悬索桥先悬索火箭抛送施工工法

1、PAGE PAGE 9大跨度悬索桥先导索火箭抛送施工工法1 前言新世纪以来，统筹区域均衡发展成为可持续发展的战略要求，中西部地区需大力进行交通、水利、电力、通讯、油气管道等基础设施建设。连通山区的各种干线不可避免跨越各种沟壑峡谷，而为其发挥重要作用的大跨径悬索桥将大范围修建。先导索架设作为悬索桥上部结构施工的最先工序，是首要攻破的技术难关。一般来说，大跨径悬索桥通常都修建在大江大海上，先导索可以用船或直升飞机进行先导索架设。在我国修建的小跨度山区悬索桥的先导索一般都采用人工拽拉（卷扬机配合）的方式进行施工；在险峻的山区，先导索架设却是最为棘手的难题。悬索桥先导索如何成功跨越深谷沟壑成为桥梁建设

2、首要克服的难题。依托湖北沪蓉西高速公路四渡河大跨度悬索桥工程，在千米宽、五百米深的深切峡谷复杂地形条件下，旨在研发一项安全、经济、便捷、高效的新技术，解决深山峡谷悬索桥先导索架设难题。这一项新技术通过把军用技术和建桥技术结合起来，达到在峰高谷深的山区、在宽阔复杂水域上而因航道繁忙不能封航的环境下成功架索目的。大跨度悬索桥火箭抛送先导索新技术在四渡河特大桥的成功开发，填补了国内桥梁施工原创性技术空白，开创了大跨度悬索桥先导索架设施工新技术；也可在跨江河及复杂山地环境下，电缆、光纤架索工程，悬崖峭壁地区探险和救援等民用领域中得到应用。它还可以用于城市反恐行动中高层建筑物之间的物资、人员快速投送，抗

3、洪抢险、应急救援时紧急物资等的输运，为快速机动保障提供手段。路桥华南工程有限公司是一家技术实力雄厚、施工经验丰富的施工企业。作为广东省高新企业的路桥华南，拥有许多座大桥建设成功经验，先后在全国各地承建过各种型式的大型桥梁工程，出色地完成了任务，获得了良好的资质和社会评价。近年先后建设了厦门海沧大桥、重庆万州区长江二桥、忠县长江大桥等多座大跨径悬索桥，以及杭州湾跨海大桥、东海大桥等。目前在建工程有沪蓉西四渡河特大悬索桥、杭州江东大桥、青岛海湾大桥六标、宁波清林湾大桥等几十个大项目。大跨度悬索桥先导索火箭抛送技术先后获得了广东省中山市科学技术进步一等奖、广东省科学技术奖二等奖以及中国公路学会科学技

4、术奖二等奖。编制的先导索过深切峡谷火箭抛绳技术的研发QC成果获2007年“国酒茅台”杯全国QC小组成果发表赛一等奖。2 工法特点大跨度悬索桥先导索火箭抛送技术，其动力源：火箭发动机为运载平台和飞行动力；工作绳：高强软质锦纶绳；发射角度和方向：通过发射架来进行调整；弹落点散点精度：高，但是受到风特性影响；射程：1200m以内；工作环境：以晴天和风速在4级以下的最佳，大雾和大风对发射的瞄准产生影响。系统轻巧、简便、可靠，具有“安全、经济、环保、高效”特点。安全：对构造物和人身不构成安全威胁。经济：系统施工总成本低。环保：无污染、不破坏生态环境。高效：系统从准备至发射完毕仅需2小时。而在目前国内外桥

5、梁界的悬索桥建设中，适用于山区悬索桥先导索施工来说，只有直升飞机牵引法、人工拽拉法、以及我公司研发的火箭抛索技术。人工拽拉方法：施工风险大，极易引发安全事故；山区植被茂密，在陡峭的山谷里需要沿着先导索架设后的水平投影线用人工砍出一条宽1.5m的通道，生态环境破坏很大；受季节影响比较大，必须避开雨雪天气及雾天；施工周期比较长，远远满足不了工期要求。直升机牵引法：山区桥位的紊流特性不仅由大气边界层运动决定，而且受到山峰绕流特征紊流的作用，对飞行安全影响极为不利；山区桥位对飞行的视野有一定的影响；山区桥址区域雾多湿重，对飞行的视野有一定的影响；两岸均要有一个大于500m2的场地供直升飞机降落，需修建

