墩顶塔架式变频遥控缆索起重机的设计与施工

　　概述渝怀铁路是国家实施西部大开发的重点工程之一。它西起重庆市江北枢纽车站，沿长江顺流而下，至涪陵后沿乌江逆流而上，经三次跨越乌江后进人武陵山脉，终点在湖南省怀化与湘黔铁路连接。下塘口乌江铁路双线特大桥位于重庆市彭水县境内，是三座乌江铁路桥梁中最长的一座，也是渝怀铁路建设的重难点工程之一。该桥为3X24m+3X32m+（72m+128m+72m）混凝土连续刚构+6X32m+2X24m，共16跨，主跨位于急流中的7、8号主墩之间，跨度128m，大桥全长703. 85m，综合投资4 681万元，合同工期32个月。解决该桥大跨度梁部施工中各种物资设备和材料的水平和垂直运输问题，是摆在施工单位面前需要首先考虑的。由于乌江地处峡谷，水位暴涨暴落，一般起重运输设备无法靠近施工，综合各方面因素考虑，采用缆索起重机的运输方式较为有利。缆索起重机工作跨度大、不受场地条件限制，但材料使用量大、操作控制视线不良是其比较突出两个缺陷。为了克服这两个缺陷，我们尝试采用墩顶塔架式结构和变频调速、无线遥控技术，成功地设计出了墩顶塔架式变频遥控缆索起重机，使用效果良好。

　　国防交通工程与技术2缆索起重机的设计2.1缆索跨度和起置确定下塘口乌江特大桥桥址610号墩处于水中或坡上，乌江水深坡陡，施工较难展开，但05号和1116号两岸墩台之间地势较为平坦，且可接入施工便道，工程量也较小，便于先期施工。因为大桥主要工程量集中于主墩两侧的悬灌梁部，如将塔架选定在5号和11号墩上跨度虽为368m，对缆索的设计和施工较为简便；但受地形制约，混凝土拌合及材料堆放场地互相干扰严重，不如将塔架设在4号和14号墩上更为有利，如所示。考虑吊运货物数量和施工工期的因素，最终选择第二种方案，缆索跨根据工期要求和现场施工需要，设计索吊起重能力2X8t，双钩独立控制作业，小车移动速度0 30m/min，吊钩升降速度015m/minc2.2塔架设计与塔架高度计算塔架是缆索起重机的重要组成部分，由底座、塔身、索鞍等几部分组成。我们在以往的施工中曾多次使用八七轻型军用墩或六四型军用梁拼装组成。实际应用中由于塔架较篼，使用材料多，成本较大。

　　由于下塘口特大桥是双线铁路桥，位于两岸的4号、14号墩均为圆端型钢筋混凝土实体结构墩，墩身体积大，墩顶空间充分，强度和抗弯曲能力满足要求，稳定性强于纯钢结构塔架。现已知两墩身高度为3m，用墩身代替部分塔架，用M型万能杆件在墩分析顶拼装成2座4mX4m塔架，在13m和32m两处互连后组成一体，代替单纯钢塔架，可省去不少的钢材和基础混凝土。

　　根据现场起吊物的重量及选择主缆索直径大小的实际情况，取/=.06L=29.76m，加上吊物的高度（一般采用2m）、吊索的拴系绑扎篼度（一般采用lm）、小车净高及起吊的安全距离（一般取2.5m），可算出桥敏顶部作业时塔架超过激顶的最小高度H最小=考虑到各种不确定因素，取塔架设计高度月1由此可以知道，如果不利用桥墩时塔架的最小高度为= +敏篼= 2.3缆索选择及受力验算2.3.1缆索选择丝绳（GB1102―74），由含碳量。

　　5%0.8%的优质碳素钢制成，公称抗拉强度为1 850（MPa）。表知钢丝绳的钢丝直径2.6mm，钢丝绳截面积A为1178.07mm2，质量P为11.074kN00m. 2.3.2缆索受力验算缆索拉力了。当载荷在跨中时最不利，缆索受力情况如，缆索拉力可按下式计算：一（kN）；L为缆索起重机跨度（m）；/为缆索下垂度为缆索自重=i°L=56.61（kN）；Li为塔架间缆索实际曲线长度5112m；钢丝绳容许拉力0.82）；安全系数：K=DP/T~3.1，在缆索起重机只起吊货物的情况下，尺值在35之间，满足规范要求。

