科技攻關(guān)鑄就百年橋梁
——峰林大橋科技創(chuàng)新成果側(cè)記

文

峰林大橋?yàn)槲覈?guó)山區(qū)第一座大跨徑鋼混疊合梁懸索橋，全長(zhǎng)1163米、主跨550米，橋面至谷底距離364.2米，是興義環(huán)高的控制性工程。因其與豐都隧道、舊屋基隧道形成峰林大橋橋隧標(biāo)段，且橫跨國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)馬嶺河大峽谷，具有施工區(qū)域地勢(shì)陡峻、生態(tài)環(huán)境脆弱敏感、環(huán)境保護(hù)要求高、工程施工難度大等難點(diǎn)，也成為科技攻關(guān)的重點(diǎn)路段。在這樣的背景下，橫梁預(yù)制提升技術(shù)、主纜鋅鋁鎂防腐技術(shù)、分岔隧道連拱段獨(dú)立雙洞法、隧道綠色照明技術(shù)等科技創(chuàng)新成果應(yīng)運(yùn)而生。

橫梁預(yù)制提升技術(shù) 主塔與中橫梁實(shí)現(xiàn)并行作業(yè)

2020年9月28日，隨著107噸的鋼主梁穩(wěn)穩(wěn)落在預(yù)定位置，由貴州省公路工程集團(tuán)有限公司承建的峰林大橋順利合龍。“面對(duì)新冠肺炎疫情、長(zhǎng)江流域洪水暴發(fā)等多重不利因素影響，仍保證了大橋的如期合龍，這離不開(kāi)項(xiàng)目前期的科技攻關(guān)。”貴州省公路工程集團(tuán)有限公司興義環(huán)高項(xiàng)目公司總經(jīng)理戴德江表示，橫梁預(yù)制提升技術(shù)便是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

橫梁預(yù)制提升技術(shù)是以下橫梁作為預(yù)制平臺(tái)進(jìn)行中橫梁預(yù)制，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，再提升安裝。峰林大橋的3#、4#主塔分別各設(shè)有上、中、下3道橫系梁，其中，中橫梁采用了預(yù)制吊裝工藝。

橫梁預(yù)制裝配化技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

● 解決了橫梁預(yù)制裝配接縫構(gòu)造設(shè)計(jì)優(yōu)化與預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題，提出了預(yù)制裝配齒槽豎縫連接節(jié)點(diǎn)的局部損傷演化和力學(xué)性能退化模型，發(fā)展了玄武巖纖維摻合混凝土的具體工程應(yīng)用并完善了應(yīng)用指標(biāo)。

● 從整體上解決了索塔橫梁預(yù)制提升時(shí)的索塔結(jié)構(gòu)安全性控制、預(yù)制段結(jié)構(gòu)安全性控制、提升支架動(dòng)力穩(wěn)定控制、主動(dòng)橫向支撐桁架優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題等超大噸位混凝土橫梁高空整體提升施工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

● 解決了利用故障樹(shù)和層次分析法進(jìn)行主要施工風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的觸發(fā)因素及前饋控制及反饋處置協(xié)調(diào)管理策略技術(shù)，制訂并完善了橫梁整體提升施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)程序及其質(zhì)量檢查控制標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)管理控制標(biāo)準(zhǔn)流程，以及異常情況處理機(jī)制等關(guān)鍵管理流程，研發(fā)了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的基于多終端信息交互機(jī)制的索塔混凝土橫梁預(yù)制裝配化施工管理云平臺(tái)。

建設(shè)中的峰林大橋

主塔中橫梁抵達(dá)預(yù)定位置（4#塔）

“預(yù)制吊裝工藝共分為預(yù)制和提升兩大施工階段，搭建提升平臺(tái)的工序最為重要。”貴州省公路工程集團(tuán)有限公司興義環(huán)高項(xiàng)目公司總工劉政介紹道，當(dāng)塔柱澆筑超過(guò)中橫梁頂2個(gè)節(jié)段后，即可搭建提升平臺(tái)，平臺(tái)下側(cè)采用牛腿支撐。搭建過(guò)程中，牛腿與預(yù)埋件需先使用鋼板墊平連接處，再滿焊連接，此后，再在牛腿間以工字鋼連接。為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)提升，牛腿上方需放置一根提升橫梁，并在兩個(gè)塔柱提升平臺(tái)的提升橫梁上，各布置4個(gè)提升千斤頂，作為吊裝平臺(tái)。

整個(gè)吊裝過(guò)程中，牛腿將承擔(dān)下橫梁產(chǎn)生的1470噸重力，其施工安裝的品質(zhì)，成為吊裝成敗的關(guān)鍵，也是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員必須闖過(guò)的一道難關(guān)。經(jīng)過(guò)數(shù)十次的論證和實(shí)踐，2020年7月，4#主塔的中橫梁節(jié)段預(yù)制提升技術(shù)成功實(shí)施。