6、一次性的升降场地，对环境破坏大。火箭抛索技术：施工速度快；受到天气、地形地貌影响程度比较小；基本上对作业人身和结构物不构成安全威胁对环境破坏非常小。3适用范围本工法适用于大跨度悬索桥先导索架设施工，也可在跨江河及复杂山地环境下，电缆、光纤架设工程，悬崖峭壁地区探险和救援等民用领域中得到应用。它还可以用于城市反恐行动中高层建筑物之间的物资、人员快速投送，抗洪抢险、应急救援时紧急物资等的输运，为快速机动保障提供手段。4 工艺原理4.1 火箭抛绳系统组成全套器材由火箭发动机、工作索、发射架、钢丝绳、固定桩等部分组成。系统构成如图4-1所示。图4-1 抛送先导索火箭系统方案原理示意图火箭发动机是软绳抛

7、送系统的动力源。它由弹头、燃烧室、定向钮、喷管、连接件等组成。发动机结构如图4-2所示。工作索由不同直径的锦纶绳两端编制插花而成，有足够的抗拉强度。发射架赋予火箭发动机的射角及方向，它由导轨、射角测量角器、固定装置等组成，射角在范围2050范围内可调，导轨全长1150mm。发射架结构如图43所示。图4-2 火箭发动机结构示意图图4-3 发射架结构示意图4.2 火箭抛绳系统组成及主要技术指标:火箭抛绳系统由全套器材由火箭发动机、工作索、发射架、固定桩等部分组成。火箭抛绳系统采用模块化设计，射程在5001200m范围内可调，火箭弹横向偏差40m（法向风速超过4m/s以上时可适当修正射向）；工作索直

8、径14mm、抗拉强度2000kg、线密度105g/m、断裂伸长率45%；射角在2050范围内可调；使用温度：4050；系统操作使用简便、安全、可靠。4.3 火箭抛绳系统工作原理:首先根据射程选定发射架的射角、根据弹着点标志杆位置及风力和风向确定火箭发动机的射向，瞄准并固定发射架；然后将火箭发动机安装在发射架上，通过牵引钢丝绳将火箭发动机与工作索一端连接、工作索另一端与固定桩相连，此时发射准备就绪。用导电线连接发动机电点火头，用电点火击发装置点燃电点火头并使发动机内的发射药燃烧，火箭发动机在火药气体推力作用下迅速飞离发射架，进入主弹道飞行，与此同时钢丝绳将先导索拖起，发动机工作结束后，火箭发动机

9、带着先导索进入惯性飞行阶段，几秒钟后火箭弹体落入预定的目标区。5施工工艺5.1 现场准备工作、收集整理发射前一周现场的气象资料，尤其是两岸及峡谷地带的风向和风力大小在每天不同时段的变化规律。、平整发射场地：发射场地不小于310m2的平地，四周无灌木丛和杂草等易燃物。、在东岸，确定火箭的落点位置，落点的选择主要考虑如何控制弹头不被先导索拽下沟底；同时还要考虑到索塔不被弹头碰到，以免影响到结构的安全。、为了防止火箭弹落下后由于反弹而滚下悬崖，保证弹头不被所拽拉的绳子拽到沟底，火箭弹落点范围进行篱笆桩设计，以左右瞄准点为中心靠近悬崖一侧各铺设高度为1.5m的栅栏，每个篱笆能承受3吨的水平拉力。、准备

10、器材房一间，用于抛绳系统运送至现场后的临时存放。、将10钢丝绳从西岸塔顶6吨卷扬机放下，牵拉至火箭发射位置，卷扬机绳筒预留一定富余长度，在火箭发射场处与14软质绳进行连接，以满足先导索过沟的需要。、将16钢丝绳从东岸塔顶6吨卷扬机放下，下放到中跨侧塔底，预留一定的长度。图5-1 火箭发射布置图5.2 作业流程图5-2 工艺流程图两套抛绳系统采用先发射上风口、后发射下风口的顺序，主要作业流程如下：1)设置瞄准标杆：在东岸和西岸分别设置两枚火箭弹发射时的瞄准标杆，标出东岸弹着点范围标志，并测量发射点距离落弹点的距离；2)确定发射各参数：根据射程选定发射架的射角、根据弹着点位置及风力和风向确定火箭发

