10月18日,正在建設的雙柳長江大橋南岸,一架無人機帶著一根鞋帶粗的“繩子”,從南塔頂緩緩升空,隨后跨越1430米江面抵達北塔,完成先導索架設施工。
此前,8月29日,就在下游約40公里處,另一座長江大橋燕磯長江大橋則是用拖船拽拉過江方式架設先導索。
據(jù)了解,針對懸索橋先導索架設,業(yè)內(nèi)主要有船舶拽拉、火箭拋送、無人機和飛艇牽引等方法,涵蓋了“海陸空”多種形式。那么,在不同情況下該選擇哪種方式“穿針線”呢?
輕功水上漂,“游”過去
在回答上述問題之前,我們先了解下什么是先導索。
先導索施工一般應用在懸索橋的建設上。懸索橋俗稱“吊橋”,它的主要受力部位有主塔、錨碇和主纜,分別好比晾衣桿、地釘和晾衣繩。先導索意如其名,就是主纜這根“粗繩”施工的第一步。即通過向主塔對岸投送一條重量和直徑相對較小的軟質(zhì)繩索,然后牽引更重的索,再將一根根鋼絲繩運過對岸,最終完成主纜架設。
在雙柳長江大橋施工現(xiàn)場,無人機牽引著先導索從南主塔頂飛往北主塔。
世界級工程深中通道伶仃洋大橋的先導索也是靠船舶拽拉來的。2022年2月15日13時,先導索先與大橋西主塔處下放的鋼繩相接,然后由船牽引著跨越寬1666米的水域,拖拽至東主塔中跨平臺處連接。
建設過程中的伶仃洋大橋
伶仃洋大橋位于珠江口開闊水域,季風、陣風天氣頻發(fā)。拖船方案技術成熟、可靠性高,能夠提供穩(wěn)定和可控的牽引力,適合在這種復雜的水域環(huán)境中作業(yè)。
在大江大河等寬闊水域,用拖船牽引先導索,有時候也是不得已的選擇。
據(jù)中鐵大橋局燕磯長江大橋總工程師李陸平介紹,因燕磯橋橋位距離鄂州花湖機場僅5公里,航空受管制,大橋的先導索牽引不能“走天路”,所以只能采用拖船方案。
燕磯長江大橋采用拖拉的方式牽引先導索過江
水上牽引先導索,要讓放繩速度與船速打好配合。繩索一旦入水并被障礙物纏繞,施工就可能面臨失敗。所以,過江的先導索通常采用迪尼瑪繩,這種繩強度高、質(zhì)量輕,可長時間漂浮于水面,不至于沉入水底纏住水草。
騰云駕霧,打“飛的”
除了走水路,還可以怎么走?飛過去!
比如飛艇牽引。這種方法在貴州壩陵河大橋、湖南矮寨大橋建設中得到應用。
甬舟高速公路西堠門大橋甚至出動了直升機。2006年8月1日,一架紅色的Z9直升機成功將西堠門大橋的先導索牽引過海,從南塔送達北塔。這是中國橋梁建設史上首次使用直升機架設先導索。
西堠門大橋
直升機將浙江舟山群島西堠門大橋的先導索牽引過海(來源:人民網(wǎng))
西堠門大橋是一座連接海島的懸索橋。直升機牽引先導索過海,不受水文、海底地形影響,也不必對相關海域封航。
近年來,隨著無人飛行器的發(fā)展和普及,不少橋梁開始用無人機牽引先導索,“打飛的”不再大動干戈。
我國最早使用無人機方案的是保騰高速龍江大橋。
保騰高速龍江大橋
龍江大橋位于云南保山龍陵縣與騰沖市交界處,主跨1196米,地處云南省西部、橫斷山脈南段,垂直跨越龍江V型河谷,橋面距谷底280米。
峽谷地勢險峻,植被茂盛,不適合人工攀爬,也沒有合適的航道走水路,受云南山區(qū)應用無人機架電力線的啟發(fā),先導索架設也采用了無人機。
2014年12月12日上午,無人機從保山岸主塔門架起飛,僅用3分多鐘就將直徑2毫米的先導索牽引至騰沖岸。
無人機牽引方式效率高、成本低、不受地形影響、對水域通航影響小,可謂優(yōu)點多多,但也不是沒有缺點。
雙柳長江大橋工程部長胡惠東解釋,無人機受外界天氣環(huán)境影響較大,如果碰到雨霧或大風天氣影響到飛行,就只能“罷工”。其次,無人機牽引先導索時,要控制好先導索的線型垂度,比如不能侵入航道的范圍。
此外,無人機牽引雖然效率高,但其實是把“作業(yè)”留到了后續(xù)的工作中:牽引索需要從小到大多次倒換,才能達到實際需要的先導索鋼絲繩。
以雙柳長江大橋為例,牽引的先導索是直徑2毫米、長1700米的迪尼瑪繩。接下來幾天,它還將通過卷揚機置換6次。從2毫米一點點置換到4毫米、8毫米、14毫米、20毫米、26毫米過渡索,直到換成36毫米鋼絲繩。
在雙柳長江大橋施工現(xiàn)場,工人在北主塔進行2毫米與4毫米先導索的置換。
刷火箭、毛驢馱,各顯神通
“5、4、3、2、1,發(fā)射!”2014年1月11日15時10分,一枚火箭彈在云南普立特大橋宣威岸騰空而起,快速向普立岸飛去,約10秒鐘后,成功落至預定位置。15時35分,第二枚火箭彈也發(fā)射成功……
云南普立特大橋主纜建設中
這不是在打仗和軍事訓練,而是上演架設先導索的另一種方式——火箭拋送,這也是云南省境內(nèi)懸索橋第一次應用該方法。
普立特大橋為跨度628米的鋼箱梁懸索橋,跨越普立溝,橋面離溝底約有340米,地勢陡峭,地形起伏大,峽谷中氣流變幻無常,船舶拽拉、空中牽引等方式都不現(xiàn)實。“刷火箭”成本較低、精確度高,且可以節(jié)省工期。
云南普立特大橋
據(jù)了解,在普立特大橋之前,滬蓉西高速公路四渡河大橋、張花高速公路澧水大橋也是“刷火箭”架設先導索。
中國建橋人還使用過更富有想象力的先導索架設方式。
在建設貴甕高速清水河大橋時,工程師們請毛驢馱著先導索跨越兩岸——這個方法看起來非常原始,但很有效。
建設中的清水河大橋
工程師們算了一筆賬:如果用無人機等空中途徑,它們承載能力不足,每次只能拉3、4毫米直徑的尼龍繩。之后還要在兩山之間不斷往返,交織出一條20毫米左右直徑的尼龍繩,再把這條尼龍繩換成高強度的鋼絲,要花費5天時間。
貴州多山,毛驢是爬山能手。“把先導索綁在毛驢身上,讓它直接馱到對面山去,只用半天時間就完成了。而且這種方法便宜,只花了6000塊錢。”中交二公局清水河大橋總工程師張明閃說。
建設中的清水河大橋
胡惠東和李陸平告訴記者,因火箭、飛艇方案相對來說不易控制、成本高等原因,目前業(yè)內(nèi)用得比較多的還是拖船拽拉和無人機牽引先導索。
如果在大江大河上,可以方便采用拖船拽拉方案;如果在山區(qū)峽谷,跨越的江河不好通航,或者航道不能到達主塔底下,無人機就是比較好的選擇。不過,具體該使用什么樣的先導索牽引方案并不絕對,要根據(jù)施工環(huán)境、地形、客觀條件等因素綜合考慮。