称安装，每安装一根主索，均需用临时门架上的葫芦将滑车滑移至与索鞍对正的上方后才能牵引主索。

临时人字支承也相应先拆除移动后再安装。

1#主索安装调整时，用全站仪随时监测其跨中下垂度，安装时误差允许为±3cm。

所有的两根主索安装后其下垂度应一致，误差不大于±3cm。

主索跨中下垂度的检测在不超过三级风力条件下采用经纬仪进行角度测量，以定出其垂直距离偏差。

主索与固定在夹头范围内用油漆划线，以便观察受力时夹头内钢丝绳有无滑移。

（十）牵引绳的安装

牵引绳采用直径φ=25mm钢丝绳。

牵引绳的安装仍采用临时支承绳支承，托架及其连接索牵引从北塔索盘牵出绳头穿过规定的导向滑在南塔侧牵引卷扬机上卷入三到四卷，在北塔上与第一个小车紧连（不切断牵引绳），继续带小车往西头牵，第一个小车牵出13米后再与第二个小车紧连，继续带小车往南头牵，第一个小车至南塔后，将北塔端头卷入北塔侧的牵引卷扬机上即可拆除托架，放出牵引绳。

牵引绳空载时自重引起的垂度与主索相等。

（十一）起重设备的安装

起重设备采用20t的电动葫芦起吊，电动葫芦采用两链单钩，同时起吊。

电动葫芦采用直接固接在工字钢上，与工子钢采用栓接与焊接两种方式。

具体见施工图纸。

（十二）调试及检验

缆索起重机安装完毕后，在投入使用前进行一次全面检查及试验，其内容为：

1.检查机械及电器设备的安装是否符合要求；

2.检查地拢设置是否符合设计要求；

3.带小车对承重索进行垂度检查，其值应符合设计要求；

4.小车空载来回走行三次，吊钩升降于极限位置各三次，小车运转有无异常；

5.按设计最大载荷进行试吊，并在全跨内运行一次，升降至极限位置一次，并在跨中持荷10min，确认各机构是否正常，在负载试验时，注意对铁路的防护。

6.缆索系统操作时各种信号显示是否正确，指挥信号接收是否正确。

按以上内容检试正常后方能投入使用。

四、一般规定

1.缆索起重机的司机、信号员及起重工等人员，均应严格遵守安全技术操作规程，交接班时办理规定的交接手续。

2.机械及电气设备在每班交接班时，应进行检查，办理交接手续。

3.每个工作班内应检查承载索锚固段与地拢联接是否异常。

4.工作钢索的外观检查，一般应每个月不得少于一次，每一捻距长度内的断丝根数不得超出表4—1规定数值。

当钢丝绳表面有磨损或腐蚀时，还应乘以表4—2所列的降低率。

钢丝绳每一捻距长度内允许断丝根数

表4-1

滑轮直径符

合规定时钢

索安全系数

6×19

6×37

6×61

18×19

反向捻

同向捻

反向捻

同向捻

反向捻

同向捻

反向捻

同向捻

小于6

12

6

22

11

36

18

36

18

6~7

14

7

26

13

33

19

38

19

7~8

12

8

30

15

40

20

40

20

每一捻距长度内允许断丝根数降低率

表4-2

钢丝表面磨损和腐蚀程度（以钢丝直径的%计）

每一捻距长度内允许断丝根数降低率

（%）

钢丝表面磨损和腐蚀程度（以钢丝直径的%计）

每一捻距长度内允许断丝根数降低率

（%）

10

15

25

40

15

25

30

50

20

30

5.工作钢索应定期润滑，一般1~4个月进行一次。

润滑油不应含酸碱性，一般使用钢索油或变压器油、汽轮扒油、机械油等。

严禁采用重油及普通钙基润滑脂作润滑剂。

6.各机械设备应按相关规定定期润滑。

7.高空作业及水中作业时应遵守相关的规定。

第二部分检算资料（两根主索方案）

设计参数：

总吊重Q=21.5T，其中吊重20T，吊具跑车重：

1.5T。

跨度：

L=296.6m

两塔顶标高不一样

采用2φ52（6×19s+1WR）钢丝绳

公称抗拉强度：

σb=1850Mpa

单位重：

q=18.9kg/m

其中：

截面积：

Fk=1360mm2

破断拉力：

∑S=3043.18KN

弹性模量：

Ek=75600MPa

一、主索应力检算：

取最大垂度fmax在（1/12~1/18）L范围内，即在（16~24m）之间，取fmax=22米，

则：

Hmax=31653.2/11=2878KN

296.6

Tmax=Hmax/cos10.73°=17439.7/cos10.73°=806.08KN

K=Tn/Tmax=3043.18/806.08=3.77>3（满足要求）

3、主索应力验算

⑴σmax=Tmax/F+Q/n√Ek/TmaxF

=806.08×1000/2×1003.8+1000×215/8×√75600/（806.08×1000×1003.8×2）

