虎門(mén)大橋懸索橋?yàn)閱慰珉p鉸加勁鋼箱梁懸索橋，跨徑888m，梁總寬35.6m。主纜直徑68.7cm，由110束127根Φ5.2mm鍍鋅高強(qiáng)度鋼絲組成。吊索間距12m，吊點(diǎn)采用4根Φ52mm金屬芯鋼絲繩，型號(hào)為8×55WS+IWR，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1770MPa，鋼絲繩最小破斷拉力為1650kN。加勁梁采用平封閉流線(xiàn)型鋼箱梁，鋼箱梁橋面板厚12mm，U肋板厚8mm，采用進(jìn)口SM490C板材。

線(xiàn)夾采用左右配對(duì)的結(jié)構(gòu)形式。電纜夾的左右兩半通過(guò)螺釘連接并固定在主電纜上。主跨有144個(gè)索夾和288個(gè)吊索。吊索與索夾采用跨式連接，吊索進(jìn)入鋼箱梁采用承壓錨固方式，錨頭為套筒式熱鑄錨頭。

圖1 虎門(mén)大橋懸索橋索夾及舊懸索索結(jié)構(gòu)

2019年2月21日，在對(duì)吊索帶進(jìn)行定期檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)吊索橋西行號(hào)東側(cè)一處吊索帶異常位置變形，外表面防腐涂層吊索變形部分被剝皮，發(fā)現(xiàn)部分鋼絲腐蝕斷裂。虎門(mén)公司立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，迅速實(shí)施全橋懸索更換。定制短吊索是通過(guò)縮短梁纜間距來(lái)使吊索“松弛”以完成其卸載的吊索。下面主要介紹新型短吊帶的更換。

縮短距離實(shí)現(xiàn)先拆后拆新方式

整體變更方案

整體換纜方案需要考慮以下因素：

①舊吊帶必須完全卸下才能拆除。舊式吊索的錨頭直接錨固在加勁梁內(nèi)的錨墊上，本身不具備卸荷功能。

②在換纜處考慮縮短梁與纜的距離，使舊吊索“松口氣”完成卸荷。梁與索之間距離的縮短被認(rèn)為是通過(guò)使用具有可張緊結(jié)構(gòu)的臨時(shí)吊索來(lái)實(shí)現(xiàn)的。懸索橋加勁梁起重機(jī) 加勁梁吊裝施工時(shí)留下的臨時(shí)吊耳，間隔布置。經(jīng)計(jì)算分析，間隔布置的臨時(shí)吊耳可作為臨時(shí)吊索的底部錨點(diǎn)。

加勁梁吊點(diǎn)現(xiàn)有臨時(shí)吊耳見(jiàn)圖2。

圖2 加勁梁臨時(shí)吊耳計(jì)算模型圖

③ 沒(méi)有臨時(shí)吊耳的舊吊索不能僅通過(guò)臨時(shí)吊索滿(mǎn)足卸載要求。另外，考慮到更換新吊索后的索力控制，新吊索設(shè)計(jì)成具有張緊功能，更換新吊索完成，最后通過(guò)張緊縮短梁索間距參與卸載相鄰的舊吊索。

④虎門(mén)大橋是珠三角東西向的重要通道。首先考慮在應(yīng)急車(chē)道和慢車(chē)道關(guān)閉的情況下更換吊索，即吊索施工應(yīng)與橋面作業(yè)共存，吊索施工不影響橋面作業(yè)。運(yùn)行狀態(tài)。橋梁結(jié)構(gòu)安全。

綜合考慮以上因素，確定采用“臨時(shí)吊索+新吊索”的常用張拉方式對(duì)舊吊索進(jìn)行卸卸，并將新吊索底部設(shè)計(jì)為可張緊的錨固結(jié)構(gòu)。整體換線(xiàn)方案安排如下：

對(duì)于有吊耳的吊點(diǎn)，主要采用臨時(shí)吊索具保護(hù)和卸荷，通過(guò)拉緊臨時(shí)吊索帶實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)處舊吊索具的卸卸，并在單個(gè)吊點(diǎn)更換新吊索具. 吊裝完成后拆除臨時(shí)吊裝帶，用換上的新吊裝帶張緊，完成另一根舊吊裝帶的卸裝。必要時(shí)，相鄰起吊點(diǎn)已更換的新吊具參與卸料。以46#吊點(diǎn)為例，吊耳處吊點(diǎn)換纜流程示意圖如圖3所示。

