赤水河大桥主缆缠包带除湿工程技术复合防护体系

2020-02-16 12:31:00
四川水泥 2020年10期
关键词:赤水河主缆大桥

(1.镇江蓝舶科技股份有限公司,江苏 镇江 212008;2.四川公路桥梁建设集团有限公司,四川 成都 610041;3.镇江蓝舶科技股份有限公司,江苏 镇江 212008)

1 国内主缆防护工程技术现状

从防腐和密封的角度而言,目前悬索桥主缆防护技术通过不断发展衍生了三个发展方向,一是密封用的涂装材料和喷涂工艺的不断改进;二是在主缆内部通入干燥空气达到主动除湿和防腐的目的;三是在主缆最外层热熔复合材料的缠包带,从而增强主缆的密封性能,这样就引出了主缆三种类型的防护体系:第一类是圆形钢丝缠绕+外层涂料涂装密封的复合体系;第二类是采用S 型钢丝缠绕+外层密封涂装+干燥空气除湿的复合体系;第三类是采用圆形钢丝缠绕+热熔包裹缠包带+干燥空气除湿的复合体系。

“圆形钢丝缠绕+热熔缠包带+空气除湿”复合体系综合和突出了三者的优势,是被动和主动防护的有效集成,被动防护是指缠绕钢丝约束和定型主缆钢丝形成了第一层防护层,而缠包带在此基础上形成了密封、防腐的第二层防护层;主动防护是指利用一定压力、一定温度的干燥流动空气主动地改善了主缆钢丝间隙通道的环境,有效排除了主缆架设、缠绕和缠包施工过程中由于雨水、空气潮气等造成不可避免的缆内积水。该复合防护技术于2017年运用在云南龙江特大桥主缆防护工程上,从运行已近三年的效果来看,其技术先进性、造价成本、维护管理等指标得到了业内的肯定。

2 大桥主缆结构和环境特点

2.1 大桥主缆结构 赤水河大桥是习水至古蔺段横跨川黔两省高速公路的重要控制性工程,大桥全长 2237.669 米,跨越赤水河,其中主跨1200m,采用悬索桥设计,赤水河至桥面高约 290 米。贵州岸为重力式锚碇,四川岸锚碇为隧道锚,主梁为桁架式梁。贵州岸引桥布置为2×30+4×(4×40)m 的T 型梁,四川岸引桥为3×33m 现浇连续箱梁,大桥索塔的塔柱总高243.5m。

2.2 大桥环境和气候条件 赤水河大桥桥址地区属于亚热带湿润季风气候区,年平均气温13.1℃,最冷1月份平均2.4℃,最热7月份平均气温23.1℃,极端最高气温34.4℃,极端最低-8.4℃,年平均≥30℃的日数为14.3天,最低气温≤0℃的日数为33.4 天,平均无霜期254 天。年平均降雨量为1137.8 毫米,集中于下半年,年平均降雨量日数日降水量≥0.1 毫米210.3 天,日降水量≥5 毫米的日数55.3 天,暴雨量日降水量≥50 毫米2.1 天,大暴雨日日降水量≥100 毫米0.4 天,最大一日降水量曾达178.8 毫米。受大气环流及地形等影响,西南大部分地区的气候呈现多样性,“一山分四季,十里不同天”。另外,气候变化频繁不稳定,灾害性天气种类较多,干旱、秋风、凌冻、冰雹等频度大,山区雾多造成空气湿度大,这些气候条件给大桥主缆防护工艺,特别是除湿体系中的除湿效率提高和参数优化控制提出了更为苛刻的要求。

3 大桥主缆防护复合体系需要解决的问题

问题1:如何结合气候特征优化除湿工艺及其参数

本文针对我国西南地区的特定气候条件和环境因素,对主缆缠包带和干燥空气除湿复合防护体系的关键技术展开研究,结合大桥所处地区气候多变、雾气重、湿度大的特定条件,对缠包带材质性能和施工工艺、除湿系统参数、除湿机前端保护平台等关键工艺和设备选型提出了更高的要求。由此,需要统计和分析大桥地区每天、每月的温度、湿度变化数据和规律,比对除湿系统中的进气、排气索夹中温度传感器、湿度传感器的监测数据,为优化转轮除湿机的控制参数提供依据,进一步提高除湿系统的除湿能力和提高整个体系运行的监控效率。

