猫道
猫道(英文名为catway),是悬索桥上部构造施工最重要的高空作业通道和临时作业场地,因断面通常呈U型,狭长且有一些摇晃,故称“猫道”。猫道一般由猫道承重索、猫道面层、栏杆及扶手、横向天桥、抗风系统、门架系统及锚固调节装置组成。
2022年5月,由中交二航局承建的深中通道伶仃洋大桥猫道全线贯通,猫道凌空飞越伶仃洋航道连接大桥东西两座主塔,形如一道“空中走廊”。猫道最高点距离海面约270米,最低点距离海面105米,是目前世界上海市中最高的猫道。
设计原则
一、猫道面的线形应平行于主缆钢丝束在自由悬挂状态下的线形,即除猫道本身的架设满足施工线形要求外,不能对其它部位(如塔顶偏移)产生附加影响,以致影响主缆最终线形。
二、由于猫道的作业几乎贯穿整个上部结构施工过程,且全部为高空作业,所以在安全上应保证有足够的强度和抗风稳定性。
三、作为施工用临时扫地杆,应尽量减轻自重,减少挡风面积,做到既能防火又能满足机械作业所需的工作面和操作净空要求,在构造上应尽量为施工作业提供便利条件。
四、猫道系统本身要构造简单,架设、调整和拆除要方便,以节约临时工程的作业时间和费用。
构造原理
猫道由猫道索、猫道面板结构(包括横梁、面层、栏杆立柱及扶手绳、安全网等)、横向天桥及抗风素等组成。国内外悬索桥施工的猫道一般低于主缆中心线1~1.8m。猫道承重索是猫道的承重构件,悬索桥的两侧猫道各有若干根猫道索。猫道面板结构(包括横梁及面层)可以吊挂于猫道承重索之上,也可以吊挂于猫道承重索之下。
猫道索的布置形式
猫道的主要承重结构是猫道承重索,一般为三跨式。按猫道承重索在塔顶的跨越形式一般又有分离式和连续式两种构造布置形式。
1.三跨分离式猫道承重索
所谓三跨分离式就是一根猫道承重索在主跨和边跨分为三段,各自锚固。边跨的两端分别锚于锚与索塔的锚固位置上,中跨两端分别锚于两索塔的锚固位置上。其上有横梁、面层横向通道、扶手索、栏杆立柱、安全检查网等。猫道分离式结构,具有塔顶辅助结构简单、无需支撑鞍与变位架、调试方便等特点。大多数日本悬索桥和国内已建成的虎门镇、汕头市等悬索桥均采用此法。宜昌长江公路大桥猫道索也采用的是三跨分离式,每幅猫道宽度为3.8m,与主缆轴线成对称布置:每根猫道由8根中48mm承重索支承,承重索均分别锚固在塔顶和锚碗的预埋锚箱、锚杆上;两侧各设两根扶手索,直径分别为24mm和14mm,扶手索由栏杆立柱固定,立柱上设置两层高度不同的钢丝网。为增加猫道的抗风稳定性,中跨设置五道横向走道,两侧边跨各设一道横向通道,横向通道为钢管焊接的三角形桁架,宽2.3m。猫道面层由两层钢丝,防滑木条、锁紧型钢等组成。
2.三跨连续式猫道承重索
三跨连续式猫道承重索就是三段猫道随承重索在架设后连成一根整索,塔顶设支撑鞍,欧美悬索桥猫道多采用这种布置形式。江阴长江大桥猫道索在国内首次采用了三跨连续布置形式。上下游各设一道,在主塔的两侧都设有变位框架。为便于操作,猫道面到主缆中心保持在1.0m。猫道由6根承重索(☆38mm)和4根横梁支撑索(中38mm)、钢丝网面层、栏杆、扶手索和横梁组成。上下游猫道之间在中跨有五道、边跨各一道横向通道,每个猫道下设有两根倒悬链状的抗风缆,帮助猫道的稳定和调整。
无论采用连续式还是分离式,都需根据施工情况进行调节。分离式需在绳端设置长度调节装置,连续式还需在塔顶设转索鞍等装置。这两种方式比较,从施工上考虑连续式的承重索调整困难些。表3-1-1是国内外已建成悬索桥施工猫道的参数表。
猫道面板结构
猫道面层系统是工人作业的平台,其材料须具有一定的强度、刚度和耐火性。猫道面板结构包括有横梁及面层铺料。面层铺装早期采用木板材,后来为了防火、减轻质量、阻风以及施工方便等原因,一般改用加铺合成纤维网或钢丝网布。焊接钢丝网钉在横木梁上,它已有足够的支承强度,但其孔眼尺寸对工作走道面来说过于粗大,故在它上面用小孔眼的网材覆盖以提供良好的走道面,并可防止小工具的掉落。
猫道抗风缆的布置
设置抗风缆的目的是提高猫道的抗风稳定性,同时还可调整猫道的曲线形状。猫道的抗风体系除抗风缆外,还包括连接猫道索与抗风索之间的垂直吊杆或斜吊杆。
设计参数
猫道承重索应选择高强高弹模材料
