赤水河大橋主纜纏包帶除濕工程技術復合防護體系

（1.鎮江藍舶科技股份有限公司，江蘇 鎮江 212008；2.四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610041；3.鎮江藍舶科技股份有限公司，江蘇 鎮江 212008）

1 國內主纜防護工程技術現狀

從防腐和密封的角度而言，目前懸索橋主纜防護技術通過不斷發展衍生了三個發展方向，一是密封用的涂裝材料和噴涂工藝的不斷改進；二是在主纜內部通入干燥空氣達到主動除濕和防腐的目的；三是在主纜最外層熱熔復合材料的纏包帶，從而增強主纜的密封性能，這樣就引出了主纜三種類型的防護體系：第一類是圓形鋼絲纏繞+外層涂料涂裝密封的復合體系；第二類是采用S 型鋼絲纏繞+外層密封涂裝+干燥空氣除濕的復合體系；第三類是采用圓形鋼絲纏繞+熱熔包裹纏包帶+干燥空氣除濕的復合體系。

“圓形鋼絲纏繞+熱熔纏包帶+空氣除濕”復合體系綜合和突出了三者的優勢，是被動和主動防護的有效集成，被動防護是指纏繞鋼絲約束和定型主纜鋼絲形成了第一層防護層，而纏包帶在此基礎上形成了密封、防腐的第二層防護層；主動防護是指利用一定壓力、一定溫度的干燥流動空氣主動地改善了主纜鋼絲間隙通道的環境，有效排除了主纜架設、纏繞和纏包施工過程中由于雨水、空氣潮氣等造成不可避免的纜內積水。該復合防護技術于2017年運用在云南龍江特大橋主纜防護工程上，從運行已近三年的效果來看，其技術先進性、造價成本、維護管理等指標得到了業內的肯定。

2 大橋主纜結構和環境特點

2.1 大橋主纜結構 赤水河大橋是習水至古藺段橫跨川黔兩省高速公路的重要控制性工程，大橋全長 2237.669 米，跨越赤水河，其中主跨1200m，采用懸索橋設計，赤水河至橋面高約 290 米。貴州岸為重力式錨碇，四川岸錨碇為隧道錨，主梁為桁架式梁。貴州岸引橋布置為2×30+4×（4×40）m 的T 型梁，四川岸引橋為3×33m 現澆連續箱梁，大橋索塔的塔柱總高243.5m。

2.2 大橋環境和氣候條件 赤水河大橋橋址地區屬于亞熱帶濕潤季風氣候區，年平均氣溫13.1℃，最冷1月份平均2.4℃，最熱7月份平均氣溫23.1℃，極端最高氣溫34.4℃，極端最低－8.4℃，年平均≥30℃的日數為14.3天，最低氣溫≤0℃的日數為33.4 天，平均無霜期254 天。年平均降雨量為1137.8 毫米，集中于下半年，年平均降雨量日數日降水量≥0.1 毫米210.3 天，日降水量≥5 毫米的日數55.3 天，暴雨量日降水量≥50 毫米2.1 天，大暴雨日日降水量≥100 毫米0.4 天，最大一日降水量曾達178.8 毫米。受大氣環流及地形等影響，西南大部分地區的氣候呈現多樣性，“一山分四季，十里不同天”。另外，氣候變化頻繁不穩定，災害性天氣種類較多，干旱、秋風、凌凍、冰雹等頻度大，山區霧多造成空氣濕度大，這些氣候條件給大橋主纜防護工藝，特別是除濕體系中的除濕效率提高和參數優化控制提出了更為苛刻的要求。

3 大橋主纜防護復合體系需要解決的問題

問題1：如何結合氣候特征優化除濕工藝及其參數

本文針對我國西南地區的特定氣候條件和環境因素，對主纜纏包帶和干燥空氣除濕復合防護體系的關鍵技術展開研究，結合大橋所處地區氣候多變、霧氣重、濕度大的特定條件，對纏包帶材質性能和施工工藝、除濕系統參數、除濕機前端保護平臺等關鍵工藝和設備選型提出了更高的要求。由此，需要統計和分析大橋地區每天、每月的溫度、濕度變化數據和規律，比對除濕系統中的進氣、排氣索夾中溫度傳感器、濕度傳感器的監測數據，為優化轉輪除濕機的控制參數提供依據，進一步提高除濕系統的除濕能力和提高整個體系運行的監控效率。

