智慧守护缆索桥梁生命线——南沙大桥缆索健康与安全的实践与思考

粤港澳大湾区交通互联互通正在全面推进，珠江口两岸城市群被一条条横向走廊紧密相连。如今，狮子洋上，南沙大桥（原虎门二桥）与10公里外的虎门大桥，新老两座大桥，两厢守望，让广州、深圳、东莞、佛山四座城市之间紧密相连，再加上黄埔大桥、港珠澳大桥，4座跨江通道共同组成的交通走廊，正在助力东西两岸的协同发展。

作为粤港澳大湾区发展规划纲要发布后首个投用的超级工程，在短短几年间，南沙大桥的车流量增长约120%，承担着珠江口东西两岸约一半的过江车流，单日最高峰车流突破18万车次，成为湾区交通横向走廊中的“流量担当”。据估计，这项粤港澳大湾区跨江交通的生命线工程到2024年前，将承担的交通量约占大湾区所有过江通道交通量的50%。

除了与日俱增的交通压力以外，主桥构件的衰变，如缆索系统、桥面铺装、机电设施、约束装置等疲劳劣化损坏，加之环境条件的日趋复杂，台风、高温、高湿、重载等不利工况与结构劣化耦合作用，给南沙大桥的缆索健康与安全带来了挑战。

南沙大桥采用的是1960MPa悬索桥主缆索股新技术，材料强度及韧性达国际领先水平，扭转性能好，创新的镀层防护提升了钢丝耐久性。随材料性能的提升，主缆直径的减小也降低了相关结构施工风险。但即便如此，缆索的除湿防护、索夹抗滑仍然是重中之重。本文重点阐述南沙大桥长寿命钢丝索股在安全防护方面的若干实践，并提出智能诊断、安全监测、应急管控等相关设想。

主缆除湿系统通过向主缆内部输送特殊制备后的干空气，降低主缆内部的相对湿度。在主缆表面防护的包裹之下，进一步让主缆钢丝处于一个相对封闭、干燥的环境中，可以大幅度降低乃至避免主缆钢丝产生锈蚀。南沙大桥进一步采用了全桥一体化除湿系统提高除湿系统效能，具体包含主缆与箱梁除湿一体化、锚室与边跨主缆一体化、主缆与鞍室除湿一体化。

为实现除湿一体化智能监控，在SP2、SP5、SP6、SP7布置了回风设备；在P1、P3、P4、S3和P6气夹布置了电阻探针监测传感器；在上下游P6气夹附近布置了交流阻抗探针监测传感器。

除湿系统在安装时，先进行管线及通讯箱的安装，然后加压测漏、密封修复，最后调试、运行。主缆除湿系统的控制系统可以实现除湿数据的监测、采集、报警，自动生成内部湿度的趋势图，以形象的内部湿度动态显示。通过展示、记录、报警、分析4个步骤，自动监测、自动感知与自动调节目标区域的温湿度、主缆全线空气特征。同时，为降低干空气制备设备的体量，全桥设置了6个干空气制备站，自动调控钢箱梁、主缆、锚室、鞍室的湿度指标。借助除湿系统的监测、感知与调节，能有效监测主缆状态的同时发现异常漏气点，进而及时补救以提升密封性、缩小湿度波动，还可及时发现传感器的故障，调用冗余装置，确保系统可靠。

南沙大桥主缆采用公称直径为5.0mm、抗拉强度1960Mpa的锌铝合金镀层高强度钢丝，在建设期就安装了主缆观察窗、主缆内部腐蚀传感器实现主缆全线空气特征监测、氯离子浓度监测等。采用适应除湿系统风压的多层主缆密封防护技术，具体如下。

南沙大桥自2019年4月通车，根据运营期螺杆张力检测及跟踪监测，全桥第一次测试结果发现：坭洲水道桥(M56)索夹螺杆张拉力最大值为87.08t，最小值为7.9t，平均值为60.47t；索夹螺杆张拉力损失最大值为93.11%，最小值为24.07%，平均值为47.27%。补张完成后，索夹螺杆的张力明显提升，补张效果良好。补张完成半个月后，螺杆张力基本保持稳定。

在螺杆张力的监测预警系统研发中，通过开发适用不同型号索夹螺杆的压力传感器，实现索夹螺杆螺母垫片位置的压力测量；各个螺杆下方的压力传感器之间实现无线组网功能，保证监测到的压力数据能实时发送服务器；设置各个索夹螺杆张力的预警值，根据张力损失率的不同给出红色、黄色和橙色预警；研究具备自锁功能的智能垫片，保证索夹螺杆张力能较快稳定，避免长期损失。

随着互联网技术的不断发展,越来越多的新概念新科技出现，桥梁监测智慧化越来越成为发展趋势。

桥梁泛在感知、远程长期监测、快速短期监测、视觉增强识别监测等桥梁智能监测，以及基于Lamb导波的疲劳裂纹识别定位技术、基于DIC的疲劳裂纹动态扩展监测技术，在南沙大桥上都得到了充分的利用。例如，基于视频增强的南沙大桥吊索智能振动识别，通过实时感知并获取反映大桥环境机理和结构响应状态的相关信息，在线监测大桥的工作性能、评估大桥的工作状态。

同时，智能监测也为大桥的安全运营和管养决策提供了科学依据和数据支撑。在南沙大桥上应用的桥梁数字化管养系统，融合了灾害数据、结构感知数据和碎片式养护巡检信息，实现了管养多源信息可视化管理，可以进行悬索桥关键构件和总体服役性能评估及诊断。例如基于BIM的悬索桥管养病害数据库，基于监测、检测的多目标评估预警等。

在应急管控中，设置预警阈值，可以实现黄色预警、红色报警、短信预警推送；针对地震或船撞事故、台风、涡振等特殊事件开发了专门的灾害应急响应。

南沙大桥基于特大型桥梁“精细化、专业化、信息化、标准化”的养护理念，在大桥主体建设的同时，同步建成了集“监测、巡检、管理、养护”于一体的建管养一体化平台。

平台以BIM 为核心，改变了传统桥梁运营管理的沟通方式，所有的沟通、协同、数据交换等均通过集成平台进行，实现了桥梁运营管理信息的交互共享，加快了信息流的速率，提高了决策效率，实现了扁平化管理。为提高桥梁管养工作效率，实现统一平台管理，用户界面子系统除具备桥梁运营安全监测及电子化人工巡检结果的管理外，还预留了标准数据接口及界面，可以将桥梁检查检测、桥梁综合评估、桥梁养护维修等纳入同一平台管理，实现自动化监测与桥梁检测评估的有效结合，真正实现桥梁全覆盖全寿命管养，保证桥梁结构与行车安全，延长桥梁使用寿命。

在不久的将来，新一代的智能信息加上工程建养技术，可以构建出全生命周期技术链、产业链。基于BIM、大数据、云计算、物联网、人工智能，融合分析设计、施工和运维多源信息，构建出桥梁建养一体化技术体系，提升交通基础设施数字化、智能化建养水平。