金沙江大橋主橋面徑流系統(tǒng)改造與實(shí)踐研究

董金梁　元軍偉　劉浪

摘 要：為切實(shí)做好跨江大橋養(yǎng)護(hù)，提高應(yīng)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(dòng)控制系統(tǒng)項(xiàng)目在應(yīng)用5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了探索升級(jí)。對(duì)G85銀昆高速（宜水段）金沙江大橋按預(yù)防危化品泄露入江的技術(shù)思路，采用低壓氣動(dòng)的控制方式，開發(fā)智能化專用軟件和執(zhí)行裝置，實(shí)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?；沸孤度虢陌踩[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(hào)：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xiàng)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(hù)、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(hù)法》的重點(diǎn)保護(hù)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(yīng)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(tái)、2#墩及14#墩處設(shè)置豎向下水口，將橋面徑流排放至應(yīng)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(shí)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(dāng)?shù)卣皶r(shí)組織排危及善后工作。

如果仍采用常規(guī)方案進(jìn)行修復(fù)，可能會(huì)存在投資大、事故復(fù)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(jìn)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(diǎn)

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

2.1 主橋橋面窄，無檢修通道

南京棲霞山長江大橋?yàn)殡p塔三跨鋼箱梁懸索橋，雙向6車道，設(shè)有應(yīng)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(dòng)控制方案，需重新設(shè)計(jì)排水槽、蓋板等，設(shè)計(jì)和施工過程復(fù)雜。此外，在增加蓋板后要做進(jìn)一步設(shè)計(jì)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(jí)水源保護(hù)區(qū)華咀取水點(diǎn)（經(jīng)度104.52°，緯度28.69°）不遠(yuǎn)，根據(jù)政府規(guī)定，需做重點(diǎn)保護(hù)。同時(shí)，業(yè)主委托設(shè)計(jì)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(fù)設(shè)計(jì)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(fù)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(huì)加倍，進(jìn)而導(dǎo)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(fēng)、橋面振動(dòng)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(huì)很快腐蝕穿透鋼質(zhì)水槽，液體直接流到路面、水面，對(duì)水體和人員造成傷害。此外，鋼制材料暴露在外，風(fēng)吹日曬，焊接處銹蝕嚴(yán)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(hù)管理的痛點(diǎn)，經(jīng)充分調(diào)研后，大橋管理單位聯(lián)系設(shè)計(jì)院和科研院校，探索實(shí)施金沙江大橋主橋面徑流系統(tǒng)改造。擬采用低壓氣動(dòng)控制啟閉，開發(fā)專用軟件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開閉動(dòng)作的自動(dòng)化控制，目標(biāo)是消除?；奋囕v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(duì)電動(dòng)閥門控制和低壓氣動(dòng)控制兩種方案展開討論，最終確定低壓氣動(dòng)控制的方案，方案比選具體見表1。

3.2 低壓氣動(dòng)控制方案

金沙江大橋采用壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)氣源，研制氣動(dòng)膨脹閥作為執(zhí)行元件，通過氣動(dòng)膨脹閥的伸縮來控制泄水孔的啟閉。同時(shí)將橋面劃分為多區(qū)域，可進(jìn)行遠(yuǎn)程無線和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(biāo)志，可對(duì)反光角度進(jìn)行斜向與周向調(diào)節(jié)[4]，對(duì)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(shí)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(huì)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?；分迸湃虢廴舅w。

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(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與控制。

3.2.3 控制模式。①遠(yuǎn)程無線控制。通過5G無線網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控室或者川南公司管理處可遠(yuǎn)程監(jiān)控泄水孔的啟閉，同時(shí)監(jiān)測(cè)各路氣壓。如果氣壓不足，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。②現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)有應(yīng)急按鈕盒，根據(jù)需要按相應(yīng)按鈕控制泄水孔的啟閉。需要說明的是，現(xiàn)場(chǎng)控制具有最高優(yōu)先級(jí)[5]。

4 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

4.1 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

4.1.1 重新設(shè)計(jì)運(yùn)行方式。①設(shè)計(jì)控制方式。改變?cè)羞\(yùn)行方式，常態(tài)打開，緊急情況關(guān)閉;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理。②分段分區(qū)域控制。每個(gè)區(qū)域單獨(dú)控制，互不影響，便于分區(qū)域檢修和監(jiān)測(cè)。③開發(fā)專用控制系統(tǒng)。自主開發(fā)研制自動(dòng)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(yuǎn)程無線控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制方式。在優(yōu)先級(jí)方面，設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制方式為最高級(jí)別，方便根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行應(yīng)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(qiáng)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(shí)可實(shí)現(xiàn)良好的密閉效果，即便在寒冷的冬季也不會(huì)失效。

4.1.3 保證系統(tǒng)功能性。加裝雨量傳感器，對(duì)下雨情況進(jìn)行測(cè)試，輔助控制，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)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(cè)軟件，對(duì)管養(yǎng)方式進(jìn)行重新定義。操作人員可在監(jiān)控大廳、移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，在發(fā)生事故時(shí)亦不必奔赴現(xiàn)場(chǎng)。為了應(yīng)急處理，在橋頭控制電柜設(shè)有手動(dòng)操作裝置，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

4.2 實(shí)施效果

根據(jù)改造方案目標(biāo)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工后進(jìn)行最終調(diào)試。經(jīng)測(cè)試，單區(qū)域氣壓在0.4～0.6 MPa時(shí)，膨脹閥能快速啟閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄水孔的準(zhǔn)確控制。系統(tǒng)整體運(yùn)行效果良好，分區(qū)域控制正確、動(dòng)作無誤、反應(yīng)迅速。經(jīng)檢驗(yàn)，所有參數(shù)均達(dá)到既定目標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急演練及關(guān)閉效果，分別如圖1和圖2所示。在應(yīng)急演練中，改造項(xiàng)目充分發(fā)揮了作用，得到集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)和專家的一致認(rèn)可。

5 結(jié)語

改造項(xiàng)目充分運(yùn)用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)原運(yùn)行控制方式重新進(jìn)行定義與設(shè)計(jì)，專門開發(fā)智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)庫全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理。為確保安全，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置最高級(jí)別的手動(dòng)控制。該項(xiàng)目的探索實(shí)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?；肥鹿受囕v泄漏直排入江的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)了金沙江水體和下游集中式飲用水水源地，提高了應(yīng)急處置效率和能力。同時(shí)，該項(xiàng)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(shí)踐，可為同類跨江跨海大橋的科學(xué)管養(yǎng)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)中華人民共和國長江保護(hù)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)[N].中國交通報(bào)，2020-08-10（8）.

[4]董金梁，朱國偉，戴建軍，等.一種應(yīng)用橋梁橋面的泄水孔蓋板反光標(biāo)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(fēng)險(xiǎn) 提效率 智能排水系統(tǒng)在棲霞山大橋管養(yǎng)中的應(yīng)用[EB/OL].（2021-01-07）[2021-08-19].https：//new.qq.com/rain/a/20210107A0B7PK00.

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