=763.5Mpa

K2=[σ]/σmax=1850/585.33=3.16>2（满足要求）

⑵接触应力

σmax=Tmax/F+E×d/Dmin

=806.08×103/（1003.8×2）+75600×1/600

=527.5Mpa

K=[σ]/σmax=17701850/527.5=3.5>2（满足要求）

二、牵引索计算：

1、选择钢丝绳，直径φ=25mm，公称抗拉强度σb=1700Mpa，其它参数为：

换算系数：

0.82单位长度重量截面积Fk=23.72mm2

2、牵引拉力W=Qsina+0.15Q

因为tga=4f/L=0.219

所以：

牵引拉力W=Qsina+0.15Q

=215×0.219+0.15×215

=94.815kN

3、Tmax=（W+2LQ）×（2－0.982）

=124.864kN

4、.总拉应力检算：

K=Tn/Tmax=648.82/124.86=5.9>4（满足要求）

三、便梁索计算：

1、选择钢丝绳，2根直径φ=32mm，公称抗拉强度σb=1700Mpa，结构6×37s+FC，其它参数为：

单位长度重量q=0.064KN/m，截面积Fk=326.62mm2。

主索总破坏力Tn=2×326.69×1700×0.85=944.134KN

垂度取f=30m

Mmax=QL/4+gL2/8COSa=12184.2kN.m

Hmax=Mmax/f=12184.2/30=406.1KN

不考虑冲击系数，主索安全系数：

K=Tn/Hmax=944.134/406.1=2.3>2（满足要求）

四、主索塔高度计算：

主索在跨中垂度：

fx＝22m

其中：

跨中桥面标高=1220.4m

重物底到扣塔顶安全距离取1.5米

净高取2.0米

承载索至重物顶的工作高度取1.5米

H北塔标高=1220.4+22+1.5+2.0+1.5+2=1249.4m

H北塔架高=1249.4-1223.4=26m

因为北塔顶标高比南塔高4m

所以：

H南塔标高=1249.4-4=1245.4m

H南塔架高=1245.4-1214=31.4m

五、缆风索计算：

缆风索采用8根Φ20.5公称抗拉强度σb=1700Mpa截面积Fk=136.78mm2

换算系数：

0.85

缆风索8根布置如图：

总水平力H=T（Cosb-Cosa）=1000×（0.9835-0.771）=212.6kN

揽风索总受力为：

T总=H/sinc=212.6/0.629=337.99

缆风索总抗力Tn=0.85×1700×4×136.78=790.588kN

Tn/H总=790.588/337.99=2.3>1.5（满足要求）

缆风索拉锚采用2[16，锚于主索台座里。

六、北塔主索后锚计算：

一、主索后锚座

总拉力T=T主索+T便梁=1200kN，α=atan（31.4/38）=39°34’03’’

上拔力Q=TSinα=891.8kn混凝土自重=10×4×1.5×2.5t/立方=1500KN,混凝土埋入土体1米；

水平力H=TCosα=1079.22kn

I45a：

I=32240cm4，W=1430cm3，i=17.7cm，

I/S=38.6，t=18mm，A=102cm2

单根弯距M=Hh/2=1079.22×0.7/4=188.86kn.m

强度验算：

[σ]=M/W=188.86×102/1430=134Mpa<170Mpa

主+便1200kN

39°34′03

1.5m

2m

1、倾覆稳定性验算：

M倾＝1200×（1tg39°34′03＋0.5）cos39°34′03

＝1226.909KN.m

M稳＝600×2.5×2＝3000KN.m

K＝M稳/M倾＝3000/1226.909＝2.45＞2（满足要求）

2、上拨力安全系数：

K0＝P/VT＝1500/1200×sin39°34′03

＝1.96＞1.4（满足要求）

3、抗滑稳定性验算：

土压力：

P＝rHtg2（45°＋φ/2）

＝19×1×tg260°

＝57KN/m2

EP＝1/2×1×57×10＝285KN

Hf＝Q混f

＝1500×0.6

＝900KN

EP＋Hf＝900+285

＝1185KN＞Q=891.8KN（满足要求）

5、后锚座尺寸：

rabh’〉Q取h’=1.5m

所以ab>Q/rh’=1200/25×1.5=32m2

后锚座采用混凝土台座，截面尺寸采用10×4×1.5m

七、卷扬机

卷扬机最大拉力T=20t，锚座采用混凝土座，尺寸采用1×1×1米，具体如图：