懸索橋先懸索火箭拋送施工工法

1、PAGE PAGE 9大跨度懸索橋先導索火箭拋送施工工法1 前言新世紀以來，統(tǒng)籌區(qū)域均衡發(fā)展成為可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，中西部地區(qū)需大力進行交通、水利、電力、通訊、油氣管道等基礎設施建設。連通山區(qū)的各種干線不可避免跨越各種溝壑峽谷，而為其發(fā)揮重要作用的大跨徑懸索橋將大范圍修建。先導索架設作為懸索橋上部結構施工的最先工序，是首要攻破的技術難關。一般來說，大跨徑懸索橋通常都修建在大江大海上，先導索可以用船或直升飛機進行先導索架設。在我國修建的小跨度山區(qū)懸索橋的先導索一般都采用人工拽拉（卷揚機配合）的方式進行施工；在險峻的山區(qū)，先導索架設卻是最為棘手的難題。懸索橋先導索如何成功跨越深谷溝壑成為橋梁建設

2、首要克服的難題。依托湖北滬蓉西高速公路四渡河大跨度懸索橋工程，在千米寬、五百米深的深切峽谷復雜地形條件下，旨在研發(fā)一項安全、經(jīng)濟、便捷、高效的新技術，解決深山峽谷懸索橋先導索架設難題。這一項新技術通過把軍用技術和建橋技術結合起來，達到在峰高谷深的山區(qū)、在寬闊復雜水域上而因航道繁忙不能封航的環(huán)境下成功架索目的。大跨度懸索橋火箭拋送先導索新技術在四渡河特大橋的成功開發(fā)，填補了國內橋梁施工原創(chuàng)性技術空白，開創(chuàng)了大跨度懸索橋先導索架設施工新技術；也可在跨江河及復雜山地環(huán)境下，電纜、光纖架索工程，懸崖峭壁地區(qū)探險和救援等民用領域中得到應用。它還可以用于城市反恐行動中高層建筑物之間的物資、人員快速投送，抗

3、洪搶險、應急救援時緊急物資等的輸運，為快速機動保障提供手段。路橋華南工程有限公司是一家技術實力雄厚、施工經(jīng)驗豐富的施工企業(yè)。作為廣東省高新企業(yè)的路橋華南，擁有許多座大橋建設成功經(jīng)驗，先后在全國各地承建過各種型式的大型橋梁工程，出色地完成了任務，獲得了良好的資質和社會評價。近年先后建設了廈門海滄大橋、重慶萬州區(qū)長江二橋、忠縣長江大橋等多座大跨徑懸索橋，以及杭州灣跨海大橋、東海大橋等。目前在建工程有滬蓉西四渡河特大懸索橋、杭州江東大橋、青島海灣大橋六標、寧波清林灣大橋等幾十個大項目。大跨度懸索橋先導索火箭拋送技術先后獲得了廣東省中山市科學技術進步一等獎、廣東省科學技術獎二等獎以及中國公路學會科學技

4、術獎二等獎。編制的先導索過深切峽谷火箭拋繩技術的研發(fā)QC成果獲2007年“國酒茅臺”杯全國QC小組成果發(fā)表賽一等獎。2 工法特點大跨度懸索橋先導索火箭拋送技術，其動力源：火箭發(fā)動機為運載平臺和飛行動力；工作繩：高強軟質錦綸繩；發(fā)射角度和方向：通過發(fā)射架來進行調整；彈落點散點精度：高，但是受到風特性影響；射程：1200m以內；工作環(huán)境：以晴天和風速在4級以下的最佳，大霧和大風對發(fā)射的瞄準產(chǎn)生影響。系統(tǒng)輕巧、簡便、可靠，具有“安全、經(jīng)濟、環(huán)保、高效”特點。安全：對構造物和人身不構成安全威脅。經(jīng)濟：系統(tǒng)施工總成本低。環(huán)保：無污染、不破壞生態(tài)環(huán)境。高效：系統(tǒng)從準備至發(fā)射完畢僅需2小時。而在目前國內外橋

5、梁界的懸索橋建設中，適用于山區(qū)懸索橋先導索施工來說，只有直升飛機牽引法、人工拽拉法、以及我公司研發(fā)的火箭拋索技術。人工拽拉方法：施工風險大，極易引發(fā)安全事故；山區(qū)植被茂密，在陡峭的山谷里需要沿著先導索架設后的水平投影線用人工砍出一條寬1.5m的通道，生態(tài)環(huán)境破壞很大；受季節(jié)影響比較大，必須避開雨雪天氣及霧天；施工周期比較長，遠遠滿足不了工期要求。直升機牽引法：山區(qū)橋位的紊流特性不僅由大氣邊界層運動決定，而且受到山峰繞流特征紊流的作用，對飛行安全影響極為不利；山區(qū)橋位對飛行的視野有一定的影響；山區(qū)橋址區(qū)域霧多濕重，對飛行的視野有一定的影響；兩岸均要有一個大于500m2的場地供直升飛機降落，需修建

