金沙江大橋主橋面徑流系統(tǒng)改造與實踐研究

董金梁　元軍偉　劉浪

摘 要：為切實做好跨江大橋養(yǎng)護，提高應急處置能力，提升管理水平，江蘇南京棲霞山長江大橋主橋面排水蓋板自動控制系統(tǒng)項目在應用5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了探索升級。對G85銀昆高速（宜水段）金沙江大橋按預防危化品泄露入江的技術(shù)思路，采用低壓氣動的控制方式，開發(fā)智能化專用軟件和執(zhí)行裝置，實現(xiàn)金沙江大橋主橋面徑流系統(tǒng)的啟閉智能化管理。這不僅消除了危化品泄露入江的安全隱患，還為既有橋梁徑流系統(tǒng)改造提供了參考。

關(guān)鍵詞：金沙江大橋;徑流系統(tǒng);智能化;改造控制;隱患消除

中圖分類號：U443 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0093-03

Reconstruction and Practice Research of Runoff System on the Main

Bridge Surface of Jinsha River Bridge

DONG Jinliang YUAN Junwei LIU Lang

（1.Jiangsu Jiaotong College，Zhenjiang Jiangsu 212028;2.Sichuan Highway Planning， Survey， Design and Research Institute Co.， Ltd.， Chengdu Sichuan 610041）

Abstract： In order to do a good job in the maintenance of the river crossing bridge， improve the emergency response capacity and improve the management level， our team explored and upgraded the G85 Yinkun High Speed （Yishui section） Jinsha River Bridge according to the technical idea of preventing the leakage of dangerous chemicals into the river，on the basis of the intelligent reconstruction project of the main deck drainage cover plate of Nanjing Qixiashan Yangtze River Bridge （formerly called the Fourth Nanjing Yangtze River Bridge）. The low-pressure pneumatic control is adopted， and the intelligent special software and executive device are developed to realize the intelligent opening and closing management of the runoff system on the main bridge surface of Jinsha River Bridge.Not only eliminate the potential safety hazards of dangerous chemicals leaking into the river， but also provide reference for the reconstruction of the runoff system of the existing bridge.

Keywords： Jinsha river bridge;runoff system;intellectualization;modification control;hidden danger elimination

1 項目背景

金沙江位于長江上游[1]，是長江流域的重要組成部分，其生態(tài)保護、防治創(chuàng)新尤為重要。本文所述的金沙江大橋是《中華人民共和國長江保護法》的重點保護地之一。

G85銀昆高速（宜水段）金沙江大橋建成于1999年，2017年響應國家環(huán)保政策要求，增加地表徑流收集系統(tǒng)，其中排放系統(tǒng)主要包括橋梁的徑流縱向收集系統(tǒng)和豎向收集系統(tǒng)。全橋采用二排400 mm×400 mm的縱向鋼排水槽收集，并分別在0#臺、2#墩及14#墩處設(shè)置豎向下水口，將橋面徑流排放至應急調(diào)節(jié)池和隔油沉淀池中集中處理。

2020年5月2日18時10分，G85銀昆高速公路金沙江大橋橋面附屬污水涇流收集管道發(fā)生脫落，威脅G85銀昆高速金沙江特大橋橋梁結(jié)構(gòu)安全，當?shù)卣皶r組織排危及善后工作。

如果仍采用常規(guī)方案進行修復，可能會存在投資大、事故復發(fā)等不良后果。因此，金沙江大橋主橋面各流系流改造須進行技術(shù)革新，做到操作簡單快捷，并減少人工投入[2]。

2 主橋橋面徑流系統(tǒng)管養(yǎng)痛點

以江蘇南京棲霞山長江大橋[3]為例進行分析，金沙江大橋主橋面徑流系統(tǒng)的管養(yǎng)痛點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 主橋橋面窄，無檢修通道

南京棲霞山長江大橋為雙塔三跨鋼箱梁懸索橋，雙向6車道，設(shè)有應急車道和檢修車道。金沙江大橋跨江路段為連續(xù)剛構(gòu)，沒有檢修車道。

如果采用南京棲霞山長江大橋的排水蓋板自動控制方案，需重新設(shè)計排水槽、蓋板等，設(shè)計和施工過程復雜。此外，在增加蓋板后要做進一步設(shè)計改造，成本較高，且橋面窄，容易被碾壓、碰撞，存在較大的交通隱患。

