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600多米高空建橋,有個決定成敗的"2毫米"

2024-07-19 11:29

來源:人民日報

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施工團隊在進行大體積混凝土澆築。
  貴州橋梁集團供圖

建設中的花江峽谷大橋。
  張傑攝

施工人員在安裝智慧纜索。
  張傑攝

核心閱讀

貴州省花江峽谷大橋主橋跨徑達1420米,橋面與北盤江的垂直距離達625米,建成後將成為主橋跨徑和高度世界第一的山區橋梁。

幾年來,項目團隊創新工藝,攻克了混凝土澆築、提高抗風安全性、優化索股架設等一道道難題,用智慧和汗水澆築起這座世界級高橋。

夏日炎炎,山風陣陣。登上204米高的花江峽谷大橋主塔,腳下的北盤江宛若一條碧綠絲帶,在貴州花江大峽谷間蜿蜒前行。由貴州橋梁集團承建的六安8標花江峽谷大橋,是貴州省六枝至安龍高速公路的關鍵控制性工程。目前,項目團隊已完成下部結構、索鞍施工,即將完成主纜架設,大橋建成後,將成為主橋跨徑和高度世界第一的山區橋梁。

智慧溫控,高空泵送,增強耐久性和安全性

山區建高橋,混凝土施工有多重要?花江峽谷大橋混凝土總用量達43.9萬立方米。“大體積混凝土澆築,因為水化熱産生內外溫差,很容易出現裂縫,影響整體結構的耐久性和安全性。”六安8標一工區負責人李平安説,長、寬、高三個數值中,最小尺寸超過1米,就算大體積混凝土,在花江峽谷大橋,這種情況比比皆是,而最大的大體積混凝土結構——安龍岸錨碇達到16.4萬立方米。同時,在澆築大體積混凝土過程中,內部會釋放熱量,導致與外部産生溫差,溫差控制也很重要,一般內外溫差不能超過25攝氏度。

難題如何破解?“我們成立攻關小組,自主研發智慧溫控系統。”李平安介紹,混凝土澆築前,提前埋設冷卻水管和智慧晶片,通過手機端或電腦端,可以實時監測澆築時的內外溫差,“我們還建有一冷一熱兩個水池,內部溫度過高,輸送冷水降溫,反之輸送熱水。還能根據溫度控制水流流速,把控調溫速度,如果降溫過快,容易造成開裂。”

“像錨碇和主塔體積巨大,需要分層澆築,要精準把控層與層之間的溫差,盡可能讓每層達到相近的溫度,慢工出細活,才能實現整體穩定。”溫控技術員吳仕鵬補充道。

解決了溫控問題,如何將混凝土泵送至204米高空?項目團隊一度束手無策。

“混凝土標號越高、稠度越大,管道泵送越困難。如果不能一次泵送,會影響混凝土品質和工效。”李平安跟技術團隊一起,研究選用管壁加厚的錳鋼材質,改良管道連接方式,優化混凝土配比,最終解決了超高混凝土泵送難題。“別説200米,現在可以實現一次泵送到300米高空!”李平安説。

海量運算,創新安裝,將風力影響降至最低

早上6點,六安8標工程科負責人歐陽松穿上工裝,戴好安全帽,乘坐電梯登上主塔,為架設主纜做準備。儘管身處高空,風聲呼嘯,他仍然步履穩健。“現在抗風做得好,能走得穩,心裏也踏實。”歐陽松説。

花江大峽谷,地處雲貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶,山高谷深,在這裡建高橋,首先要解決抗風難題。

“要抗風,首先得‘捕風’,要觀測風速、風向、風攻角等數據,開展風環境研究。”歐陽松表示,施工前期主要依靠人工觀測,後來項目團隊跟同濟大學合作,採用多普勒鐳射雷達測風,成本降低、精度提升,還能24小時自動採集傳輸。

自2022年起,項目團隊積累海量數據,並以等比縮放方式建模,開展風洞實驗,找到最優的抗風結構形式。

歐陽松説,為了減輕大橋受風力等因素造成的搖擺,他們決定在主橋兩側安裝可調節角度的鋼材質風翼板,“該不該安裝、安裝什麼形狀、怎麼安裝等等,都通過大數據計算清楚。”

有了海量的峽谷風數據,貓道的抗風安全性也明顯提高。大橋施工時,架設在用於承重的主纜之下,平行于主纜的線形臨時施工便道,便是貓道。在主纜施工完成之前,它實際上是一座大跨徑“鐵索橋”,關係到主纜架設精度和施工人員安全。