6、一次性的升降場地，對環(huán)境破壞大?；鸺龗佀骷夹g：施工速度快；受到天氣、地形地貌影響程度比較??；基本上對作業(yè)人身和結構物不構成安全威脅對環(huán)境破壞非常小。3適用范圍本工法適用于大跨度懸索橋先導索架設施工，也可在跨江河及復雜山地環(huán)境下，電纜、光纖架設工程，懸崖峭壁地區(qū)探險和救援等民用領域中得到應用。它還可以用于城市反恐行動中高層建筑物之間的物資、人員快速投送，抗洪搶險、應急救援時緊急物資等的輸運，為快速機動保障提供手段。4 工藝原理4.1 火箭拋繩系統(tǒng)組成全套器材由火箭發(fā)動機、工作索、發(fā)射架、鋼絲繩、固定樁等部分組成。系統(tǒng)構成如圖4-1所示。圖4-1 拋送先導索火箭系統(tǒng)方案原理示意圖火箭發(fā)動機是軟繩拋

7、送系統(tǒng)的動力源。它由彈頭、燃燒室、定向鈕、噴管、連接件等組成。發(fā)動機結構如圖4-2所示。工作索由不同直徑的錦綸繩兩端編制插花而成，有足夠的抗拉強度。發(fā)射架賦予火箭發(fā)動機的射角及方向，它由導軌、射角測量角器、固定裝置等組成，射角在范圍2050范圍內可調，導軌全長1150mm。發(fā)射架結構如圖43所示。圖4-2 火箭發(fā)動機結構示意圖圖4-3 發(fā)射架結構示意圖4.2 火箭拋繩系統(tǒng)組成及主要技術指標:火箭拋繩系統(tǒng)由全套器材由火箭發(fā)動機、工作索、發(fā)射架、固定樁等部分組成?；鸺龗伬K系統(tǒng)采用模塊化設計，射程在5001200m范圍內可調，火箭彈橫向偏差40m（法向風速超過4m/s以上時可適當修正射向）；工作索直

8、徑14mm、抗拉強度2000kg、線密度105g/m、斷裂伸長率45%；射角在2050范圍內可調；使用溫度：4050；系統(tǒng)操作使用簡便、安全、可靠。4.3 火箭拋繩系統(tǒng)工作原理:首先根據(jù)射程選定發(fā)射架的射角、根據(jù)彈著點標志桿位置及風力和風向確定火箭發(fā)動機的射向，瞄準并固定發(fā)射架；然后將火箭發(fā)動機安裝在發(fā)射架上，通過牽引鋼絲繩將火箭發(fā)動機與工作索一端連接、工作索另一端與固定樁相連，此時發(fā)射準備就緒。用導電線連接發(fā)動機電點火頭，用電點火擊發(fā)裝置點燃電點火頭并使發(fā)動機內的發(fā)射藥燃燒，火箭發(fā)動機在火藥氣體推力作用下迅速飛離發(fā)射架，進入主彈道飛行，與此同時鋼絲繩將先導索拖起，發(fā)動機工作結束后，火箭發(fā)動機

9、帶著先導索進入慣性飛行階段，幾秒鐘后火箭彈體落入預定的目標區(qū)。5施工工藝5.1 現(xiàn)場準備工作、收集整理發(fā)射前一周現(xiàn)場的氣象資料，尤其是兩岸及峽谷地帶的風向和風力大小在每天不同時段的變化規(guī)律。、平整發(fā)射場地：發(fā)射場地不小于310m2的平地，四周無灌木叢和雜草等易燃物。、在東岸，確定火箭的落點位置，落點的選擇主要考慮如何控制彈頭不被先導索拽下溝底；同時還要考慮到索塔不被彈頭碰到，以免影響到結構的安全。、為了防止火箭彈落下后由于反彈而滾下懸崖，保證彈頭不被所拽拉的繩子拽到溝底，火箭彈落點范圍進行籬笆樁設計，以左右瞄準點為中心靠近懸崖一側各鋪設高度為1.5m的柵欄，每個籬笆能承受3噸的水平拉力。、準備

10、器材房一間，用于拋繩系統(tǒng)運送至現(xiàn)場后的臨時存放。、將10鋼絲繩從西岸塔頂6噸卷揚機放下，牽拉至火箭發(fā)射位置，卷揚機繩筒預留一定富余長度，在火箭發(fā)射場處與14軟質繩進行連接，以滿足先導索過溝的需要。、將16鋼絲繩從東岸塔頂6噸卷揚機放下，下放到中跨側塔底，預留一定的長度。圖5-1 火箭發(fā)射布置圖5.2 作業(yè)流程圖5-2 工藝流程圖兩套拋繩系統(tǒng)采用先發(fā)射上風口、后發(fā)射下風口的順序，主要作業(yè)流程如下：1)設置瞄準標桿：在東岸和西岸分別設置兩枚火箭彈發(fā)射時的瞄準標桿，標出東岸彈著點范圍標志，并測量發(fā)射點距離落彈點的距離；2)確定發(fā)射各參數(shù)：根據(jù)射程選定發(fā)射架的射角、根據(jù)彈著點位置及風力和風向確定火箭發(fā)