11、动机的射向；3)摆放发射架和工作索箱：沿着瞄准线方向，在瞄准标杆后方选择工作索摆放和发射架设置的位置，装箱的工作索通常整齐排放在发射架左前方23m处；4)连接工作索、组装火箭发动机：将木箱中的工作索相互可靠连接、检测并组装火箭发动机、设置发射架和固定桩；5)瞄准并固定发射架：选定射角和射向，然后固定发射架；6)安装火箭发动机：将火箭发动机安装在固定好的发射架上，通过牵引钢丝绳将火箭发动机与先导索连接、先导索另一端与固定桩相连；7)安全警戒：在东岸派出安全警戒，清除落弹区域100m范围内的所有人员；8)点火发射：用导电线连接发动机电点火头，用电点火击发装置点燃电点火头使发动机内的发射药燃烧，火箭

12、发动机在火药气体推力作用下迅速飞离发射架，进入主弹道飞行，与此同时钢丝绳将先导索拖起，发动机工作结束后火箭发动机带动先导索进行惯性飞行，几秒钟后火箭弹体落入预定的目标区；9)固定工作索：将落入东岸的工作索进行打桩固定，同时将西岸的先导索固定，以便牵引10mm的钢丝绳；10)按照以上作业程序发射第二发火箭弹；11)连接并牵引钢丝绳：牵引先导索的两发火箭弹安全发射至预定区域后，从东岸开始牵引先导索，通过先导索牵引10mm的钢丝绳；12)启动1索塔塔顶6吨卷扬机，收紧14先导索，把10钢丝绳牵拉到东岸，在东岸塔顶解除14先导索和10钢绳的连接，将10钢丝绳和16钢丝绳相连。同时启动两岸塔顶卷扬机，将

13、10钢丝绳回收至西岸塔顶处，把16钢丝绳牵拉至西岸塔顶，临时锚固16钢丝绳；把28副牵引索牵拉至西岸塔顶，再将16钢丝绳与28副牵引索相连；同时启动两牵引卷扬机，将16钢丝绳回拉至东岸塔顶处，临时锚固28副牵引索；将36主牵引索牵拉至东岸塔顶，在东岸塔顶，通过拽拉器将28副牵引索和36主牵引索连接，同时启动主副卷扬机，慢慢抬高形成牵引系统的雏形，经垂度、拉力测定调整，确保牵引系统符合设计线形，试运行，符合要求后即形成牵引系统。图5-3 火箭抛送先导索施工流程示意图6 材料与设备一套先导索火箭抛送系统所需机具设备见表61 表61序号名 称数 量1火箭发动机1个2发射架1个3绵纶工作索1200m4

14、高强连接钢绳6m5固定桩2个6起爆器1套7导电线50m8灭火器6个9对讲机4个10大锤1把11冲击电钻1部7 质量控制为了达到1200m的射程要求和横向偏差40m的目标，必须从以下几个方面进行控制：1）火箭牵引变质量软索远程抛送系统采用模块化设计，以改进了发动机喷管和推进剂装药结构火箭发动机为运载平台和飞行动力；2）先导绳直径14mm、抗拉强度2450kg、线密度105g/m、断裂伸长率45%，保证飞行过程中不被拉断。3）选择在4级风以下，避开有雾和雨天的环境条件下进行发射，效果最佳。4）在弹落区设置篱笆桩，防止弹头反弹回拉。8 安全措施1)以预计落弹点为中心100m半径范围内的人员全部撤离至

