2014年04月29日 星期二

云上高速路

探访毕都高速科技示范项目

2014年04月29日 星期二 贵州都市报数字报 字号[ 放大+ 缩小- 默认 ]

“世界之最”的北盘江大桥效果图。(毕都项目办提供)

毕都高速路建设工地上,工人们正在施工。

在山区,这些构件要放到桥上不容易。

吸能式三角端防撞垫(资料图片)

    本报记者吴华摄影报道

    在乌蒙山区的毕节到都格之间,周平和柏立懂他们在进行的项目之中有一个世界之最。在这里,他们把对交通的想象一步步变为了现实,他们非常清楚这件事的意义所在。

    他们共同在做的这件事就是修建毕节至都格的高速公路(简称毕都高速),这条路是杭瑞高速的重要组成部分。这条穿过贵州高海拔地区的高速路,是国家交通运输部安全保障科技示范工程,将有众多高科技手段保障它今后的运营安全。

    “刷记录”的博士

    与其他人不同,周平在修建每一座桥梁的时候,都希望能在施工的工法或者构造上有所创新,创新的目的就是要为后人留下点修建桥梁的经验。

    周平和柏立懂分别是从日本和德国留学归来的博士,他们的职称都是工程技术应用研究员,不同的是,柏立懂是土木(岩土)工程师,而周平是桥梁建设工程师。

    现在,周平是贵州高速公路开发总公司杭瑞高速贵州境毕都项目办(下称毕都项目办)主任,让他格外兴奋的是,这个项目有三座大桥:总溪河大桥、抵母河大桥和北盘江特大桥。这些桥的修建难度比以往要大得多,这让周平觉得是一种挑战。他有一种桥梁情结,他喜欢在贵州乃至中国建好桥。

    毕都高速上的三座桥的跨度都不一样,但当地地质灾害频发、风大、雾、雨、凝冻等恶劣的自然气候环境,给三座桥梁的抗风、冻雨条件下的结构安全和运营带来了严峻考验。

    周平今年49岁,1985年7月,毕业于同济大学路桥系桥梁工程专业,毕业分配在贵州省交通科学研究所工作。那时,周平一直在想,贵州这个“逢山开路,遇水搭桥”的地方,最需要的就是建桥技术。但是当时贵州的基础设施建设较少,周平生出“无用武之地”之感。

    1991年11月,作为共青团中央在全国选拔的中日友好交流青年,他到日本广岛大学研究生院学习结构工程专业。1997年他拿到了博士学位后,就留在了东京日本成和设计咨询株式会社就职,从事桥梁、盾构设计工作,年薪60多万。

    在日本期间,周平学习并实践日本的高速公路桥梁建设技术。日本当时流行预力桥梁、连续钢构、现浇等多种桥梁施工技术。日本有很多海岛,因此也需要建设很多桥梁。他们对桥梁的研究较为深入,在80年代末期,日本就有把桥梁分成10米一段的张拉技术。

    周平那时最大的梦想就是回到贵州,用自己所学修建桥梁,改善贵州闭塞的交通状况。在2002年,贵州省交通运输厅相关领导去日本考察,建议周平回贵州发展。虽然回到贵州的待遇不到在日本的十分之一,但是他义无反顾地选择了家乡,他希望用所学桥梁建设技术改变贵州交通。

    回到贵州后没多久,他当上了贵州高速公路开发总公司的副总工程师。周平坦言,当时回来并不是为了待遇,而是太热爱自己学的专业。那时候,贵州的高速公路建设才刚起步,当时省内只有贵新高速,他希望在高速建设上能学有所用。

    2005年7月,他参与修建了当时同类桥型中全国第一的坝陵河悬索桥,这是至今周平最值得自豪的案例,一举刷新了我国在高山峡谷区修建大跨径桥梁的主跨千米记录(本报曾作报道)。

    与其他人不同,周平在修建每一座桥梁的时候,都希望能在施工的工法或者构造上有所创新,创新的目的就是要为后人留下点修建桥梁的经验。

    因此,在毕都高速上,根据不同的地形需要,三座大桥都是不同类型的桥梁,北盘江特大桥是钢桁梁斜拉桥、总溪河大桥是钢管混凝土拱桥、抵母河是钢桁梁悬索桥。每座桥都有自己的特点,每座桥都要有创新的施工工法。其中,北盘江特大桥是目前世界最大跨径的钢桁架梁斜拉桥,这回是刷新世界钢桁架梁斜拉桥的纪录。