问题2:如何有效降低主缆防护体系的能耗

干燥空气除湿体系具有主动性和有效性的显著特点,是目前主缆防护体系的主流,但这类除湿系统方面存在着除湿机能耗大、热量利用率低的问题,也是摆在业内工程技术人员面前的一个具有挑战性的难题。破解这个难题需要系统性地分析各个因素,包括环境因素,需要从防护复合体系的整体性优化、各个参数(风量、风压、湿度、温度和时间等诸多控制参数)的优化和复杂环境条件的施工工艺等关键技术入手,从而合理选型转轮除湿机、合理利用除湿机再生风的热量、合理设计送气管路(降低管路压损)、合理设计进/出气索夹密封和设定控制运行参数等具体环节,才能有效降低除湿系统各个环节的能耗,提高除湿系统的运行效率和运行的可靠性。

总之,本文结合大桥地区的气候条件,通过改进除湿机的送风(处理风)系统结构,增加热量回收结构,优化管路和加强密封来降低压力损失,保证处理风和再生风流量的稳定性等诸多设计和工艺手段来提高主缆防护体系的密封能力和除湿能力。

4 大桥主缆缠包带密封体系的技术要点

主缆缠包带防护体系主要依赖缠包带自身的物理性能和热熔后的密封能力,缠包带由三层结构组成的,其中上下两层橡胶体为氯磺化聚乙烯聚合材料,中间层为纤维加强网,三者借助专用装备和通过热压工艺已形成了一种高弹性、抗老化的复合材料。

有关缠包带材料组成、物理性能测试和密封性能测试等已有多篇文献做了介绍,本文重点介绍缠包带施工工艺及其技术要点。

(1)主缆缠包带施工环境和施工前准备 缠包带施工环境要求:大气环境较为干燥的天气,湿度不超过90%,雨天不能施工,环境温度低于+5℃必须采取升温措施。

主缆表面必须干燥,不能有液态水和冰块;主缆缠丝表面必须干净清洁,不能有污垢和锈迹;缠丝表面如有尖锐凸起物要用角磨机打磨平滑,防止尖角锋利物刺伤缠包带。

(2)主缆缠包带施工基本方法 缠包带整体应从主缆的顶端往下进行缠包缠绕作业,索夹间应从下端往上施工。根据主缆直径选用相应的缠包带规格、缠带机和加热装置,根据搭接宽度的要求调整好缠带机的螺旋升角,面向索体上端从下往上顺时针或逆时针进行缠绕操作。

(3)主缆索夹附近的施工 由于缠带机不能紧靠索夹端面进行缠绕操作,需用专用起始缠包带,手工缠绕主缆一圈后再开始手工缠包;起始带长度大于主缆周长5~10cm,起始带的一侧插入索夹环缝2~3cm。手工缠包时,必须保持足够的张力,由下而上开始偏角度缠绕4 圈后并且已达到52%以上的搭接率后,可以使用缠带机进行缠绕操作。

(4)更换新缠包带卷连接要求 一卷缠包带缠绕完成后,要用正确方式拼接缠包带(以顺时针安装为例)。主要操作要点是:保持上一卷缠包带的张力,解下剩余缠包带然后切断;下一卷的起始段插入上一卷的结尾,深度大于50mm,并用管道胶布粘紧固定(加热时务必要将粘紧连接管道胶布撕下),然后继续进行缠绕操作;缠包带保持原位,保持张紧度,同时摊开剩余的缠包带卷;剪断缠包带,以便拼接处在与缆索顶部400mm 宽度范围之内;用管道胶带将未固定端固定到位,或者用热气枪和滚压辊将未固定端热焊在重叠尾端;开始缠绕新卷时,使搭接处朝下;如果用管道胶布将未固定端固定在一起,在新卷缠绕约3 圈后要拆下固定接合处的管道胶布。

(5)缠包带加热 缠包带加热温度:120℃~130℃,缠包带加热压力:0.2~0.3Mpa,缠包带加热时间:3min/周期,2 个加热时间段作为一个周期。加热操作步骤和要点是:将加热毯包覆到主缆上,连接电源线和温控线,收紧加热毯上的收紧带,在加热毯充气口上充气,一般气压力控制在0.2~0.3MPa;充气完成后开始加热,等温度显示仪和时间到达设定值后关掉电源,必须做到温度控制与时间控制的双控;加热完成后关掉电源并释放气囊气压,解开收紧带,加热毯旋转90 °~180°,对同一主缆断面的中间缝隙进行加热;缠包带加热完毕后,需要不受干扰地冷却,冷却时间至少需要15min;对于小部分不能正确粘结的部位,使用加热枪或加热毯进行重新加热。