2.2 橋址臨近飲用水水源地

金沙江大橋址距離一級水源保護區(qū)華咀取水點（經(jīng)度104.52°，緯度28.69°）不遠，根據(jù)政府規(guī)定，需做重點保護。同時，業(yè)主委托設(shè)計院結(jié)合政府相關(guān)要求開展G85渝昆高速（內(nèi)宜）金沙江大橋地表徑流收集系統(tǒng)恢復設(shè)計工作。

可見，金沙江大橋徑流系統(tǒng)關(guān)系附近居民飲用水安全，其修復工作刻不容緩。

2.3 原徑流系統(tǒng)存在不足

2.3.1 鋼質(zhì)排水槽質(zhì)量太大。原全橋鋼質(zhì)排水管自身質(zhì)量太大，如果流入雨水或危化品液體，質(zhì)量會加倍，進而導致懸掛支架難以支撐。由于橋面伸縮影響，全橋鋼制排水槽均無法固定安裝，而是懸浮于懸掛支架上，容易受大風、橋面振動等因素影響滑落。此外，鋼質(zhì)縱向排水管與橋體受溫度影響伸縮率不同，也是造成脫落的原因之一。

2.3.2 鋼質(zhì)排水槽不耐酸堿腐蝕。鋼質(zhì)材料若發(fā)生酸堿液體泄露，就會很快腐蝕穿透鋼質(zhì)水槽，液體直接流到路面、水面，對水體和人員造成傷害。此外，鋼制材料暴露在外，風吹日曬，焊接處銹蝕嚴重，自身剛性降低。

為了解決金沙江大橋原徑流收集系統(tǒng)養(yǎng)護管理的痛點，經(jīng)充分調(diào)研后，大橋管理單位聯(lián)系設(shè)計院和科研院校，探索實施金沙江大橋主橋面徑流系統(tǒng)改造。擬采用低壓氣動控制啟閉，開發(fā)專用軟件和執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)開閉動作的自動化控制，目標是消除危化品車輛泄漏后直排入江的安全隱患。

3 智能化改造方案

3.1 改造方案比選

系流改造工程調(diào)研主要對電動閥門控制和低壓氣動控制兩種方案展開討論，最終確定低壓氣動控制的方案，方案比選具體見表1。

3.2 低壓氣動控制方案

金沙江大橋采用壓縮空氣作為驅(qū)動氣源，研制氣動膨脹閥作為執(zhí)行元件，通過氣動膨脹閥的伸縮來控制泄水孔的啟閉。同時將橋面劃分為多區(qū)域，可進行遠程無線和現(xiàn)場手動分區(qū)域控制，從而保障主橋面的徑流系統(tǒng)安全可靠。此外，在泄水孔處加裝反光標志，可對反光角度進行斜向與周向調(diào)節(jié)[4]，對車輛給予警示，保障安全。

3.2.1 泄水孔的兩種工作狀態(tài)。①正常狀態(tài)。平時泄水孔處于打開狀態(tài)，不影響橋面正常排雨水的主功能，否則橋面因排水不暢易造成積水，反而會增加交通隱患。②緊急情況。一旦橋面發(fā)生危化品泄露等緊急情況，通過系統(tǒng)立即關(guān)閉泄水孔，可避免危化品直排入江污染水體。

3.2.2 分幅分區(qū)域控制。以路中間為界線，將橋面分為左右兩幅，采用分幅分區(qū)域控制。兩幅路面控制互不影響，可單獨進行數(shù)據(jù)交換與控制。

3.2.3 控制模式。①遠程無線控制。通過5G無線網(wǎng)絡，在監(jiān)控室或者川南公司管理處可遠程監(jiān)控泄水孔的啟閉，同時監(jiān)測各路氣壓。如果氣壓不足，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。②現(xiàn)場手動控制。現(xiàn)場設(shè)有應急按鈕盒，根據(jù)需要按相應按鈕控制泄水孔的啟閉。需要說明的是，現(xiàn)場控制具有最高優(yōu)先級[5]。