    “智能”混凝土

    这种混凝土的“智能”之处,就是能够自己流动均匀地填密。

    某种程度上说,沟壑纵横的贵州,成了桥梁和隧道的福地。千姿百态的桥梁和长短不一的隧道在贵州大地上找到了自己的存在感。

    而现在周平他们在做的,就是让“桥梁和隧道的博物馆”在高速公路建设方面留下有贵州特色的经验。

    这种“经验”并不是毕都项目刻意去做出来的,而是来自国家交通运输部的要求和复杂地质地形条件的山区交通建设需要。

    2013年,国家交通运输部办公厅同意将乌蒙山区毕都高速公路安全保障作为科技示范工程,科技示范的主题是“安全保障、低碳环保”。交通部对毕都高速建设寄予了较高的期望,希望这个项目能在“复杂地质、地形和气候条件下的山区高速公路建设和运营安全技术水平上提升”并在全国形成示范。

    毕都高速地处乌蒙山区,线路从毕节朱昌过纳雍以角,至六盘水市城东侧穿,经俄脚到都格。这条路将与云南在建的杭瑞高速的普立至宣威段连接,将能够使得毕节和六盘水市的交通状况大为改观。

    但是,由于这条路是目前贵州海拔最高的高速公路,沿线地貌复杂,地质灾害频发,风大,雾、雨、凝冻等恶劣天气多,这给高速公路的建设和今后的营运都增加了许多难度。

    作为毕都项目办副总工程师,柏立懂知道,克服这些困难的一大法宝就是科技。其中,总溪河钢管混凝土大桥;北盘江大桥;抵母河大桥等多个地方将使用到“智能”混凝土。

    “智能”混凝土的学名叫“机制砂自密实混凝土”,是贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司研发的。这种混凝土的“智能”之处,就是能够自己流动均匀地填密。以前用混凝土铺路面,要用滚筒等工具振动混凝土,以便混凝土密实,但是如果是振漏了或者振过了,就会出现空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。

    该公司高级工程师魏小楠介绍,普通路面有这种情况问题不是很严重,但是如果桥墩支架有空洞那问题就严重了。现在有了“自密实混凝土”就不怕了。在模具里倒入这种“智能”混凝土,它就会自己去均匀地填实模具里的空间。

    “这样的好处是,保证了质量,让施工更方便。以前桥梁使用的混凝土是要使用河砂才能达到标号,但是现在使用山区机制砂也同样生产出高标准的混凝土。而且大大降低了作业人员的配置及作业时间,节约大量的人工费用,提高机械设备工效,有效地缩短施工工期,降低了施工成本。”魏小楠说。

    尤其是在钢构混凝土桥梁使用中,管状的钢构件里不可能振荡混凝土,因此如果在里面形成空洞,就将危及桥梁结构安全。使用“智能”混凝土,它会沿着管道自己均匀分布,保证桥梁质量。

    会报警的边坡

    原理就是当边坡有松动的时候,它就会提前大喊:“我要垮塌了!你们要小心啊!”

    在施工中,无论业主单位还是施工单位,最害怕的问题是山体滑坡或者边坡塌方等地质灾害。这些地质灾害小则毁坏工程,大则伤及人命。而毕都高速项目,沿线都是这种复杂的地质环境,许多地方崩塌、滑坡、泥石流频发。

    怎么办?工程师们决定让边坡自动报警。原理就是当边坡有松动的时候,它就会提前大喊:“我要垮塌了!你们要小心啊!”

