“宜昌样本”闪耀长江——湖北夷陵长江大桥成功换索的样本意义

　　“荷载试验顺利通过！”10月24日，看着屏幕上一串串数据，湖北宜昌城发集团桥梁工程技术总顾问周昌栋激动不已。

　　作为全国首座钢绞线单索面混凝土加劲梁三塔斜拉桥，安全运行23年后，它仅用10个月的时间完成236根斜拉索焕新，成为全国首座全桥更换钢绞线斜拉索桥梁。

　　从毫无经验可循到摸索出全流程行业标准，从传统操作处处受限到创新研发工艺、工装……10个月内，参与夷陵长江大桥换索项目的设计、监理、检测、施工、监控等单位攻坚克难、创新探索，成为了全国单索面混凝土加劲梁三塔斜拉桥全面换索首个成功案例。

　　十个全国首创的桥梁检测维护新技术、新工艺在这里开花结果。首座同类型桥梁钢索全替换的宜昌经验，将从这里辐射到全国。

　　抢抓契机 果断决策 23年后大桥全面换索

　　2023年5月的傍晚，夷陵长江大桥上车水马龙，北岸桥体下的和平广场，人们正在享受着初夏的江风。

　　一位年过七旬的老者，眉头紧锁的望着被霓虹灯映照的桥体。他就是宜昌市桥梁专家、宜昌城发集团桥梁工程技术总顾周昌栋。

　　半个月前，夷陵长江大桥管养单位大桥集团发现斜拉索存在轻微的异常抖动，管养人员肉眼检查发现大桥不同部位存在多种锈蚀和病害。

　　与桥梁打了大半辈子交道的周昌栋立刻意识到了问题的严重性。

　　1天后，关于夷陵长江大桥因病害急需“体检”的报告送到了城发集团，并于当天立即组织召开专题会议。经过集体研究讨论，决定按照专家意见马上进行检测、整修。

　　1998年动工、2001年通车的夷陵长江大桥，是宜昌主城区第一座连接南北岸的跨江大桥，更是全国首座单索面混凝土加劲梁三塔斜拉桥，日车流量近6万台次。

　　桥梁的安全与市民息息相关。一旦换索工程开始，就意味着工期内桥体交通暂停，势必影响市民出行。

　　未雨绸缪。2023年5月开始，周昌栋带领大桥集团技术团队走访全国不多的桥梁换索现场，一次次与大桥设计方多方会商、进行模型推演，确定了桥梁整体换索设计和更换方案。

　　2023年9月，经城发集团申报，宜昌市政府迅速完成了大桥换索前期审批工作。

　　“每天都接到质疑的电话。”换索项目公布后，不少市民因为将大桥寿命与斜拉索寿命混同而产生不解。质疑声扑面而来，宜昌城发大桥集团总工程师代明净记忆犹新。

　　“拉索相当于大桥的‘零部件’，使用寿命一般为20至25年；借引桥改建契机，换索将最大限度减少交通影响……”一次次科学而耐心解答，市民的“质疑”声消失不见。

　　“幸亏把握了大桥北岸引桥快速化改造契机，否则再行换索，可能会给市民再次带来不便。”11月12日，看着眼前焕然一新的夷陵长江大桥，代明净感慨地说到。

　　思维破冰 工艺创新 长江上闪耀“宜昌样本”

　　市民的质疑声消失了，大桥换索工程稳步推进。一个个难题却出现在了建设者面前。

　　夷陵长江大桥斜拉索采用平行钢绞线拉索体系，全桥共236根斜拉索，每根由27～47股平行钢绞线组成，斜拉索钢绞线共计8100多股，重1200多吨。任意一根斜拉索索力的变化，均会对主梁内力产生较大的扰动，甚至对桥梁的“身体”造成不可“医治”的损伤，安装过程可谓“牵一发而动全身”。

　　“三塔斜拉桥如同一座‘跷跷板’，相较常见的双塔桥，换索更容易导致结构变化。”确定方案时，尽管参与过全国多座桥梁勘测设计，大桥设计方、中铁大桥勘测设计院设计负责人何东升团队深感“如履薄冰”。

　　20多年混凝土收缩徐变和斜拉索应力松弛，导致主梁线形下挠明显，影响结构受力；三塔斜拉桥的中塔，缺少有效的纵向约束，导致偏载作用下结构变形偏大；钢绞线斜拉索施工工期长，工序复杂，且斜拉索更换、支座更换、裂缝修补、涂装、桥面铺装更换等还需同步施工，工序多，交叉相互影响大……工程的施工难点多、不容出错且没有经验可循。