“這次吊裝一定能成功。”劉政篤定地說(shuō)，為避免提升不均衡，確保提升誤差控制在5厘米以內(nèi)，大橋建設(shè)者將提升過(guò)程細(xì)分為128個(gè)行程，主要利用放置在左右兩座主塔提升平臺(tái)上的8臺(tái)液壓連續(xù)千斤頂，將已在下橫梁上預(yù)制完成的中橫梁向上提升，平均每個(gè)行程提升27厘米，共計(jì)提升34.56米。隨著吊裝完成，歷時(shí)22天的4#主塔中橫梁預(yù)制提升工程宣告成功，這也成為貴州省公路工程集團(tuán)有限公司建設(shè)者積極探索山區(qū)橋梁建設(shè)的又一項(xiàng)創(chuàng)新成就。

與傳統(tǒng)橫梁現(xiàn)澆工藝相比，在作業(yè)平臺(tái)澆筑時(shí)，采用中橫梁預(yù)制提升技術(shù)使懸索橋橫梁預(yù)制吊裝和塔柱可同步施工，能有效縮短工期，這無(wú)疑加速了項(xiàng)目建設(shè)步伐、縮短了建設(shè)工期。同時(shí)，裝配式橫梁在吊裝過(guò)程中主要依靠機(jī)械作業(yè)，具有人力投入少，高空作業(yè)時(shí)間短的突出優(yōu)勢(shì)。

貴州省公路工程集團(tuán)有限公司的研究人員算了一筆賬，僅以峰林大橋?yàn)槔褂迷擁?xiàng)技術(shù)后，不僅取消了原設(shè)計(jì)的鋼管樁施工支架，而且節(jié)約成本10.8萬(wàn)元，縮短工期23天，施工人員高空作業(yè)量減少18%，對(duì)提升山區(qū)橋梁建造創(chuàng)新能力具有重要意義。

主纜鋅鋁鎂防腐技術(shù) 使主纜防腐性能提升1.5倍以上

作為懸索橋結(jié)構(gòu)體系中的核心受力構(gòu)件，纜索的性能關(guān)系到大橋的結(jié)構(gòu)壽命和運(yùn)營(yíng)期間的使用安全。建設(shè)者們深知，要想建造一座“百年橋梁”，增強(qiáng)主纜的耐腐蝕性至關(guān)重要。

為解決鋅鍍層因孔隙率較高，而導(dǎo)致的耐蝕性較低問(wèn)題，設(shè)計(jì)之初，峰林大橋建設(shè)者們就選用鋅鋁合金鍍層替代鋅鍍層。然而，在前期實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)雖然鋅鋁合金鍍層防腐性能有所提高，但在應(yīng)力下仍會(huì)出現(xiàn)微裂紋，耐應(yīng)力銹蝕和疲勞腐蝕仍不能滿足山區(qū)高潮濕易腐蝕環(huán)境的要求。面對(duì)新問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多番論證和實(shí)踐后，興義環(huán)高項(xiàng)目公司委托峰林大橋的主纜供應(yīng)商——浦江纜索科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了主纜鋅鋁鎂防腐技術(shù)，即將鋅鋁鎂鍍層應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼絲上，并應(yīng)用鋅鋁鎂鍍層鋼絲制作主纜索股。

主纜鋅鋁鎂防腐技術(shù)使主纜防腐性能提升1.5倍以上

正在合龍的峰林大橋

多次試驗(yàn)結(jié)果顯示，與常規(guī)鋅鋁合金鍍層鋼絲相比，該項(xiàng)技術(shù)的防腐性能提升了1.5倍以上，而且有效降低了大橋?qū)χ骼|除濕系統(tǒng)的要求。一般情況下，大橋通車(chē)后，常規(guī)鋅鋁合金鍍層鋼絲主纜的內(nèi)部空氣濕度需控制在40%以內(nèi)，導(dǎo)致主纜除濕系統(tǒng)使用率高，電能消耗大。采用鋅鋁鎂合金鍍層鋼絲后，主纜內(nèi)部空氣濕度控制要求降低，主纜除濕系統(tǒng)使用率降低，從而降低了運(yùn)營(yíng)期間電能消耗。

此外，鋅鋁鎂合金鍍層還具有獨(dú)特的“自愈”能力。“關(guān)鍵在鍍層！”科研人員表示，一旦鍍層破損，鎂被腐蝕后會(huì)形成富鎂的腐蝕產(chǎn)物，并遷移至鍍層破損部位，使鋅鋁鎂鍍層完成“自愈”，從而進(jìn)一步提高耐腐蝕能力。

依托該項(xiàng)技術(shù)，浦江纜索科研團(tuán)隊(duì)還革新了索股制作工藝和制錨工藝，增加了索股截面形狀的穩(wěn)定性，使鋼絲之間受力更均勻，進(jìn)一步提高了主纜索股的使用壽命。