問題2：如何有效降低主纜防護體系的能耗

干燥空氣除濕體系具有主動性和有效性的顯著特點，是目前主纜防護體系的主流，但這類除濕系統方面存在著除濕機能耗大、熱量利用率低的問題，也是擺在業內工程技術人員面前的一個具有挑戰性的難題。破解這個難題需要系統性地分析各個因素，包括環境因素，需要從防護復合體系的整體性優化、各個參數（風量、風壓、濕度、溫度和時間等諸多控制參數）的優化和復雜環境條件的施工工藝等關鍵技術入手，從而合理選型轉輪除濕機、合理利用除濕機再生風的熱量、合理設計送氣管路（降低管路壓損）、合理設計進/出氣索夾密封和設定控制運行參數等具體環節，才能有效降低除濕系統各個環節的能耗，提高除濕系統的運行效率和運行的可靠性。

總之，本文結合大橋地區的氣候條件，通過改進除濕機的送風（處理風）系統結構，增加熱量回收結構，優化管路和加強密封來降低壓力損失，保證處理風和再生風流量的穩定性等諸多設計和工藝手段來提高主纜防護體系的密封能力和除濕能力。

4 大橋主纜纏包帶密封體系的技術要點

主纜纏包帶防護體系主要依賴纏包帶自身的物理性能和熱熔后的密封能力，纏包帶由三層結構組成的，其中上下兩層橡膠體為氯磺化聚乙烯聚合材料，中間層為纖維加強網，三者借助專用裝備和通過熱壓工藝已形成了一種高彈性、抗老化的復合材料。

有關纏包帶材料組成、物理性能測試和密封性能測試等已有多篇文獻做了介紹，本文重點介紹纏包帶施工工藝及其技術要點。

（1）主纜纏包帶施工環境和施工前準備 纏包帶施工環境要求：大氣環境較為干燥的天氣，濕度不超過90%，雨天不能施工，環境溫度低于+5℃必須采取升溫措施。

主纜表面必須干燥，不能有液態水和冰塊；主纜纏絲表面必須干凈清潔，不能有污垢和銹跡；纏絲表面如有尖銳凸起物要用角磨機打磨平滑，防止尖角鋒利物刺傷纏包帶。

（2）主纜纏包帶施工基本方法 纏包帶整體應從主纜的頂端往下進行纏包纏繞作業，索夾間應從下端往上施工。根據主纜直徑選用相應的纏包帶規格、纏帶機和加熱裝置，根據搭接寬度的要求調整好纏帶機的螺旋升角，面向索體上端從下往上順時針或逆時針進行纏繞操作。

（3）主纜索夾附近的施工 由于纏帶機不能緊靠索夾端面進行纏繞操作，需用專用起始纏包帶，手工纏繞主纜一圈后再開始手工纏包；起始帶長度大于主纜周長5～10cm，起始帶的一側插入索夾環縫2～3cm。手工纏包時，必須保持足夠的張力，由下而上開始偏角度纏繞4 圈后并且已達到52%以上的搭接率后，可以使用纏帶機進行纏繞操作。

（4）更換新纏包帶卷連接要求 一卷纏包帶纏繞完成后，要用正確方式拼接纏包帶（以順時針安裝為例）。主要操作要點是：保持上一卷纏包帶的張力，解下剩余纏包帶然后切斷；下一卷的起始段插入上一卷的結尾，深度大于50mm，并用管道膠布粘緊固定（加熱時務必要將粘緊連接管道膠布撕下），然后繼續進行纏繞操作；纏包帶保持原位，保持張緊度，同時攤開剩余的纏包帶卷；剪斷纏包帶，以便拼接處在與纜索頂部400mm 寬度范圍之內；用管道膠帶將未固定端固定到位，或者用熱氣槍和滾壓輥將未固定端熱焊在重疊尾端；開始纏繞新卷時，使搭接處朝下；如果用管道膠布將未固定端固定在一起，在新卷纏繞約3 圈后要拆下固定接合處的管道膠布。

（5）纏包帶加熱 纏包帶加熱溫度：120℃～130℃，纏包帶加熱壓力：0.2～0.3Mpa，纏包帶加熱時間：3min/周期，2 個加熱時間段作為一個周期。加熱操作步驟和要點是：將加熱毯包覆到主纜上，連接電源線和溫控線，收緊加熱毯上的收緊帶，在加熱毯充氣口上充氣，一般氣壓力控制在0.2～0.3MPa；充氣完成后開始加熱，等溫度顯示儀和時間到達設定值后關掉電源，必須做到溫度控制與時間控制的雙控；加熱完成后關掉電源并釋放氣囊氣壓，解開收緊帶，加熱毯旋轉90 °～180°，對同一主纜斷面的中間縫隙進行加熱；纏包帶加熱完畢后，需要不受干擾地冷卻，冷卻時間至少需要15min；對于小部分不能正確粘結的部位，使用加熱槍或加熱毯進行重新加熱。

