10月18日,正在建设的双柳长江大桥南岸,一架无人机带着一根鞋带粗的“绳子”,从南塔顶缓缓升空,随后跨越1430米江面抵达北塔,完成先导索架设施工。
此前,8月29日,就在下游约40公里处,另一座长江大桥燕矶长江大桥则是用拖船拽拉过江方式架设先导索。
据了解,针对悬索桥先导索架设,业内主要有船舶拽拉、火箭抛送、无人机和飞艇牵引等方法,涵盖了“海陆空”多种形式。那么,在不同情况下该选择哪种方式“穿针线”呢?
轻功水上漂,“游”过去
在回答上述问题之前,我们先了解下什么是先导索。
先导索施工一般应用在悬索桥的建设上。悬索桥俗称“吊桥”,它的主要受力部位有主塔、锚碇和主缆,分别好比晾衣杆、地钉和晾衣绳。先导索意如其名,就是主缆这根“粗绳”施工的第一步。即通过向主塔对岸投送一条重量和直径相对较小的软质绳索,然后牵引更重的索,再将一根根钢丝绳运过对岸,最终完成主缆架设。
在双柳长江大桥施工现场,无人机牵引着先导索从南主塔顶飞往北主塔。
世界级工程深中通道伶仃洋大桥的先导索也是靠船舶拽拉来的。2022年2月15日13时,先导索先与大桥西主塔处下放的钢绳相接,然后由船牵引着跨越宽1666米的水域,拖拽至东主塔中跨平台处连接。
建设过程中的伶仃洋大桥
伶仃洋大桥位于珠江口开阔水域,季风、阵风天气频发。拖船方案技术成熟、可靠性高,能够提供稳定和可控的牵引力,适合在这种复杂的水域环境中作业。
在大江大河等宽阔水域,用拖船牵引先导索,有时候也是不得已的选择。
据中铁大桥局燕矶长江大桥总工程师李陆平介绍,因燕矶桥桥位距离鄂州花湖机场仅5公里,航空受管制,大桥的先导索牵引不能“走天路”,所以只能采用拖船方案。
燕矶长江大桥采用拖拉的方式牵引先导索过江
水上牵引先导索,要让放绳速度与船速打好配合。绳索一旦入水并被障碍物缠绕,施工就可能面临失败。所以,过江的先导索通常采用迪尼玛绳,这种绳强度高、质量轻,可长时间漂浮于水面,不至于沉入水底缠住水草。
腾云驾雾,打“飞的”
除了走水路,还可以怎么走?飞过去!
比如飞艇牵引。这种方法在贵州坝陵河大桥、湖南矮寨大桥建设中得到应用。
甬舟高速公路西堠门大桥甚至出动了直升机。2006年8月1日,一架红色的Z9直升机成功将西堠门大桥的先导索牵引过海,从南塔送达北塔。这是中国桥梁建设史上首次使用直升机架设先导索。
西堠门大桥
直升机将浙江舟山群岛西堠门大桥的先导索牵引过海(来源:人民网)
西堠门大桥是一座连接海岛的悬索桥。直升机牵引先导索过海,不受水文、海底地形影响,也不必对相关海域封航。
近年来,随着无人飞行器的发展和普及,不少桥梁开始用无人机牵引先导索,“打飞的”不再大动干戈。
我国最早使用无人机方案的是保腾高速龙江大桥。
保腾高速龙江大桥
龙江大桥位于云南保山龙陵县与腾冲市交界处,主跨1196米,地处云南省西部、横断山脉南段,垂直跨越龙江V型河谷,桥面距谷底280米。
峡谷地势险峻,植被茂盛,不适合人工攀爬,也没有合适的航道走水路,受云南山区应用无人机架电力线的启发,先导索架设也采用了无人机。
2014年12月12日上午,无人机从保山岸主塔门架起飞,仅用3分多钟就将直径2毫米的先导索牵引至腾冲岸。
无人机牵引方式效率高、成本低、不受地形影响、对水域通航影响小,可谓优点多多,但也不是没有缺点。
双柳长江大桥工程部长胡惠东解释,无人机受外界天气环境影响较大,如果碰到雨雾或大风天气影响到飞行,就只能“罢工”。其次,无人机牵引先导索时,要控制好先导索的线型垂度,比如不能侵入航道的范围。
此外,无人机牵引虽然效率高,但其实是把“作业”留到了后续的工作中:牵引索需要从小到大多次倒换,才能达到实际需要的先导索钢丝绳。
以双柳长江大桥为例,牵引的先导索是直径2毫米、长1700米的迪尼玛绳。接下来几天,它还将通过卷扬机置换6次。从2毫米一点点置换到4毫米、8毫米、14毫米、20毫米、26毫米过渡索,直到换成36毫米钢丝绳。
在双柳长江大桥施工现场,工人在北主塔进行2毫米与4毫米先导索的置换。
刷火箭、毛驴驮,各显神通
“5、4、3、2、1,发射!”2014年1月11日15时10分,一枚火箭弹在云南普立特大桥宣威岸腾空而起,快速向普立岸飞去,约10秒钟后,成功落至预定位置。15时35分,第二枚火箭弹也发射成功……
云南普立特大桥主缆建设中
这不是在打仗和军事训练,而是上演架设先导索的另一种方式——火箭抛送,这也是云南省境内悬索桥第一次应用该方法。
普立特大桥为跨度628米的钢箱梁悬索桥,跨越普立沟,桥面离沟底约有340米,地势陡峭,地形起伏大,峡谷中气流变幻无常,船舶拽拉、空中牵引等方式都不现实。“刷火箭”成本较低、精确度高,且可以节省工期。
云南普立特大桥
据了解,在普立特大桥之前,沪蓉西高速公路四渡河大桥、张花高速公路澧水大桥也是“刷火箭”架设先导索。
中国建桥人还使用过更富有想象力的先导索架设方式。
在建设贵瓮高速清水河大桥时,工程师们请毛驴驮着先导索跨越两岸——这个方法看起来非常原始,但很有效。
建设中的清水河大桥
工程师们算了一笔账:如果用无人机等空中途径,它们承载能力不足,每次只能拉3、4毫米直径的尼龙绳。之后还要在两山之间不断往返,交织出一条20毫米左右直径的尼龙绳,再把这条尼龙绳换成高强度的钢丝,要花费5天时间。
贵州多山,毛驴是爬山能手。“把先导索绑在毛驴身上,让它直接驮到对面山去,只用半天时间就完成了。而且这种方法便宜,只花了6000块钱。”中交二公局清水河大桥总工程师张明闪说。
建设中的清水河大桥
胡惠东和李陆平告诉记者,因火箭、飞艇方案相对来说不易控制、成本高等原因,目前业内用得比较多的还是拖船拽拉和无人机牵引先导索。
如果在大江大河上,可以方便采用拖船拽拉方案;如果在山区峡谷,跨越的江河不好通航,或者航道不能到达主塔底下,无人机就是比较好的选择。不过,具体该使用什么样的先导索牵引方案并不绝对,要根据施工环境、地形、客观条件等因素综合考虑。