金沙江大桥主桥面径流系统改造与实践研究

董金梁　元军伟　刘浪

摘 要：为切实做好跨江大桥养护，提高应急处置能力，提升管理水平，江苏南京栖霞山长江大桥主桥面排水盖板自动控制系统项目在应用5G、物联网等技术的基础上进行了探索升级。对G85银昆高速（宜水段）金沙江大桥按预防危化品泄露入江的技术思路，采用低压气动的控制方式，开发智能化专用软件和执行装置，实现金沙江大桥主桥面径流系统的启闭智能化管理。这不仅消除了危化品泄露入江的安全隐患，还为既有桥梁径流系统改造提供了参考。

关键词：金沙江大桥;径流系统;智能化;改造控制;隐患消除

中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）26-0093-03

Reconstruction and Practice Research of Runoff System on the Main

Bridge Surface of Jinsha River Bridge

DONG Jinliang YUAN Junwei LIU Lang

（1.Jiangsu Jiaotong College，Zhenjiang Jiangsu 212028;2.Sichuan Highway Planning， Survey， Design and Research Institute Co.， Ltd.， Chengdu Sichuan 610041）

Abstract： In order to do a good job in the maintenance of the river crossing bridge， improve the emergency response capacity and improve the management level， our team explored and upgraded the G85 Yinkun High Speed （Yishui section） Jinsha River Bridge according to the technical idea of preventing the leakage of dangerous chemicals into the river，on the basis of the intelligent reconstruction project of the main deck drainage cover plate of Nanjing Qixiashan Yangtze River Bridge （formerly called the Fourth Nanjing Yangtze River Bridge）. The low-pressure pneumatic control is adopted， and the intelligent special software and executive device are developed to realize the intelligent opening and closing management of the runoff system on the main bridge surface of Jinsha River Bridge.Not only eliminate the potential safety hazards of dangerous chemicals leaking into the river， but also provide reference for the reconstruction of the runoff system of the existing bridge.

Keywords： Jinsha river bridge;runoff system;intellectualization;modification control;hidden danger elimination

1 项目背景

金沙江位于长江上游[1]，是长江流域的重要组成部分，其生态保护、防治创新尤为重要。本文所述的金沙江大桥是《中华人民共和国长江保护法》的重点保护地之一。

G85银昆高速（宜水段）金沙江大桥建成于1999年，2017年响应国家环保政策要求，增加地表径流收集系统，其中排放系统主要包括桥梁的径流纵向收集系统和竖向收集系统。全桥采用二排400 mm×400 mm的纵向钢排水槽收集，并分别在0#台、2#墩及14#墩处设置竖向下水口，将桥面径流排放至应急调节池和隔油沉淀池中集中处理。

2020年5月2日18时10分，G85银昆高速公路金沙江大桥桥面附属污水泾流收集管道发生脱落，威胁G85银昆高速金沙江特大桥桥梁结构安全，当地政府及时组织排危及善后工作。

如果仍采用常规方案进行修复，可能会存在投资大、事故復发等不良后果。因此，金沙江大桥主桥面各流系流改造须进行技术革新，做到操作简单快捷，并减少人工投入[2]。

2 主桥桥面径流系统管养痛点

以江苏南京栖霞山长江大桥[3]为例进行分析，金沙江大桥主桥面径流系统的管养痛点主要体现在以下几个方面。

2.1 主桥桥面窄，无检修通道

南京栖霞山长江大桥为双塔三跨钢箱梁悬索桥，双向6车道，设有应急车道和检修车道。金沙江大桥跨江路段为连续刚构，没有检修车道。

如果采用南京栖霞山长江大桥的排水盖板自动控制方案，需重新设计排水槽、盖板等，设计和施工过程复杂。此外，在增加盖板后要做进一步设计改造，成本较高，且桥面窄，容易被碾压、碰撞，存在较大的交通隐患。

2.2 桥址临近饮用水水源地

金沙江大桥址距离一级水源保护区华咀取水点（经度104.52°，纬度28.69°）不远，根据政府规定，需做重点保护。同时，业主委托设计院结合政府相关要求开展G85渝昆高速（内宜）金沙江大桥地表径流收集系统恢复设计工作。

可见，金沙江大桥径流系统关系附近居民饮用水安全，其修复工作刻不容缓。

2.3 原径流系统存在不足

2.3.1 钢质排水槽质量太大。原全桥钢质排水管自身质量太大，如果流入雨水或危化品液体，质量会加倍，进而导致悬挂支架难以支撑。由于桥面伸缩影响，全桥钢制排水槽均无法固定安装，而是悬浮于悬挂支架上，容易受大风、桥面振动等因素影响滑落。此外，钢质纵向排水管与桥体受温度影响伸缩率不同，也是造成脱落的原因之一。

2.3.2 钢质排水槽不耐酸碱腐蚀。钢质材料若发生酸碱液体泄露，就会很快腐蚀穿透钢质水槽，液体直接流到路面、水面，对水体和人员造成伤害。此外，钢制材料暴露在外，风吹日晒，焊接处锈蚀严重，自身刚性降低。