分岔隧道連拱段獨(dú)立雙洞法 節(jié)約建設(shè)成本166萬(wàn)元

與峰林大橋相接的舊屋基隧道為一段小凈距隧道。該種結(jié)構(gòu)形式雖然彌補(bǔ)了雙連拱隧道不足，但仍需合理選取開(kāi)挖順序、控制爆破作業(yè)，確保隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的穩(wěn)定，減小兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形、爆破震動(dòng)等不利因素的施工難點(diǎn)。如何有效解決小凈距隧道施工中的難題，國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了一定的研究工作，但迄今為止仍未形成系統(tǒng)的技術(shù)體系。

“圍繞安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益等設(shè)計(jì)理念，我們開(kāi)展了一系列施工技術(shù)革新。”劉政表示，他們最終提出了高速公路分岔隧道連拱段獨(dú)立雙洞法修筑技術(shù)。該技術(shù)采用雙洞法施工，并應(yīng)用了洞身斷面內(nèi)小導(dǎo)洞先行、后斷面擴(kuò)挖法、不開(kāi)挖中導(dǎo)洞的新工藝，可有效節(jié)約工期和成本，也豐富了我國(guó)高速公路小凈距隧道設(shè)計(jì)施工水平，解決了分岔式超小凈距隧道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)難題。該技術(shù)已在舊屋基隧道實(shí)施。

與傳統(tǒng)連拱隧道施工方法和獨(dú)立雙洞法施工相比，該套技術(shù)已為舊屋基隧道節(jié)約建設(shè)成本166萬(wàn)元，節(jié)約工期46天。

智慧照明技術(shù) 有效解決常規(guī)照明系統(tǒng)的諸多痛點(diǎn)

貴州高原山地居多，素有“八山一水一分田”之說(shuō)，是全國(guó)唯一沒(méi)有平原支撐的省份。在這里，高橋隧比已成為高速公路建設(shè)的一大特點(diǎn)。興義環(huán)城高速公路也不例外，24座隧道群成為全線的主要組成部分，這對(duì)隧道的照明質(zhì)量提出了更高要求，如何減少隧道和外界的照度差異，消除“黑白洞”的安全行車(chē)隱患，成為重大考驗(yàn)。

“為解決上述問(wèn)題，我們提出了基于光感條件下的隧道智慧照明管控技術(shù)，該技術(shù)以稀土發(fā)光功能材料為核心技術(shù)，同步完成智能管控下的技術(shù)應(yīng)用探索。”劉政介紹道，隧道的建設(shè)者們以豐都隧道為試點(diǎn)，已在隧道左洞全線及隧道右洞進(jìn)出口區(qū)域采用了該技術(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)檢測(cè)表明，該系統(tǒng)能有效解決常規(guī)照明系統(tǒng)存在的諸多痛點(diǎn)問(wèn)題——大幅降低困擾已久的隧道“黑白洞”痛點(diǎn)效應(yīng)，消除駕駛危險(xiǎn)因素；消除隧道“眩光”現(xiàn)象；解決因事故發(fā)生，導(dǎo)致徹底斷電、煙霧條件下應(yīng)急照明正常使用，避免發(fā)生二次事故。

豐都隧道效果圖

智慧照明系統(tǒng)各部分的主要研究

高性能稀土發(fā)光光感照明部分：形成了全新隧道照明形態(tài)下亮度與照度之間的安全行駛對(duì)比；研究了減緩“黑白洞”危險(xiǎn)行車(chē)的數(shù)學(xué)模型與實(shí)際狀況下的安全行駛；測(cè)算了節(jié)能降耗與傳統(tǒng)隧道照明的差異，以及綜合能耗對(duì)比計(jì)算；研究了科學(xué)形態(tài)的提升及舒緩照明對(duì)隧道環(huán)境的影響。

地面導(dǎo)引系統(tǒng)部分：評(píng)估了光伏體系的高速公路地面導(dǎo)引燈光效果、不間斷稀土發(fā)光導(dǎo)引燈的應(yīng)用效果。

大橋合龍 央視等多媒體報(bào)道齊上線

中國(guó)山區(qū)第一座大跨徑鋼混疊合梁懸索橋——峰林大橋，因多項(xiàng)科技創(chuàng)新點(diǎn)，從開(kāi)工建設(shè)到大橋合龍，一直備受中央媒體及省部級(jí)媒體關(guān)注。其中，峰林大橋4#主塔1470噸中橫梁成功吊裝，被中國(guó)新聞網(wǎng)、新華社貴州頻道、人民網(wǎng)貴州頻道、中新社學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)號(hào)等主流媒體高度關(guān)注，刊發(fā)稿件上百篇。2020年9月28日，隨著峰林大橋正式合龍，媒體的關(guān)注強(qiáng)度和關(guān)注熱度更是迎來(lái)了高峰——人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、中國(guó)新聞網(wǎng)相繼以“峰林大橋正式合龍”為主題給予報(bào)道，9月30日，央視《朝聞天下》播放了時(shí)長(zhǎng)27秒的視頻報(bào)道。

央視《朝聞天下》報(bào)道截圖