15、安全区域；2)两岸的警戒人员必须带安全帽，火箭发射时密切注视火箭弹的落点位置；3)发射场地内必须平整，不能有碎石，防止发动机点火时，碎石扬起伤人；4)发射架正后方50m范围内人员全部撤离；5)发射前对相关工作进行分工，并提前进行告示；6)所有人员全部撤离至安全区域（安全区域现场指定）后，点火人员方可将干线与起爆器连接。9环保措施 火箭发动机牵引变质量软索远程抛送新技术为路桥华南工程有限公司首创，为国内外上首例。该项新技术基本上不对环境产生破坏，非常环保。10 资源节约火箭发动机牵引变质量软索远程抛送新技术，军用技术和桥梁建设技术巧妙结合在一起，能耗非常低，不需耗费油料和电能等能源。11 效益分

16、析以湖北沪蓉西高速四渡河特大桥先导索架设为例：8.1 经济效益分析：(1).人工拽拉法直接费70万元：人工费：需要普工24人，历时3个月，2200元/月3月24人158400元；征地费用：2700m21.5元/ m2=4050元；树木补偿费：2700m25颗/ m225元/颗=337500元；不可预见费：200000元；间接费为4567万元：采用人工拽拉法必然会引起人员伤亡而导致工期拖延至少2个月，由此产生的间接费用为：拖延工期增加的固定费用：人工费110万，机械费130万，拖延工期损失赔偿金（按合同规定为合同价格的0.2/天，赔偿金限额为合同总价4.327亿的10 ）：4327万。综上所述人

17、工拽拉法所需的总费用为4637万元。(2).直升飞机牵引法直接费300万元：飞机飞行费用：3班次60万元/班180万元；500m2直升飞机降落场地修建费用：100万元；不可预见费：20万元；间接费为904.5万元：拖延工期（雾、风影响导致工期延长按10天考虑）增加的固定费用：人工费18万，机械费21万，拖延工期损失赔偿金（按合同规定为合同价格的0.2/天，按10天计算）：865.5万综合上述直升飞机牵引法所需总的费用1204.5万元。(3).火箭远程抛送软索技术试验研究费24万元；发射架2万元/个2个2元；施工火箭弹费用：5万元/枚2枚10万元；篱笆桩费用为5万元；其他管理费用:150000元

18、；火箭远程抛送软索技术所需总的费用为56万元。通过比较，本课题所采用的火箭远程抛送软索技术相对人工拽拉法共节支（4637-56）4581万元，相对于直升飞机牵引法共节支（1204.5-56）1148.5万元。8.2 社会效益：火箭远程抛送软索技术具有环保、安全、快速、高效的特点，在倡导环保、人文、和谐的今天，火箭远程抛送软索技术具有显著的社会效益：环保上：火箭远程抛送软索技术不对环境产生破坏。传统人工牵拉法至少需要砍伐出1.8km长、1.5m宽的通道，毁坏植被2700m2、砍树13500棵，对环境破坏非常大。直升飞机牵引法需要在两岸建设一个500m2的飞机起落平台，同样对环境破坏非常大。安全上

19、：火箭远程抛送软索技术根本不会对作业人员人身构成威胁。传统人工牵拉法因山高、坡陡、林密、谷深，极易对作业人员造成伤亡事故。（在离本桥轴线150米，地势较好、坡度较缓的平行位置，当地部门在进行高压电力架设中采用了人工拽拉的方法进行施工，造成两死三重伤的安全事故）直升飞机牵引法：在山高、坡陡、林密的山区，紊流风变化快，对飞机安全飞行影响非常大，极易造成机毁人亡安全事故。时间上：火箭远程抛送软索技术从从准备到发射完毕仅需2 个小时。传统人工牵拉法需要在悬崖、陡坡上砍树开路，至少需要花费3个月的时间。直升飞机牵引法，需要进行三个班次飞行，第一个班次进行高空环境探查、第二个班次进行等高空试飞，第三个班次进行正式飞行作业。火箭远程抛送软索技术在时间上具有显著的效益，这在抗洪抢险，反恐、应急救援过程中物资和轻装备输送和人员救助等方面体现更为明显。大跨度悬索桥火箭抛送先导索新技术在四渡河特大桥的成功开发，填补了国内桥梁施工原创性技术空白，开创了大跨度悬索桥先导索架设施工新技术；也可在跨