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/科技创新篇/ 科技攻关铸就百年桥梁(图)

——峰林大桥科技创新成果侧记

作者:文 本刊记者 杨燕 来源:《中国公路》 时间:2021-02-03

峰林大桥为我国山区第一座大跨径钢混叠合梁悬索桥,全长1163米、主跨550米,桥面至谷底距离364.2米,是兴义环高的控制性工程。因其与丰都隧道、旧屋基隧道形成峰林大桥桥隧标段,且横跨国家级风景名胜区马岭河大峡谷,具有施工区域地势陡峻、生态环境脆弱敏感、环境保护要求高、工程施工难度大等难点,也成为科技攻关的重点路段。在这样的背景下,横梁预制提升技术、主缆锌铝镁防腐技术、分岔隧道连拱段独立双洞法、隧道绿色照明技术等科技创新成果应运而生。

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横梁预制提升技术

主塔与中横梁实现并行作业

2020年9月28日,随着107吨的钢主梁稳稳落在预定位置,由贵州省公路工程集团有限公司承建的峰林大桥顺利合龙。“面对新冠肺炎疫情、长江流域洪水暴发等多重不利因素影响,仍保证了大桥的如期合龙,这离不开项目前期的科技攻关。”贵州省公路工程集团有限公司兴义环高项目公司总经理戴德江表示,横梁预制提升技术便是其中的关键技术之一,也是国内首创。

横梁预制提升技术是以下横梁作为预制平台进行中横梁预制,待混凝土强度达到要求后,再提升安装。峰林大桥的3#、4#主塔分别各设有上、中、下3道横系梁,其中,中横梁采用了预制吊装工艺。

“预制吊装工艺共分为预制和提升两大施工阶段,搭建提升平台的工序最为重要。”贵州省公路工程集团有限公司兴义环高项目公司总工刘政介绍道,当塔柱浇筑超过中横梁顶2个节段后,即可搭建提升平台,平台下侧采用牛腿支撑。搭建过程中,牛腿与预埋件需先使用钢板垫平连接处,再满焊连接,此后,再在牛腿间以工字钢连接。为了实现平稳提升,牛腿上方需放置一根提升横梁,并在两个塔柱提升平台的提升横梁上,各布置4个提升千斤顶,作为吊装平台。

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建设中的峰林大桥

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主塔中横梁抵达预定位置(4#塔)

整个吊装过程中,牛腿将承担下横梁产生的1470吨重力,其施工安装的品质,成为吊装成败的关键,也是现场技术人员必须闯过的一道难关。经过数十次的论证和实践,2020年7月,4#主塔的中横梁节段预制提升技术成功实施。

“这次吊装一定能成功。”刘政笃定地说,为避免提升不均衡,确保提升误差控制在5厘米以内,大桥建设者将提升过程细分为128个行程,主要利用放置在左右两座主塔提升平台上的8台液压连续千斤顶,将已在下横梁上预制完成的中横梁向上提升,平均每个行程提升27厘米,共计提升34.56米。随着吊装完成,历时22天的4#主塔中横梁预制提升工程宣告成功,这也成为贵州省公路工程集团有限公司建设者积极探索山区桥梁建设的又一项创新成就。

与传统横梁现浇工艺相比,在作业平台浇筑时,采用中横梁预制提升技术使悬索桥横梁预制吊装和塔柱可同步施工,能有效缩短工期,这无疑加速了项目建设步伐、缩短了建设工期。同时,装配式横梁在吊装过程中主要依靠机械作业,具有人力投入少,高空作业时间短的突出优势。

贵州省公路工程集团有限公司的研究人员算了一笔账,仅以峰林大桥为例,使用该项技术后,不仅取消了原设计的钢管桩施工支架,而且节约成本10.8万元,缩短工期23天,施工人员高空作业量减少18%,对提升山区桥梁建造创新能力具有重要意义。

横梁预制装配化技术的主要创新点

● 解决了横梁预制装配接缝构造设计优化与预应力设计优化问题,提出了预制装配齿槽竖缝连接节点的局部损伤演化和力学性能退化模型,发展了玄武岩纤维掺合混凝土的具体工程应用并完善了应用指标。

● 从整体上解决了索塔横梁预制提升时的索塔结构安全性控制、预制段结构安全性控制、提升支架动力稳定控制、主动横向支撑桁架优化设计问题等超大吨位混凝土横梁高空整体提升施工关键技术问题。

● 解决了利用故障树和层次分析法进行主要施工风险问题的触发因素及前馈控制及反馈处置协调管理策略技术,制订并完善了横梁整体提升施工作业标准程序及其质量检查控制标准、作业管理控制标准流程,以及异常情况处理机制等关键管理流程,研发了国内先进水平的基于多终端信息交互机制的索塔混凝土横梁预制装配化施工管理云平台。