5 大橋主纜除濕體系的技術要點

5.1 主纜除濕體系的基本情況

赤水河大橋主纜系統將大橋每側的主纜分為2 個除濕區域，每一個區域采用1 套除濕系統，維持每個區域主纜內部的干燥空氣的循環運行。主纜除濕系統在兩座主塔內各布置一套空氣制備站，除濕機選用LBCST-1100P 型，處理風量為1000m3/h，再生風量為530m3/h，除濕量7.2Kg/h，加熱功率6.75Kw。

干燥空氣通過送氣管道沿主纜送入設于大橋主纜上的12 處索夾的進氣口，送入主纜的干燥空氣滲透進入主纜鋼絲縫隙后帶走水分，再通過主纜索夾上的排氣口排出，完成主纜除濕空氣流動的整個過程。主纜除濕系統包括除去微顆粒的過濾器、除去空氣中水分的轉輪除濕機（包括加熱器、處理風風機、再生風風機）、羅茨鼓風機、冷卻器、干燥空氣分配箱、進氣索夾、排氣索夾、數據采集和系統監控等組成。外部空氣在過濾器除去顆粒，然后經除濕機進行除濕，干燥空氣（處理風）由羅茨鼓風機送到冷卻器，經冷卻器冷卻到60℃以下，經分氣箱送入每一個進氣索夾，氣流流量通過設于分氣箱處的調節閥調節至規定值，從進氣索夾送入主纜。每一個進氣索夾處都配有壓力傳感器，送入主纜內的干空氣壓強不超過3000Pa。進氣索夾處還設有安全保護閥，防止送入主纜的氣壓過高。

5.2 主纜除濕系統機械結構的改進

在上述除濕系統中存在以下幾點可利用熱能：除濕機處理風出風口高溫空氣熱能的利用、再生風出風口高溫空氣熱能的利用、除濕機組內部殘留熱能的利用，基于這樣的考慮，本文提出了一種充分利用除濕機工作時產生的熱量機械結構的改進，其基本原理簡述如下：

除濕系統安放在封閉的空間內工作，室內裝有溫度控制器來調節室內溫度，降低除濕系統在工作中所受外界溫度變化的影響，通過進風口和出風口與外界進行空氣交換，在進風口出裝有過濾網，保證室內空氣質量。空氣進入除濕機前需要經過除濕系統中的過濾器進行進一步過濾，從而提高處理風和再生風質量，不僅提高除濕機的使用壽命，而且提高除濕效率。并且修改了原先除濕系統設備通過管道連接，對主纜除濕設備進行了機械結構優化改變除濕機送風管路結構，對除濕機管路壓損的影響，優化的機械結構設計，盡量減少管路的壓力損失，以保證處理風和再生風流量的穩定。再生風進口的冷空氣能夠對除濕系統內部進行降溫，處理風出口多余熱能也能傳遞給再生風進行預加熱，使得主纜除濕系統，不會因為熱能的無法及時擴散，導致重復啟停，再生風吸收了除濕系統內部熱能和處理風多余的熱能，降低了再生加熱的功率。

綜上所述主纜除濕系統機械結構改進后可利用的熱能得到充足利用、穩定了主纜送氣風量、保護主纜除濕設備，集成式的布置使得設備布置更加統一美觀便于后期的維護保養。

6 結語

繼云南龍江特大橋的主纜防護工程之后，赤水河大橋也采用了“熱熔纏包帶+干燥空氣除濕”復合防護體系和施工工藝，工程實例說明：大跨進懸索橋主纜防護系統利用纏包帶體系能夠很好的對主纜進行防腐工作，并且纏包帶體系能夠很好的和主纜除濕系統相配合，結合大橋環境特點采用復合防護體系，今后會有更多的實橋應用案例。赤水河大橋對主纜采用熱熔纏包帶進行防護時，除了對纏包帶材料、性能進行嚴格把關之外，對纏包機操作的施工流程和工藝要點，以及纏包機無法操作區域的作業要點做出了進一步的規范，為國內推廣和制定熱熔纏包帶作業標準進行了實踐和探索。赤水河大橋對主纜采用除濕體系進行防護時，考慮了大橋所處區域環境的氣候特點優化了除濕系統的布局和工作參數，并對傳統除濕系統的機械結構進行了改進，充分回收了除濕系統自身工作產生的熱量并進行了合理的利用，大大提升了除濕系統的除濕能力。