　　“‘思想破冰，大胆创新，项目提速’，2023年底，揭榜挂帅领夷陵桥换索项目的军旗时，城发集团对这个项目的三点要求我记忆犹新。”大桥集团总工程师代明净认为，三点要求既是责任，更给予了项目最大的底气。

　　“没经验，就创造经验！”有了城发集团的全力支撑，周昌栋不再犹豫，决定放弃保守方案，探究一条全桥换索的新路。

　　2023年12月至2024年1月，周昌栋带领团队成员设计、施工、监理、监控单位齐上阵，决定先行对小部分钢索进行试换索。

　　寒冬腊月，江风凛冽，桥面温度一度到了零下10摄氏度，却丝毫挡不住项目组施工的热情。

　　7种方法、20根钢索、60天试验施工、近万条数据汇总分析，一遍又一遍的理论计算，最终让大家研究论证出了最优方案——中塔从长索到短索、边塔从短索到长索的“倒序交错”更换。该方案既避开长索区更换不利因素的叠加，又最大程度地减少对桥体结构的安全影响。

　　“大桥换索的同时，要将大桥主跨‘下挠’进行修复提升！”换索方案刚确定，周昌栋再次提出大胆的想法。“要修复‘下挠问题’，需要模拟计算出每根索张拉多大的索力，可是怎么计算，怎么设置参数是重点，我们当时都是一头雾水。”监控单位负责人朱骄健回忆道。

　　“当时我们每天会在周总的办公室讨论计算方法，通过周总的指引我们试用了多个物理学和数学的计算方式，不断的调整参数、不断的试验对比，我记得我们的参数调整了上百次，才实现计算的索力和桥梁‘下挠’实际回复量基本匹配。”设计单位负责人何东升感慨道。

　　为横跨长江的大桥“动手术”，容不得一丝偏差。斜拉索更换尚且需要“摸着石头过河”，更何况还要自加难度？大胆的想法虽让施工各方咋舌，却又让大家铆足了干劲、跃跃欲试。

　　为确保病害甄别准确，施工方在全国首次引入高耸结构无人机图像病害识别系统，由无人机搭载着高清摄像头和红外热像仪，对桥梁进行360度、无死角立体“扫描”。

　　为保证施工参数监控及时，监控方中铁大桥院技术团队首次在桥梁上安装了300多个监控点，24小时捕捉桥体各部位参数，并将观测到的数据汇集反馈到团队自主研发的“桥通”有限元软件进行推演，并提前计算出特定的索力调整量，指导换索工人们施工。

　　为克服大桥钢绞线斜拉索外露量极短导致放张困难，宜昌城发集团联合参建各方共同研发出了拥有自主知识产权的“整束放张工装”，实现快速高效换索施工，相比传统的单根放张拆除功效提高1.5倍；对于长索拆除，采用“拆套管+逐股切割”拆索方式，比传统的起重吊装拆索效率更高，同时避免了高空坠物施工风险；平行钢绞线斜拉索带力切割拆除技术和斜拉索零应力切割拆除装备，在施工中被首次使用，让斜拉索更换无需放张完即完成切割成为可能；创新超低净空支座更换技术将工期从5个月缩短至3个月……9项专利一一申报，已受理专利7项。

　　大桥原有1770兆帕镀锌钢绞线更换为1860兆帕单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线、普通将军帽替换为不锈钢加重防腐结构、固定端锚具增设的排水槽，一大批新材料、新工艺让夷陵长江大桥焕新重生。

　　工程有条不紊地推进，“硬骨头”被一一拿下。依托工程建设阵地，两大科研同步推进……

　　9月13日，三峡大学土木与建筑学院汪峰副教授刚刚拿到了《专利申请受理通知书》。

　　“这份由宜昌桥投公司申请的三塔混凝土斜拉桥换索工程技术研究与运用和在役多塔斜拉桥结构状态识别与评估成套技术研究有可能在全国桥梁建设维护中被广泛推广。”汪峰介绍，项目实施前，国内桥梁“体检”，大多是利用设备载人对桥体逐一拍照、定位。传统作业方式不仅时间长，且存在盲区。技术团队引入无人机及数字模拟分析弥补了传统方法的短板，让检测周期和成本压缩了三分之二，更将检测人员的安全风险降至零。

　　“工作室就像一步‘先手棋’，赶上大桥换索的契机，有了更多产研结合的实践机会。”2023年7月，在宜昌市委组织部、市委人才办、市委老干部局、宜昌城发集团大力支持下，在三峡大学成立了“周昌栋工作室”，一项项基于大桥的“探索”已提前布局。