主缆锌铝镁防腐技术

使主缆防腐性能提升1.5倍以上

作为悬索桥结构体系中的核心受力构件,缆索的性能关系到大桥的结构寿命和运营期间的使用安全。建设者们深知,要想建造一座“百年桥梁”,增强主缆的耐腐蚀性至关重要。

为解决锌镀层因孔隙率较高,而导致的耐蚀性较低问题,设计之初,峰林大桥建设者们就选用锌铝合金镀层替代锌镀层。然而,在前期实验中,他们发现虽然锌铝合金镀层防腐性能有所提高,但在应力下仍会出现微裂纹,耐应力锈蚀和疲劳腐蚀仍不能满足山区高潮湿易腐蚀环境的要求。面对新问题,经过多番论证和实践后,兴义环高项目公司委托峰林大桥的主缆供应商——浦江缆索科研团队创新性地提出了主缆锌铝镁防腐技术,即将锌铝镁镀层应用于高强度钢丝上,并应用锌铝镁镀层钢丝制作主缆索股。

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正在合龙的峰林大桥

多次试验结果显示,与常规锌铝合金镀层钢丝相比,该项技术的防腐性能提升了1.5倍以上,而且有效降低了大桥对主缆除湿系统的要求。一般情况下,大桥通车后,常规锌铝合金镀层钢丝主缆的内部空气湿度需控制在40%以内,导致主缆除湿系统使用率高,电能消耗大。采用锌铝镁合金镀层钢丝后,主缆内部空气湿度控制要求降低,主缆除湿系统使用率降低,从而降低了运营期间电能消耗。

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主缆锌铝镁防腐技术使主缆防腐性能提升1.5倍以上

此外,锌铝镁合金镀层还具有独特的“自愈”能力。“关键在镀层!”科研人员表示,一旦镀层破损,镁被腐蚀后会形成富镁的腐蚀产物,并迁移至镀层破损部位,使锌铝镁镀层完成“自愈”,从而进一步提高耐腐蚀能力。

依托该项技术,浦江缆索科研团队还革新了索股制作工艺和制锚工艺,增加了索股截面形状的稳定性,使钢丝之间受力更均匀,进一步提高了 主缆索股的使用寿命。

分岔隧道连拱段独立双洞法

节约建设成本166万元

与峰林大桥相接的旧屋基隧道为一段小净距隧道。该种结构形式虽然弥补了双连拱隧道不足,但仍需合理选取开挖顺序、控制爆破作业,确保隧道开挖过程中围岩的稳定,减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素的施工难点。如何有效解决小净距隧道施工中的难题,国内已开展了一定的研究工作,但迄今为止仍未形成系统的技术体系。

“围绕安全、经济、环境与社会效益等设计理念,我们开展了一系列施工技术革新。”刘政表示,他们最终提出了高速公路分岔隧道连拱段独立双洞法修筑技术。该技术采用双洞法施工,并应用了洞身断面内小导洞先行、后断面扩挖法、不开挖中导洞的新工艺,可有效节约工期和成本,也丰富了我国高速公路小净距隧道设计施工水平,解决了分岔式超小净距隧道设计和施工技术难题。该技术已在旧屋基隧道实施。

与传统连拱隧道施工方法和独立双洞法施工相比,该套技术已为旧屋基隧道节约建设成本166万元,节约工期46天。

智慧照明技术

有效解决常规照明系统的诸多痛点

贵州高原山地居多,素有“八山一水一分田”之说,是全国唯一没有平原支撑的省份。在这里,高桥隧比已成为高速公路建设的一大特点。兴义环城高速公路也不例外,24座隧道群成为全线的主要组成部分,这对隧道的照明质量提出了更高要求,如何减少隧道和外界的照度差异,消除“黑白洞”的安全行车隐患,成为重大考验。

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“为解决上述问题,我们提出了基于光感条件下的隧道智慧照明管控技术,该技术以稀土发光功能材料为核心技术,同步完成智能管控下的技术应用探索。”刘政介绍道,隧道的建设者们以丰都隧道为试点,已在隧道左洞全线及隧道右洞进出口区域采用了该技术。

现场各项检测表明,该系统能有效解决常规照明系统存在的诸多痛点问题——大幅降低困扰已久的隧道“黑白洞”痛点效应,消除驾驶危险因素;消除隧道“眩光”现象;解决因事故发生,导致彻底断电、烟雾条件下应急照明正常使用,避免发生二次事故。

大桥合龙 央视等多媒体报道齐上线

中国山区第一座大跨径钢混叠合梁悬索桥——峰林大桥,因多项科技创新点,从开工建

设到大桥合龙,一直备受中央媒体及省部级媒体关注。其中,峰林大桥4#主塔1470吨中横梁成

功吊装,被中国新闻网、新华社贵州频道、人民网贵州频道、中新社学习强国号等主流媒体高

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度更是迎来了高峰——人民网、新华网、中国新闻网相继以“峰林大桥正式合龙”为主题给予报

道,9月30日,央视《朝闻天下》播放了时长27秒的视频报道。

【编辑:任燕 QQ:360638367;TEL:13146474233】
【审核:耿茁、孙婧】

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