在猫道承重索类型选择方面,国内已建悬索桥猫道承重索多采用多股钢丝绳,此类钢丝绳弹性模量(1.1至1.2×105兆帕)相对较小,在荷载作用下猫道竖向变形位移较大,且跨径越大这种现象越明显。2000米级悬索桥猫道若采用此种钢丝绳,在主缆牵引阶段,猫道跨中竖向位移可达2米以上,将影响正常施工。而国外大跨径悬索桥在猫道承重索的选择上更多样,如丹麦大贝尔特东桥和韩国光阳大桥(Gwangyang)猫道承重索采用钢绞线、明石海峡大桥猫道承重索采用强度为2000兆帕的镀锌钢丝、在建的恰纳卡莱1915大桥也采用了特殊的绳索,但性能未知。因此,未来在我国2000米级悬索桥建设中,猫道承重索除常规材料外,还应研究应用高强、高弹模材料。
猫道宽度宜大于5米
在猫道宽度选择上,目前国内悬索桥多取4米左右,而舟山西堠门大桥由于设计基准风速达到了每秒41米,猫道宽度取为4.6米,明石海峡大桥猫道更是达到了5.5米的宽度。一方面,满足工人作业空间、牵引系统通过性,以及在横风作业下主缆与猫道的相对位移要求;另一方面,更宽的猫道宽跨比增加,更能提升悬索桥的抗风性能。2000米级悬索桥猫道对风荷载作用更敏感,主缆直径也更大,因此猫道宽度宜大于5米。
猫道面层与主缆中心距离宜大于1.7米
随着主缆直径的增大,主缆中心距猫道面层的高度不断增大。2000米级悬索桥主缆直径在1.2米左右,若按经验仍取猫道中心到猫道面层为1.5米,将使现有紧缆机和缠丝机设备通过性受限,影响紧缆和缠丝工效。为此,2000米级悬索桥猫道面层与主缆中心距应取更大值。这也将带来施工人员调索需要“踩凳子”的问题,对此,可通过加强跨中处猫道防护来降低测量风险。
关注人员施工的舒适性
现有研究表明,横向通道数量的增多并不能大幅度提升猫道抗风稳定性。通过调研已建悬索桥主跨横向通道间距发现,横向通道间距多在150米至180米之间,也侧向证明了横向通道间距在150米左右,猫道抗风稳定性可基本得到满足。对于2000米级悬索桥超长猫道,中跨施工人员需花费1.5小时至2小时才能走完,加上猫道在脉动风作用下的长期振动,人员很容易产生疲劳感和不适感,进而降低人员施工效率、增加安全风险。故2000米级悬索桥在猫道抗风性能满足的前提下,更应研究更合理的抑振措施,提高人员施工的舒适性。
施工步骤
猫道架设的主要施工流程为:安装索道的连接装置(包括调节装置)→安装导向索→架设承重索→铺设猫道面层→调整猫道标高。
安装连接装置(调节装置):猫道一端设置于塔身,另一端设置于桥面。猫道承重索的连接模梁通过精轧螺纹钢分别与塔、梁的预埋件联结。为使猫道适应施工过程中主缆线形的变化,保证人员和机械设备正常操作,可利用葫芦对承重索进行调节。考虑到施工便利等因素,其调节装置可设在桥面的连接装置上,调节器一端与桥面预埋的锚固支架相连,另一端与承重索相连。在调整猫道线形时,在桥面用手拉葫芦预紧后通过调整承重索的长度来实现。
导向索安装:先将承重索的导向索(+12.5mm)从桥面牵引至塔顶,并形成牵引循环素,利用循环索将猫道承重索牵引至塔顶。
架设承重素:在主塔附近设置放索盘,前端由夹索器夹持引向素塔,与塔顶的连接装置相连。利用已架好的循环索,牵引猫道的承重索,按上、下游对称的方法进行架设。
根据计算值架设一根索,调整垂度,并注意观测塔顶的偏移情况。待承重索全部架设完成后,根据计算值,利用两侧桥面端的调节装置对各承重索再进行调整,使每条猫道的承重索达到设计垂度。
注意事项
一、猫道的形状及各部的尺寸应适应于主缆工程的施工需要,一般按上下游分别设置,承重索线形与主缆线形基本一致,作用于塔顶两侧的水平力要平衡。猫道面层到被架设的主缆底面距离沿全长都是1.3~1.5m,考虑到紧缆索夹安装、缠丝等使用特殊机械的需要,猫道面宽度一般设为3~4m。
二、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,确保结构安全,承重索安全系数一般不小于3.0。
三、要有可靠的抗风设施,确保其稳定性。当不设抗风缆时,应根据跨径大小和施工风速,采取适当构造以提高猫道抗扭刚度。
四、架设过程要注意左右边跨、中跨的作业平衡,尽量减小对塔的变位影响,确保主缆的架设质量。
拆除猫道
猫道拆除的工作内容包括:猫道改吊绳、侧网、扶手索、猫道面网、猫道承重索、猫道工作平台、抗风索。
猫道拆除顺序:抗风索→ 栏杆及栏杆网→ 猫道面网→ 猫道承重索→ 扶手索→ 猫道工作平台。
参考资料
龙潭长江大桥“猫道”架设完成.江苏省交通运输厅.2024-06-10
让“天梯”灵活又听话 请看悬索桥猫道上的湖北创造.湖北日报.2024-06-10
壮观!海中最高猫道来了,那您知道啥是猫道吗?.微信公众平台.2024-06-11
【中交创联·交小哇】2000米级悬索桥的若干施工技术问题与建议.搜狐网.2024-06-10