　　“在长江主航道上，为数百米跨度的桥梁换索，不仅对宜昌，对全国来说，说它是一次开创性的尝试也不为过。”中铁大桥勘测设计院第二设计院院长邱峰介绍，中国桥梁大规模建设始于20世纪90年代初。斜拉索使用寿命一般为二十至二十五年，根据检测情况，将有越来越多的桥梁将开始更换拉索。他认为，宜昌的成功探索，一定会吸引众多国内同行前来交流学习，并将助推中国桥梁建设技艺的进步。

　　“最卷”业主超前“思索” 宜昌智慧将走向全国

　　2024年8月20日深夜10时，夷陵长江大桥南岸的大桥集团院内，周昌栋的办公室灯火通明。项目参与方代表，严肃地正分析着最后一张监控数据。

　　数分钟后，伴随着一阵雀跃，大桥的最后一根钢索宣告换索完成。此时，周昌栋疲惫的脸上，终于露出了一丝笑容。

　　“数据分析结果不管多晚发给周昌栋技术总顾问，他一定会在线等待确认。”项目监理方负责任人何晓明的手机里，至今保留着一份本次项目“监控领导小组监控指令单”。

　　何晓明记得，数据分析需要在当天施工完成后进行，时常要等到下午七八点，等到凌晨更是常事，但年过七旬的周昌栋不管等到多晚，都会及时反馈并确定方案，确保次日施工方“按图施工”。

　　正是有了周昌栋“定海神针”的作用，才让参建各方毫无负担，全身心投入项目进程。

　　“第一次见到这么‘卷’的甲方。不仅原材料要驻场检查，从源头保证质量；每个类别的索型还有监控指令指导施工，并且有甲方和监理全程旁站督导；各种类型的、各个层级的安全检查，各种方式的、各种形式的安全教育活动，全面的安全管理流程；还有不同职能部门的进度督查，让我不敢懈怠，也无法懈怠。”施工单位项目经理陈志敏说。

　　正是这种精细到极致的管理，“卷”出了项目按期完成，“卷”出了结构的安全稳定，“卷”出了大桥的优异品质。

　　“遇到最卷的‘甲方’，既担心又安心。担心的是每一个环节容不得一丝偏差。安心的是，甲方能给予充分的技术支持。因为专业能力，甲方更能看到全国同类桥梁换索工艺、工装的‘痛点’，启发我们一起创新。”施工单位技术负责人王永鹏介绍，正是甲方的专业能力，让他们在施工中有思路创新，也敢于创新，一大批新研发的工装，将在往后的同类项目中广泛使用。参与项目中的70名工人已成长为此类型钢索换索、调索的专业人员，将更好的服务同类型桥梁的换索工作。

　　“更换边塔17、18号索时，因为塔顶处有塔内电梯驱动设备，斜拉索张拉的工装无处安装，我们建议拆除电梯，但周总又大胆提出了新思路。”中铁大桥勘测设计院第二设计院设计负责人何东升对施工过程中，甲方敢于尝试勇于创新印象深刻。面对极端施工条件，周昌栋带领甲方技术团队研讨并提出新方案：将更换张拉端由主塔内调整到梁体内。

　　“拆塔内电梯，最后再恢复，极大可能无法恢复到原有功能，并且这拆装的时间也需要差不多1个月。”养护单位王勇介绍了周昌栋团队提出新方案的初衷。

　　“这是从来没有过的做法，当时我们没有信心。”何东升回忆道，按照更换张拉端的思路，甲方团队组织监控单位检测采集桥面相关技术数据，施工单位、设计单位、监控单位分别对数据进行理论计算，对比各单位的计算结果，均显示桥面的各项指标满足斜拉索张拉的荷载要求。“这件事，让我对甲方团队技术核心周总产生了无比的钦佩，也教会我作为一名技术工作者，应该敢想敢实践，不能因为没有借鉴就墨守成规。”

　　“随着换索顺利完成，悬着的心才算踏实下来。换索过程中遇到了很多困境，我们都大胆思索，不断创新、科研、改良，都迎刃而解，项目提高了质效。”作为建设单位负责人，代明净一想到此次的换索经验可以指导以后类似斜拉桥的斜拉索更换工程实施，自豪感便油然而生。

　　10月24日晚，伴随着最后一辆载荷试验重卡驶离桥面，周昌栋和参建人员发出了久违的、爽朗的笑声。

　　大桥上霓虹璀璨、桥两岸万家灯火，300个日夜的付出，让这座陪伴宜昌人民23年的大桥破茧重生。

　　“宜昌的创新氛围，让项目参与单位敢于尝试新技术、新方法、新思维、新设备。”周昌栋说，是宜昌的创新土壤培育了自己的“大胆”。他和桥梁打交道的50年间，每次基于专业的科学分析和实践经验基础上的创新，在宜昌都得到了支持。借助夷陵长江大桥换索项目，能再次在创新驱动下产生宜昌智慧结晶，更让他倍感振奋。