11、動機的射向；3)擺放發(fā)射架和工作索箱：沿著瞄準線方向，在瞄準標桿后方選擇工作索擺放和發(fā)射架設置的位置，裝箱的工作索通常整齊排放在發(fā)射架左前方23m處；4)連接工作索、組裝火箭發(fā)動機：將木箱中的工作索相互可靠連接、檢測并組裝火箭發(fā)動機、設置發(fā)射架和固定樁；5)瞄準并固定發(fā)射架：選定射角和射向，然后固定發(fā)射架；6)安裝火箭發(fā)動機：將火箭發(fā)動機安裝在固定好的發(fā)射架上，通過牽引鋼絲繩將火箭發(fā)動機與先導索連接、先導索另一端與固定樁相連；7)安全警戒：在東岸派出安全警戒，清除落彈區(qū)域100m范圍內的所有人員；8)點火發(fā)射：用導電線連接發(fā)動機電點火頭，用電點火擊發(fā)裝置點燃電點火頭使發(fā)動機內的發(fā)射藥燃燒，火箭

12、發(fā)動機在火藥氣體推力作用下迅速飛離發(fā)射架，進入主彈道飛行，與此同時鋼絲繩將先導索拖起，發(fā)動機工作結束后火箭發(fā)動機帶動先導索進行慣性飛行，幾秒鐘后火箭彈體落入預定的目標區(qū)；9)固定工作索：將落入東岸的工作索進行打樁固定，同時將西岸的先導索固定，以便牽引10mm的鋼絲繩；10)按照以上作業(yè)程序發(fā)射第二發(fā)火箭彈；11)連接并牽引鋼絲繩：牽引先導索的兩發(fā)火箭彈安全發(fā)射至預定區(qū)域后，從東岸開始牽引先導索，通過先導索牽引10mm的鋼絲繩；12)啟動1索塔塔頂6噸卷揚機，收緊14先導索，把10鋼絲繩牽拉到東岸，在東岸塔頂解除14先導索和10鋼繩的連接，將10鋼絲繩和16鋼絲繩相連。同時啟動兩岸塔頂卷揚機，將

13、10鋼絲繩回收至西岸塔頂處，把16鋼絲繩牽拉至西岸塔頂，臨時錨固16鋼絲繩；把28副牽引索牽拉至西岸塔頂，再將16鋼絲繩與28副牽引索相連；同時啟動兩牽引卷揚機，將16鋼絲繩回拉至東岸塔頂處，臨時錨固28副牽引索；將36主牽引索牽拉至東岸塔頂，在東岸塔頂，通過拽拉器將28副牽引索和36主牽引索連接，同時啟動主副卷揚機，慢慢抬高形成牽引系統(tǒng)的雛形，經(jīng)垂度、拉力測定調整，確保牽引系統(tǒng)符合設計線形，試運行，符合要求后即形成牽引系統(tǒng)。圖5-3 火箭拋送先導索施工流程示意圖6 材料與設備一套先導索火箭拋送系統(tǒng)所需機具設備見表61 表61序號名 稱數(shù) 量1火箭發(fā)動機1個2發(fā)射架1個3綿綸工作索1200m4

14、高強連接鋼繩6m5固定樁2個6起爆器1套7導電線50m8滅火器6個9對講機4個10大錘1把11沖擊電鉆1部7 質量控制為了達到1200m的射程要求和橫向偏差40m的目標，必須從以下幾個方面進行控制：1）火箭牽引變質量軟索遠程拋送系統(tǒng)采用模塊化設計，以改進了發(fā)動機噴管和推進劑裝藥結構火箭發(fā)動機為運載平臺和飛行動力；2）先導繩直徑14mm、抗拉強度2450kg、線密度105g/m、斷裂伸長率45%，保證飛行過程中不被拉斷。3）選擇在4級風以下，避開有霧和雨天的環(huán)境條件下進行發(fā)射，效果最佳。4）在彈落區(qū)設置籬笆樁，防止彈頭反彈回拉。8 安全措施1)以預計落彈點為中心100m半徑范圍內的人員全部撤離至