    边坡不会说话,工程师们在下面埋了一个元件后,边坡就会说话了。

    工程师们采用了一些高科技项目,在毕都高速公路对边坡进行地质灾害监测预报。

    这个项目也是贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司实施的,魏小楠告诉记者,这种元件是一种经过科研证明了的多元件多状态系统的可靠性分析理论,结合区域地质灾害的特点和原理所制造的,系统能够预测地质灾害的计算模型。然后通过从面到线,从线到点的预测层次体系,能够实现长期、中期、短期多种滑坡预测。

    这个公路地质灾害自动监测系统,能实现边坡实时监测、数据自动采集、远程无线传输。

    当元件发现地下有异常,就会无线传输信号,系统根据信号能够得出元件所在地是否会发生地质灾害,如果可能发生地质灾害,系统就会报警。

    魏小楠透露,在一些地质条件复杂山区确实发生过这样的事情,高速路正在修建或者刚修好运营没几天,就出现山体滑坡,轻则阻断交通,重则毁路伤人。

    周平告诉记者,项目建立毕都高速公路崩、滑监测网络,虽然在建设初期投入较多,但在营运期间能够实现灾害预测预报及评价。一旦发现危险,可以提前封路排除隐患,从长远的角度,能保证大家的生命财产安全,确保高速路的营运安全,节约了营运成本。

    此外,毕都高速公路路堑边坡地质条件十分复杂,边坡锚杆锚索属于隐蔽工程,施工单位施工水平良莠不齐。一旦工程验收完毕,添加上附属设施,就很难看出锚杆锚索出现质量问题,这样会给整条高速路的营运带来极大的安全隐患。

    如何确保边坡防护工程质量?毕都项目办副总工程师柏立懂介绍,主要是控制边坡质量安全是关键,通过应用“锚索(锚杆)施工质量无损检测与控制技术”这一技术可高效、准确检测锚杆锚索施工质量,在管理上更有效地控制施工质量,确保边坡安全。

    云计算为大桥“体检”

    大桥设计者采用云技术,研发并建立了一个集建、管、养于一体的桥梁管养综合信息化平台(云信息平台)。

    毕都高速公路北盘江大桥为主跨720米钢桁梁斜拉桥,全桥桥跨(主桥加上引桥的跨度)为1334米,是目前世界上在建的同类桥型中跨度最大的桥梁。这座桥由中交公路规划设计院设计,除了“世界之最”外,这座桥的亮点就是采用云计算技术实时为大桥“体检”,一旦发现大桥“生病”,立即报警。

    我国山地约占全国土地总面积的三分之二,山区特殊的地形条件,造成了贵州这样的地区公路交通基础设施落后于平原地区。现在贵州的交通基础设施落后的状况得到了很大改善,但改善的前提就是要在高山峡谷间建设大跨度桥梁。这些桥梁对于桥梁设计和建设者来说,是一种前所未有的机遇,也是前所未有的挑战。

    如何建好大桥,并且监控大桥的质量,不仅设计和建设者们对建设期负责,还要对今后营运期间的生命财产负责。

    针对毕格高速北盘江大桥的施工和建设特点,以及后期运营养护中存在的工程量大、涉及面广、管理信息繁冗的问题,该工程提出了“全过程动态信息化管理”的方案。

    大桥设计者采用云技术,研发并建立了一个集建、管、养于一体的桥梁管养综合信息化平台(云信息平台)。这个平台将施工过程中包括桥梁施工监控在内的各种建设数据与后期运营过程中的结构健康监测数据建立起有机联系,形成整座桥梁的全寿命数据链。

    为这座大桥“体检”的有三朵“云”:桥梁基础信息云、桥梁监测养护信息云、桥梁分析决策云。

    通过安装在桥上的传感器,把桥梁的索塔、桥面等数据传送到桥梁基础信息云和桥梁监测养护信息云,然后分析决策云对前面这两朵云上的数据进行分析,将数据发送到指定人的手机和平板电脑上。

    在大桥的每个关键构件上,都使用了激光标刻或者二维码技术,在“云”中能够准确追溯到生产的质量、计量等指标,管理部门也可以通过追溯系统对其进行监管,一旦发生重大灾害和安全事件,能够快速、高效地追踪溯源,及时处置。

    在“云”里,还为每个关键构件预设病害类型,通过自动发送数据或者人工扫描附着在构件上的二维码信息,选择相应的病害信息就可以实时传输至云端。实现关键构件信息运营状态全过程信息追踪。

    工程师们解释,比如桥上的某根铁索营运一段时间后,出现了质量问题,杆件就会自动发送数据到云端,甚至一些关键部位的一些零部件松动,也会被及时发现。

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