一個(gè)。臨時(shí)吊索拉緊卸下待更換的舊電纜

b. 安裝的新電纜的張力有助于拆除臨時(shí)吊索和更換另一根舊電纜

圖3 吊耳吊點(diǎn)換纜過(guò)程示意圖

對(duì)于無(wú)吊耳的起吊點(diǎn)，可通過(guò)相鄰一側(cè)已更換的新吊索與另一側(cè)未換纜處的臨時(shí)吊索聯(lián)合張緊，實(shí)現(xiàn)其卸卸。換纜點(diǎn)吊索更換完成后，在相鄰的換纜點(diǎn)恢復(fù)新的吊索張力。

新吊帶設(shè)計(jì)

新型吊索具的結(jié)構(gòu)既要滿(mǎn)足其使用功能，又要滿(mǎn)足電纜更換的施工要求。新型吊索采用帶拉桿的可張緊結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)索力的調(diào)節(jié)。它由吊索鋼絲繩、錨杯、連接套筒、拉桿、球形支架和球形螺母、防扭裝置、吊索之間的夾具等組成。

圖4 新型吊索具結(jié)構(gòu)圖

新型吊索具鋼絲繩采用8×55SWS+IWR-52mm鍍鋅鋼絲繩，標(biāo)稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1960MPa汽車(chē)吊型號(hào)，理論破斷拉力1830kN。吊具鋼絲繩兩端設(shè)有錨杯，錨杯通過(guò)連接套與拉桿連接。拉桿穿過(guò)加勁梁中的錨板孔后，采用錨墊+球面螺母的形式進(jìn)行錨固。

與舊吊索具相比，新型吊索具的安全性和耐用性較舊吊索具有所提高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①新型吊帶的強(qiáng)度等級(jí)（1960MPa）高于原裝吊帶（1770MPa）。當(dāng)?shù)鯉Ы孛娓g至相同程度時(shí)，新型吊帶的承載能力仍比原吊帶高10%，結(jié)構(gòu)更安全。

②新索鍍鋅采用最高等級(jí)A，并增加了新的鍍層，提高了綜合防腐性能。

③鋼箱梁錨固區(qū)出現(xiàn)舊纜腐蝕破壞，吊索下錨頭積水造成；新電纜改進(jìn)了錨固結(jié)構(gòu)，設(shè)置了排水通道，有效解決了積水現(xiàn)象。

④ 新索下錨頭增加球形墊圈，適應(yīng)轉(zhuǎn)角，有效解決短吊索疲勞問(wèn)題。

⑤ 新型拉索優(yōu)化了錨固結(jié)構(gòu)，便于箱內(nèi)張拉，增加了可更換性；其次，它配有螺紋，可以調(diào)節(jié)吊帶的長(zhǎng)度。

⑥ 部分吊索裝有永久壓環(huán)傳感器或磁彈儀，可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)索力。

臨時(shí)吊帶設(shè)計(jì)

臨時(shí)吊索是電纜更換施工過(guò)程中重要的臨時(shí)結(jié)構(gòu)。臨時(shí)吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)由工具繩、螺栓、吊耳和拉桿、連接套筒、拉力梁、拉桿和千斤頂、拉桿螺母和細(xì)拉桿螺母組成。之類(lèi)的組件。其中，工具繩采用8×55SWS+IWR-84mm鍍鋅鋼絲繩，標(biāo)稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1960MPa，理論破斷拉力4790kN。考慮到臨時(shí)吊耳的結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計(jì)最大工作載荷為70t。臨時(shí)吊索系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 臨時(shí)吊索系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從低到高嚴(yán)格把控施工細(xì)節(jié)

換繩過(guò)程

更換纜索的總體順序是從低到高進(jìn)行的，即更換吊索是從中跨到兩塔依次進(jìn)行的。吊索具更換時(shí)，應(yīng)按上游、下游、東西三面同步的原則進(jìn)行。