为了解决金沙江大桥原径流收集系统养护管理的痛点，经充分调研后，大桥管理单位联系设计院和科研院校，探索实施金沙江大桥主桥面径流系统改造。拟采用低压气动控制启闭，开发专用软件和执行机构实现开闭动作的自动化控制，目标是消除危化品车辆泄漏后直排入江的安全隐患。

3 智能化改造方案

3.1 改造方案比选

系流改造工程调研主要对电动阀门控制和低压气动控制两种方案展开讨论，最终确定低压气动控制的方案，方案比选具体见表1。

3.2 低压气动控制方案

金沙江大桥采用压缩空气作为驱动气源，研制气动膨胀阀作为执行元件，通过气动膨胀阀的伸缩来控制泄水孔的启闭。同时将桥面划分为多区域，可进行远程无线和现场手动分区域控制，从而保障主桥面的径流系统安全可靠。此外，在泄水孔处加装反光标志，可对反光角度进行斜向与周向调节[4]，对车辆给予警示，保障安全。

3.2.1 泄水孔的两种工作状态。①正常状态。平时泄水孔处于打开状态，不影响桥面正常排雨水的主功能，否则桥面因排水不畅易造成积水，反而会增加交通隐患。②紧急情况。一旦桥面发生危化品泄露等紧急情况，通过系统立即关闭泄水孔，可避免危化品直排入江污染水体。

3.2.2 分幅分区域控制。以路中间为界线，将桥面分为左右两幅，采用分幅分区域控制。两幅路面控制互不影响，可单独进行数据交换与控制。

3.2.3 控制模式。①远程无线控制。通过5G无线网络，在监控室或者川南公司管理处可远程监控泄水孔的启闭，同时监测各路气压。如果气压不足，系统会发出报警信号。②现场手动控制。现场设有应急按钮盒，根据需要按相应按钮控制泄水孔的启闭。需要说明的是，现场控制具有最高优先级[5]。

4 关键技术点与现场实施

4.1 关键技术点

4.1.1 重新设计运行方式。①设计控制方式。改变原有运行方式，常态打开，紧急情况关闭;实时监测，数据库统一管理。②分段分区域控制。每个区域单独控制，互不影响，便于分区域检修和监测。③开发专用控制系统。自主开发研制自动化控制系统，采用西门子可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、5G无线通信技术，设置远程无线控制和现场手动控制方式。在优先级方面，设置现场手动控制方式为最高级别，方便根据实际情况进行应急处理。

4.1.2 研发专利膨胀阀。在泄水孔内部安装内置式专利膨胀阀。膨胀阀材料可耐高温，具有较强的抗腐蚀、抗老化和低温柔韧性。加装内置式膨胀阀后，泄水孔关闭时可实现良好的密闭效果，即便在寒冷的冬季也不会失效。

4.1.3 保证系统功能性。加装雨量传感器，对下雨情况进行测试，辅助控制，实现智能化监测管理，保证系统功能稳定。

4.1.4 创新管养方式。专门开发程监测软件，对管养方式进行重新定义。操作人员可在监控大厅、移动终端实现远程监测与控制，在发生事故时亦不必奔赴现场。为了应急处理，在桥头控制电柜设有手动操作装置，提高了系统的稳定性和安全性。

4.2 实施效果

根据改造方案目标，对控制系统进行设计，经现场施工后进行最终调试。经测试，单区域气压在0.4～0.6 MPa时，膨胀阀能快速启闭，实现对泄水孔的准确控制。系统整体运行效果良好，分区域控制正确、动作无误、反应迅速。经检验，所有参数均达到既定目标。现场应急演练及关闭效果，分别如图1和图2所示。在应急演练中，改造项目充分发挥了作用，得到集团领导和专家的一致认可。

5 结语

改造项目充分运用先进的物联网技术，对原运行控制方式重新进行定义与设计，专门开发智能控制系统，实现了远程控制与数据库全程实时监测管理。为确保安全，在现场设置最高级别的手动控制。该项目的探索实践与建成投用，解决了金沙江大桥原有径流系统的诸多问题，有效防范了危化品事故车辆泄漏直排入江的风险，保护了金沙江水体和下游集中式饮用水水源地，提高了应急处置效率和能力。同时，该项目是国内跨江大桥径流系统管养技术与控制方式的又一创新实践，可为同类跨江跨海大桥的科学管养提供参考。

参考文献：

[1]全國人民代表大会常务委员会中华人民共和国长江保护法[J].中国水利，2021（3）：1-8.

[2]邓保辉，曾玉昆，杨建波，等.一种桥梁桥面泄水孔排水自动化控制系统：ZL2020222086710[P].2021-07-23.

[3]南京栖霞山大桥创新排水盖板自动控制系统[N].中国交通报，2020-08-10（8）.

[4]董金梁，朱国伟，戴建军，等.一种应用桥梁桥面的泄水孔盖板反光标志及其装配结构：ZL2020222086551[P].2021-07-16.

[5]李金桥，倪修勤，张鹏飞.降风险 提效率 智能排水系统在栖霞山大桥管养中的应用[EB/OL].（2021-01-07）[2021-08-19].https：//new.qq.com/rain/a/20210107A0B7PK00.

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