4 關(guān)鍵技術(shù)點與現(xiàn)場實施

4.1 關(guān)鍵技術(shù)點

4.1.1 重新設(shè)計運行方式。①設(shè)計控制方式。改變原有運行方式，常態(tài)打開，緊急情況關(guān)閉;實時監(jiān)測，數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理。②分段分區(qū)域控制。每個區(qū)域單獨控制，互不影響，便于分區(qū)域檢修和監(jiān)測。③開發(fā)專用控制系統(tǒng)。自主開發(fā)研制自動化控制系統(tǒng)，采用西門子可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、5G無線通信技術(shù)，設(shè)置遠程無線控制和現(xiàn)場手動控制方式。在優(yōu)先級方面，設(shè)置現(xiàn)場手動控制方式為最高級別，方便根據(jù)實際情況進行應急處理。

4.1.2 研發(fā)專利膨脹閥。在泄水孔內(nèi)部安裝內(nèi)置式專利膨脹閥。膨脹閥材料可耐高溫，具有較強的抗腐蝕、抗老化和低溫柔韌性。加裝內(nèi)置式膨脹閥后，泄水孔關(guān)閉時可實現(xiàn)良好的密閉效果，即便在寒冷的冬季也不會失效。

4.1.3 保證系統(tǒng)功能性。加裝雨量傳感器，對下雨情況進行測試，輔助控制，實現(xiàn)智能化監(jiān)測管理，保證系統(tǒng)功能穩(wěn)定。

4.1.4 創(chuàng)新管養(yǎng)方式。專門開發(fā)程監(jiān)測軟件，對管養(yǎng)方式進行重新定義。操作人員可在監(jiān)控大廳、移動終端實現(xiàn)遠程監(jiān)測與控制，在發(fā)生事故時亦不必奔赴現(xiàn)場。為了應急處理，在橋頭控制電柜設(shè)有手動操作裝置，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

4.2 實施效果

根據(jù)改造方案目標，對控制系統(tǒng)進行設(shè)計，經(jīng)現(xiàn)場施工后進行最終調(diào)試。經(jīng)測試，單區(qū)域氣壓在0.4～0.6 MPa時，膨脹閥能快速啟閉，實現(xiàn)對泄水孔的準確控制。系統(tǒng)整體運行效果良好，分區(qū)域控制正確、動作無誤、反應迅速。經(jīng)檢驗，所有參數(shù)均達到既定目標。現(xiàn)場應急演練及關(guān)閉效果，分別如圖1和圖2所示。在應急演練中，改造項目充分發(fā)揮了作用，得到集團領(lǐng)導和專家的一致認可。

5 結(jié)語

改造項目充分運用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對原運行控制方式重新進行定義與設(shè)計，專門開發(fā)智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程控制與數(shù)據(jù)庫全程實時監(jiān)測管理。為確保安全，在現(xiàn)場設(shè)置最高級別的手動控制。該項目的探索實踐與建成投用，解決了金沙江大橋原有徑流系統(tǒng)的諸多問題，有效防范了危化品事故車輛泄漏直排入江的風險，保護了金沙江水體和下游集中式飲用水水源地，提高了應急處置效率和能力。同時，該項目是國內(nèi)跨江大橋徑流系統(tǒng)管養(yǎng)技術(shù)與控制方式的又一創(chuàng)新實踐，可為同類跨江跨海大橋的科學管養(yǎng)提供參考。

參考文獻：

[1]全國人民代表大會常務委員會中華人民共和國長江保護法[J].中國水利，2021（3）：1-8.

[2]鄧保輝，曾玉昆，楊建波，等.一種橋梁橋面泄水孔排水自動化控制系統(tǒng)：ZL2020222086710[P].2021-07-23.

[3]南京棲霞山大橋創(chuàng)新排水蓋板自動控制系統(tǒng)[N].中國交通報，2020-08-10（8）.

[4]董金梁，朱國偉，戴建軍，等.一種應用橋梁橋面的泄水孔蓋板反光標志及其裝配結(jié)構(gòu)：ZL2020222086551[P].2021-07-16.

[5]李金橋，倪修勤，張鵬飛.降風險 提效率 智能排水系統(tǒng)在棲霞山大橋管養(yǎng)中的應用[EB/OL].（2021-01-07）[2021-08-19].https：//new.qq.com/rain/a/20210107A0B7PK00.

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