5 大桥主缆除湿体系的技术要点

5.1 主缆除湿体系的基本情况

赤水河大桥主缆系统将大桥每侧的主缆分为2 个除湿区域,每一个区域采用1 套除湿系统,维持每个区域主缆内部的干燥空气的循环运行。主缆除湿系统在两座主塔内各布置一套空气制备站,除湿机选用LBCST-1100P 型,处理风量为1000m³/h,再生风量为530m³/h,除湿量7.2Kg/h,加热功率6.75Kw。

干燥空气通过送气管道沿主缆送入设于大桥主缆上的12 处索夹的进气口,送入主缆的干燥空气渗透进入主缆钢丝缝隙后带走水分,再通过主缆索夹上的排气口排出,完成主缆除湿空气流动的整个过程。主缆除湿系统包括除去微颗粒的过滤器、除去空气中水分的转轮除湿机(包括加热器、处理风风机、再生风风机)、罗茨鼓风机、冷却器、干燥空气分配箱、进气索夹、排气索夹、数据采集和系统监控等组成。外部空气在过滤器除去颗粒,然后经除湿机进行除湿,干燥空气(处理风)由罗茨鼓风机送到冷却器,经冷却器冷却到60℃以下,经分气箱送入每一个进气索夹,气流流量通过设于分气箱处的调节阀调节至规定值,从进气索夹送入主缆。每一个进气索夹处都配有压力传感器,送入主缆内的干空气压强不超过3000Pa。进气索夹处还设有安全保护阀,防止送入主缆的气压过高。

5.2 主缆除湿系统机械结构的改进

在上述除湿系统中存在以下几点可利用热能:除湿机处理风出风口高温空气热能的利用、再生风出风口高温空气热能的利用、除湿机组内部残留热能的利用,基于这样的考虑,本文提出了一种充分利用除湿机工作时产生的热量机械结构的改进,其基本原理简述如下:

除湿系统安放在封闭的空间内工作,室内装有温度控制器来调节室内温度,降低除湿系统在工作中所受外界温度变化的影响,通过进风口和出风口与外界进行空气交换,在进风口出装有过滤网,保证室内空气质量。空气进入除湿机前需要经过除湿系统中的过滤器进行进一步过滤,从而提高处理风和再生风质量,不仅提高除湿机的使用寿命,而且提高除湿效率。并且修改了原先除湿系统设备通过管道连接,对主缆除湿设备进行了机械结构优化改变除湿机送风管路结构,对除湿机管路压损的影响,优化的机械结构设计,尽量减少管路的压力损失,以保证处理风和再生风流量的稳定。再生风进口的冷空气能够对除湿系统内部进行降温,处理风出口多余热能也能传递给再生风进行预加热,使得主缆除湿系统,不会因为热能的无法及时扩散,导致重复启停,再生风吸收了除湿系统内部热能和处理风多余的热能,降低了再生加热的功率。

综上所述主缆除湿系统机械结构改进后可利用的热能得到充足利用、稳定了主缆送气风量、保护主缆除湿设备,集成式的布置使得设备布置更加统一美观便于后期的维护保养。

6 结语

继云南龙江特大桥的主缆防护工程之后,赤水河大桥也采用了“热熔缠包带+干燥空气除湿”复合防护体系和施工工艺,工程实例说明:大跨进悬索桥主缆防护系统利用缠包带体系能够很好的对主缆进行防腐工作,并且缠包带体系能够很好的和主缆除湿系统相配合,结合大桥环境特点采用复合防护体系,今后会有更多的实桥应用案例。赤水河大桥对主缆采用热熔缠包带进行防护时,除了对缠包带材料、性能进行严格把关之外,对缠包机操作的施工流程和工艺要点,以及缠包机无法操作区域的作业要点做出了进一步的规范,为国内推广和制定热熔缠包带作业标准进行了实践和探索。赤水河大桥对主缆采用除湿体系进行防护时,考虑了大桥所处区域环境的气候特点优化了除湿系统的布局和工作参数,并对传统除湿系统的机械结构进行了改进,充分回收了除湿系统自身工作产生的热量并进行了合理的利用,大大提升了除湿系统的除湿能力。

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