單吊點(diǎn)換纜順序?yàn)椋喊惭b臨時(shí)設(shè)施→拆除膩?zhàn)印杜f吊索→拆除吊索夾具→吊索錨頭處解錨→拆除舊吊索并拆除纜索→ 清除繩夾和凹槽內(nèi)的舊膩?zhàn)硬⑼可闲履佔(zhàn)?→ 安裝新吊索上索 → 安裝新吊索夾具 → 安裝新吊索底部錨固裝置 → 調(diào)整新吊索張力吊索到目標(biāo)電纜力。

施工臨時(shí)設(shè)施

(1) 橋面工作區(qū)圍護(hù)

虎門(mén)大橋每天的車(chē)流量很大。為盡量減少對(duì)兩岸交通和經(jīng)濟(jì)的影響，未考慮全封閉施工，僅關(guān)閉1條應(yīng)急車(chē)道和1條慢車(chē)道作為吊索更換作業(yè)通道。

(2)加強(qiáng)梁風(fēng)口處工作平臺(tái)

采用可拼裝的模塊化操作平臺(tái)，拆裝方便，安全性和效率大大提高。

舊吊索的卸載和拆除

通過(guò)張緊臨時(shí)吊索和新吊索，改變橫梁和纜索之間的距離來(lái)卸載舊吊索。在卸載臨時(shí)吊索之前，先安裝并張緊臨時(shí)吊索系統(tǒng)。根據(jù)臨時(shí)吊索具的長(zhǎng)度，如果滿(mǎn)足汽車(chē)吊裝作業(yè)要求，則采用汽車(chē)吊進(jìn)行安裝和拆卸。對(duì)于超出該車(chē)起重能力范圍的，采用兩臺(tái)8t卷?yè)P(yáng)機(jī)組成單線(xiàn)往復(fù)牽引系統(tǒng)，作為安裝和拆卸的起重工具。

臨時(shí)吊索具系統(tǒng)安裝完成后，根據(jù)監(jiān)測(cè)提供的數(shù)據(jù)，逐步拉緊臨時(shí)吊索具，監(jiān)測(cè)待更換吊索具及相鄰兩組吊索具的索力。過(guò)程中得到加強(qiáng)。

舊吊索卸完后，可依次拆除舊吊索夾具和底部錨固結(jié)構(gòu)，然后用汽車(chē)吊或卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝拆除，拆除下纜。

圖6 舊吊帶夾拆除實(shí)拍

新吊索的安裝和張緊

新吊索具的安裝操作是舊吊索具拆卸的逆操作。新吊帶安裝完成后，應(yīng)根據(jù)吊帶上的標(biāo)記線(xiàn)將新吊帶調(diào)直，防止新吊帶在扭曲狀態(tài)下被拉伸。然后使用加固梁錨固內(nèi)的定制千斤頂系統(tǒng)對(duì)梁進(jìn)行張緊和施壓。

鋼絲繩索具會(huì)隨著張緊力的施加而發(fā)生扭曲，因此，張緊過(guò)程中鋼絲繩扭轉(zhuǎn)的控制是新型吊索具張緊施工的關(guān)鍵。在張緊過(guò)程中，吊索具的抗扭曲是通過(guò)使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的抗扭曲扳手來(lái)實(shí)現(xiàn)的。防扭扳手固定在吊索拉緊桿上的預(yù)設(shè)六角截面區(qū)域，尾部通過(guò)方形木頂固定在豎直加勁梁上。在鋼板上。

實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障行車(chē)安全

施工監(jiān)測(cè)的目的

換纜施工中舊吊索的卸載和新吊索的張拉，都涉及懸索橋受力的重新分配和梁索間距的變化，對(duì)懸索橋的受力有一定的影響。橋梁結(jié)構(gòu)和橋面板的對(duì)齊。虎門(mén)大橋換纜施工期間，不封閉交通。為確保換纜施工安全和橋梁結(jié)構(gòu)安全，為換纜施工提供指導(dǎo)和支持，施工監(jiān)控必不可少。

光纜距離監(jiān)測(cè)