　　曲时缆索的弹性模数=8MPa；缆索弯曲应力与拉应力之比56<丨，满足规范要求。

　　2.4地锚设计与计算当后缆风地锚设置在塔架后64m距离的2号和16号承台上时，a夹角小于49.5……后缆风作用力为：=535-26/0-65823-5（kN）（4）利用已建成的2号和16号墩的承台做缆索主锚，根据现场的地质情况，单个承台体积300m3以上，为钢筋混凝土实体结构，基础的抗拔力和抗拉力通过检算能满足要求，基础地锚安全可靠。

　　2.S控制系统设计由于缆索起重机跨度和起吊高度大，为便于操分析锚固Y墩缆索拉紧缆索纠偏放缆索乌江封航！

　　纵人员在作业区直接控制和操作，实现平稳安全作业，我们将牵引和升降卷扬机的电机控制系统采用变频调速和无线遥控方式。

　　变频调速系统是通过改变电机供电频率和电压，平滑调节电机速度，实现无级变速目的。即通过改变电动机定子的电源频率，实现对异步电动机的调速；但为了保持调速时电动机的最大转矩不变压。变频调速系统在国内工业和民用电梯等用电设备上已多有采用，实际应用时也可自己加工制作。由于采用降频软启动，电机起动电流很小，不会超过额定电流。

　　套成型设备，使用时可以根据被控电机的具体情况直接选购，使用可靠、安全，安装方便，控制距离远，效率也较高，这里不再赘述。

　　2.6其它部分设计与计算起重小车采用4行走轮直列结构，两个起重滑轮固定在基架上，吊钩架上设一个动滑轮，保证起重小车在牵引移动时。起重绞车不需同时配合动作，重物也不会随着牵引移动而改变吊升的高度。为减少施工维护，小车各部轴承采用专用密封流动轴承。

　　卷扬机设置在14号墩后方一侧，固定连接在基础混凝土的预埋件上。牵引卷扬机选用2台JJK5型快速卷扬机，电机功率37kW；升降卷扬机选用2台JJ5型卷扬机，电机功率37kW.牵引索、起重索、揽风绳直径取￠2128mm之间。各索以及塔架的受力计算略= 3缆索起重机的安装3-1安装工艺流程（见）3.2安装注意事项（1）在4号和14号墩盖梁上埋设预埋件，安装预埋件、基础地锚一拼装塔身一安装索鞍一拴紧揽风绳安装起重小车及吊钩钼-安装牵引机构1安装防垂装置调整起重、牵引系统Hs机调试丨缆索起K机安装工艺流程图时在墩顶预埋件上焊接联结工字钢，栓接塔身下垫梁，在下垫梁上利用小型桅杆吊逐节向上拼装塔身，为了保证安全，在拼装塔身过程中，每升高10m拴一组揽风绳直至达到塔篼。

　　需要特别引起注意的是，在拼装塔身前要确定塔身一定处于墩顶的中心位置，拼装过程中要随时注意纠正塔身的倾斜，避免或减少塔架自重对桥墩产生过大的偏心压力。塔身拼装是缆索起重机耗费工时最长、材料最多的一道工序，也是安装的关键工序。

　　在安放主缆索时，考虑主索直径较大、质量较重，宜先安一条21mm直径的钢丝绳来拖动主索，以减小放索船过江和主索跨越索鞍的难度。并注意提前通知港监和海事管理部门做好施工地段乌江封航工作。

　　4结束语实践证明，下塘口乌江特大桥采用墩顶塔架的形式要比全钢塔架方式节省钢材约120t，减少操作控制人员2名，提高工作效率近20%.经过一年多的实际使用，两台缆索起重机运行良好，已为大桥施工吊运各种钢筋、水泥、机具设备等68000t.目前我们在彭水县城区附近新中标的公路乌江大桥施工中，已将下塘口缆索起重机的设计与施工方案直接运用上去。