花江峽谷大橋有兩條4米寬的貓道,為增強抗風性能,項目團隊選擇鍍鋅鋼絲網作為其底板和護欄。“這種鋼絲網孔徑大,品質輕,強度高,透風性能好。”歐陽松説,兩條貓道間還增設了橫向通道,形成一個空間網狀結構,將風力影響降至最低。

考慮到山區峽谷風速變化快,有著很強的突發性,項目團隊還研發了山區峽谷超高索塔豎向移動工廠整體式爬模系統,集模架爬升、峽谷風環境監測、安全監控、防雷避險等整合控制于一體,能實現一人控制所有爬架同步提升,讓花江峽谷大橋實現工業化、高精化、智慧化建造。

優化索鞍,北斗定位,提高纜索架設精度

時針劃過淩晨2點,峽谷風力逐漸穩定,六安8標項目經理吳朝明和同事們開始上崗。他們要把握黃金時間,調整索股。

對於懸索橋而言,幾乎所有承重都依靠兩根主纜,它從主跨中部向兩岸伸展,像臂膀一樣將橋梁的荷載重量傳遞到峽谷兩岸的主塔和錨碇上。花江峽谷大橋的兩根主纜均由217根索股組成,一根索股43.4噸重,2378米長。在600多米高空逐一精準架設,難度可想而知。

團隊嘗試採用控制主纜轉向的新型索鞍設備。“索鞍相當於是專供懸索繞過兩座主塔頂端,用於承受主纜重量、固定主纜的‘基座’。相較於以前的鑄焊結構索鞍,新研發的鍛焊結構索鞍強度高、重量輕,易吊裝。”六安8標機料科科長唐健介紹,鑄焊容易出現氣孔和裂紋,但團隊聯合生産企業研發專業焊接機器人,鍛焊焊縫實現品質控制,“能更好地讓主纜‘騎’在索鞍上,完成轉向、支撐以及傳遞載荷等任務。”

吳朝明説,第一根索股的精確定位非常關鍵,其餘幾百根索股都要參考這根基準索股。如何確保基準索股的空間位置達到設計要求?“之前是用兩台全站儀分別從不同方向同時對基準索股進行測量、計算,在氣溫和風速相對穩定的夜間進行調整。”吳朝明説,花江峽谷大橋建設引入北斗系統,直接獲取三維絕對位置,還能24小時連續進行動態採樣,提高纜索架設的精度。

基準索股架設整整耗時一天,並對同一位置變化情況持續觀測一週,直至相對高差穩定在2毫米以內,才陸續架設其他索股。目前,主纜索股架設任務已經過半。

今年6月,在主纜架設過程中,花江峽谷大橋安裝了智慧纜索,讓主纜有了“神經系統”,能進行“健康監測”。

“共有3條智慧纜索,裝有光柵光纖傳感裝置。通過監測索股受力變化,實時掌握橋梁主體安全情況,及時預警風險隱患,還能為大橋後期維護保養提供較為精準的數據參考。”吳朝明説,智慧纜索還配套除濕系統,確保主纜內部濕度處在合理範圍,有效防止銹蝕,延長使用壽命。

從混凝土澆築看新技術,從抗風安全性看新工藝,從纜索架設看新設備……項目團隊正用智慧和汗水,攻克一道道難題,奮力托起這座世界級高橋。

■延伸閱讀

花江峽谷大橋有哪些新工藝

花江峽谷大橋全長2890米,2022年1月開工,預計2025年6月建成。考慮到山高谷深,地形險峻,風力、濕度、溫度等變化莫測,花江峽谷大橋創新運用多個新工藝,應對複雜環境條件。

採用輕量化鍛焊結構索鞍,減少用鋼量,降低吊裝難度,給出了大跨度懸索橋的建設新方案;採用全方位專業設備進行峽谷風觀測,並開展智慧數據分析,獲取山區橋位風場環境的基本規律,提前進行貓道、纜吊風穩定性專項設計;採用石粉配製混凝土,減少水泥用量,踐行綠色環保施工理念;採用物聯網傳感、數據採集和無線傳輸,結合北斗數字化平臺管控服務,探索大數據建橋新實踐……此外,花江峽谷大橋還規劃建設服務區,配套建設的橋梁博物館、200米垂直觀光電梯、高空觀光餐廳等橋旅融合項目已同步啟動,建成後將帶動周邊區域發展,助力鄉村全面振興。

【責任編輯:吳聞達】
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