換纜施工過(guò)程中汽車(chē)吊型號(hào)，監(jiān)測(cè)單位在換纜吊點(diǎn)和左右兩個(gè)吊點(diǎn)共5個(gè)吊點(diǎn)處對(duì)梁索間距進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將理論計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。指導(dǎo)施工，及時(shí)發(fā)布預(yù)警，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。

梁與索之間的距離由線(xiàn)式位移傳感器監(jiān)測(cè)，及時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。

圖7 束索間距監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由于舊吊索具卸載時(shí)梁索間距的縮短，以及新吊索具安裝后的張拉施工，單吊點(diǎn)梁索間距會(huì)產(chǎn)生殘余變形，無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。這種殘余變形也是電纜更換施工監(jiān)測(cè)的控制重點(diǎn)。通過(guò)比較更換吊具前后單個(gè)吊點(diǎn)的梁索間距，可知該點(diǎn)的殘余變形值。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，已更換的48個(gè)懸掛點(diǎn)中，殘余變形量最大為-10.71mm，平均值為-3.7mm，均導(dǎo)致梁索間距減小，控制殘余變形效果好，對(duì)橋面線(xiàn)形影響小。大的。

新型吊索索力的監(jiān)測(cè)與控制

除了在新型吊索具張拉施工中利用千斤頂油位計(jì)的讀數(shù)來(lái)控制張力外，監(jiān)測(cè)和控制新型吊索具的索力還有三方面的意義：一是控制新型吊索具的張緊力。吊裝帶使新吊裝帶的拉力、拉制精度符合設(shè)計(jì)要求；二是通過(guò)拉緊新索具卸舊索時(shí)，將拉力控制在允許范圍內(nèi)，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。種類(lèi)。

根據(jù)吊索長(zhǎng)度，采用新型索力結(jié)合壓環(huán)傳感器監(jiān)測(cè)方式、新型磁彈性?xún)x監(jiān)測(cè)方式、振動(dòng)頻率測(cè)量方式。

對(duì)于23#~50#吊點(diǎn)等跨中區(qū)域的吊索，長(zhǎng)度較短，無(wú)法采用測(cè)振頻法監(jiān)測(cè)索力。為此，在吊帶錨固端設(shè)置永久性壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，在吊帶本體處設(shè)置了新型磁彈儀，與壓力傳感器配合使用。兩種監(jiān)測(cè)方式的數(shù)據(jù)相互校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

對(duì)于長(zhǎng)度滿(mǎn)足振動(dòng)頻率測(cè)量法要求的吊索，振動(dòng)頻率測(cè)量法結(jié)合拉力千斤頂油量表的讀數(shù)使用。此外，還選用了另一款具有代表性的吊帶，并在其上布置了一種新型磁彈儀作為永久性監(jiān)測(cè)設(shè)施。

圖8 振動(dòng)頻率測(cè)量法監(jiān)測(cè)索力

新型背帶扭動(dòng)監(jiān)測(cè)

懸索橋吊索具采用鋼絲繩本體結(jié)構(gòu)，吊索具鋼絲繩受力后容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，在吊索具安裝施工過(guò)程中會(huì)限制扭轉(zhuǎn)。但由于新吊索具錨端螺母墊圈與錨板的接觸面積小于舊吊索具錨頭的接觸面積，更換吊索具后，新吊索具可能長(zhǎng)期處于術(shù)語(yǔ)動(dòng)態(tài)負(fù)載。會(huì)發(fā)生反彈。

新型吊索具的回扭監(jiān)測(cè)是通過(guò)在吊索具錨頭處粘貼環(huán)形刻度尺，并在錨板和錨頭處劃出標(biāo)記線(xiàn)來(lái)進(jìn)行的。通過(guò)標(biāo)記線(xiàn)的對(duì)比，可以直觀的得到吊索具的扭力。

目前已更換的96根吊索中，發(fā)現(xiàn)部分錨頭存在反扭現(xiàn)象。持續(xù)監(jiān)測(cè)顯示在更換吊帶 20 天后未發(fā)生扭曲。為了安全起見(jiàn)，提供了防扭裝置。