15、安全區(qū)域；2)兩岸的警戒人員必須帶安全帽，火箭發(fā)射時密切注視火箭彈的落點位置；3)發(fā)射場地內必須平整，不能有碎石，防止發(fā)動機點火時，碎石揚起傷人；4)發(fā)射架正后方50m范圍內人員全部撤離；5)發(fā)射前對相關工作進行分工，并提前進行告示；6)所有人員全部撤離至安全區(qū)域（安全區(qū)域現(xiàn)場指定）后，點火人員方可將干線與起爆器連接。9環(huán)保措施 火箭發(fā)動機牽引變質量軟索遠程拋送新技術為路橋華南工程有限公司首創(chuàng)，為國內外上首例。該項新技術基本上不對環(huán)境產(chǎn)生破壞，非常環(huán)保。10 資源節(jié)約火箭發(fā)動機牽引變質量軟索遠程拋送新技術，軍用技術和橋梁建設技術巧妙結合在一起，能耗非常低，不需耗費油料和電能等能源。11 效益分

16、析以湖北滬蓉西高速四渡河特大橋先導索架設為例：8.1 經(jīng)濟效益分析：(1).人工拽拉法直接費70萬元：人工費：需要普工24人，歷時3個月，2200元/月3月24人158400元；征地費用：2700m21.5元/ m2=4050元；樹木補償費：2700m25顆/ m225元/顆=337500元；不可預見費：200000元；間接費為4567萬元：采用人工拽拉法必然會引起人員傷亡而導致工期拖延至少2個月，由此產(chǎn)生的間接費用為：拖延工期增加的固定費用：人工費110萬，機械費130萬，拖延工期損失賠償金（按合同規(guī)定為合同價格的0.2/天，賠償金限額為合同總價4.327億的10 ）：4327萬。綜上所述人

17、工拽拉法所需的總費用為4637萬元。(2).直升飛機牽引法直接費300萬元：飛機飛行費用：3班次60萬元/班180萬元；500m2直升飛機降落場地修建費用：100萬元；不可預見費：20萬元；間接費為904.5萬元：拖延工期（霧、風影響導致工期延長按10天考慮）增加的固定費用：人工費18萬，機械費21萬，拖延工期損失賠償金（按合同規(guī)定為合同價格的0.2/天，按10天計算）：865.5萬綜合上述直升飛機牽引法所需總的費用1204.5萬元。(3).火箭遠程拋送軟索技術試驗研究費24萬元；發(fā)射架2萬元/個2個2元；施工火箭彈費用：5萬元/枚2枚10萬元；籬笆樁費用為5萬元；其他管理費用:150000元

18、；火箭遠程拋送軟索技術所需總的費用為56萬元。通過比較，本課題所采用的火箭遠程拋送軟索技術相對人工拽拉法共節(jié)支（4637-56）4581萬元，相對于直升飛機牽引法共節(jié)支（1204.5-56）1148.5萬元。8.2 社會效益：火箭遠程拋送軟索技術具有環(huán)保、安全、快速、高效的特點，在倡導環(huán)保、人文、和諧的今天，火箭遠程拋送軟索技術具有顯著的社會效益：環(huán)保上：火箭遠程拋送軟索技術不對環(huán)境產(chǎn)生破壞。傳統(tǒng)人工牽拉法至少需要砍伐出1.8km長、1.5m寬的通道，毀壞植被2700m2、砍樹13500棵，對環(huán)境破壞非常大。直升飛機牽引法需要在兩岸建設一個500m2的飛機起落平臺，同樣對環(huán)境破壞非常大。安全上

19、：火箭遠程拋送軟索技術根本不會對作業(yè)人員人身構成威脅。傳統(tǒng)人工牽拉法因山高、坡陡、林密、谷深，極易對作業(yè)人員造成傷亡事故。（在離本橋軸線150米，地勢較好、坡度較緩的平行位置，當?shù)夭块T在進行高壓電力架設中采用了人工拽拉的方法進行施工，造成兩死三重傷的安全事故）直升飛機牽引法：在山高、坡陡、林密的山區(qū)，紊流風變化快，對飛機安全飛行影響非常大，極易造成機毀人亡安全事故。時間上：火箭遠程拋送軟索技術從從準備到發(fā)射完畢僅需2 個小時。傳統(tǒng)人工牽拉法需要在懸崖、陡坡上砍樹開路，至少需要花費3個月的時間。直升飛機牽引法，需要進行三個班次飛行，第一個班次進行高空環(huán)境探查、第二個班次進行等高空試飛，第三個班次進行正式飛行作業(yè)。火箭遠程拋送軟索技術在時間上具有顯著的效益，這在抗洪搶險，反恐、應急救援過程中物資和輕裝備輸送和人員救助等方面體現(xiàn)更為明顯。大跨度懸索橋火箭拋送先導索新技術在四渡河特大橋的成功開發(fā)，填補了國內橋梁施工原創(chuàng)性技術空白，開創(chuàng)了大跨度懸索橋先導索架設施工新技術；也可在跨