從老問(wèn)題中規(guī)避新風(fēng)險(xiǎn)

舊電纜外觀檢測(cè)

(1)鋼絲繩斷裂檢測(cè)

截至2020年1月8日，在25-48號(hào)吊點(diǎn)雙向共更換96根吊索。舊吊索具鋼絲繩斷絲檢測(cè)結(jié)果如下：

①不同程度斷絲的吊索有14條，占14.6%；

②除西行38#東側(cè)吊索斷絲嚴(yán)重外，其余斷絲較輕。單根吊索最大斷絲數(shù)為5根，一般為13根；

③ 除西行38#東側(cè)吊索錨頭斷絲外，其他舊吊索斷絲均發(fā)生在吊索與索夾相切點(diǎn)；

④隨著吊索長(zhǎng)度的增加，斷絲數(shù)量逐漸減少。

(2)鋼絲繩腐蝕檢測(cè)

鋼絲繩腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如下：

①更換的96條吊索具中，82條吊索具發(fā)生不同程度腐蝕，占85.4%；

②腐蝕主要分布在錨頭和切點(diǎn)處，切點(diǎn)腐蝕比錨頭處腐蝕嚴(yán)重；

③隨著吊索長(zhǎng)度的增加汽車(chē)吊型號(hào)?96吊索辭舊迎新——虎門(mén)大橋懸索橋短纜更換介紹，腐蝕有減小的趨勢(shì)。

(3)錨頭檢測(cè)

選取4個(gè)狀態(tài)最差的錨頭進(jìn)行解剖檢查，結(jié)果如下：

①內(nèi)部有2個(gè)不密實(shí)的零件，4個(gè)錨頭底部有孔洞；

②四個(gè)錨頭內(nèi)部有不同程度的腐蝕。

舊電纜斷裂試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證舊吊索具的實(shí)際承載能力，選取4根處于最不利狀態(tài)的舊吊索具進(jìn)行破斷??試驗(yàn)。拉斷試驗(yàn)分為直拉試驗(yàn)和彎曲拉試驗(yàn)兩部分。直拉試驗(yàn)，將舊吊索展開(kāi)平放后，對(duì)兩端錨頭施加拉力；在彎曲試驗(yàn)中，通過(guò)模擬舊吊索具的實(shí)際受力狀態(tài)施加拉力。

舊吊索具破斷拉力測(cè)試結(jié)果如表1所示：

彎曲試驗(yàn)中斷線(xiàn)的成纜力和試驗(yàn)破斷力均大于直線(xiàn)試驗(yàn)。舊纜彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，開(kāi)始出現(xiàn)斷線(xiàn)的最小纜力為208t。

舊電纜老化原因分析

經(jīng)分析，造成虎門(mén)大橋懸索出現(xiàn)銹蝕、斷絲等老化現(xiàn)象的原因如下：

① 虎門(mén)大橋作為珠三角地區(qū)重要的東西通道，車(chē)流量巨大。在長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行下，橋梁容易出現(xiàn)構(gòu)件疲勞老化。

②虎門(mén)大橋地處亞熱帶多雨區(qū)，常年高溫高濕，且由于靠近大海，空氣中的氯離子含量較高。電纜夾和錨頭是吊索具防腐和密封的薄弱環(huán)節(jié)，水汽容易進(jìn)入。造成腐蝕和斷絲，錨頭容易進(jìn)水造成積水，腐蝕效果明顯。

③懸索橋跨中區(qū)吊索最短，柔度最低。對(duì)柔性系統(tǒng)懸索橋結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性最差，吊索最容易老化損壞。

目前，懸索橋已完成96根短吊索的更換，并將利用繩夾更換長(zhǎng)吊索技術(shù)試驗(yàn)和舊吊索試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)短吊索更換技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化長(zhǎng)吊索更換計(jì)劃，實(shí)施長(zhǎng)吊索更換工作。同時(shí)，在更換過(guò)程中對(duì)纜索更換施工和橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。

本文發(fā)表/《橋梁維護(hù)與運(yùn)營(yíng)》雜志2020年第1期第9期

作者/熊峰美博徐碩華

作者單位/虎門(mén)大橋大修辦公室