连接川滇的“云上巨龙”——川滇金沙江特大桥建设方案与关键技术
川滇金沙江特大桥是第一座同时跨越复杂风场、超高地震烈度带的千米级钢桁梁悬索桥（主跨1060m悬索桥）。宁巧隧道全长9103m，最大埋深650m，进口接骑骡沟互通，出口接金沙江特大桥。
工程按照设计速度80km/h高速公路设计，采用双向四车道，计划建设工期5年。
桥位位于白鹤滩库区及葫芦口复杂风谷位置，风速极大，风向急乱且无规律，但超高索塔作业基本依靠吊装，多个工序严重受阻，选择正真适合的工艺工法对保证索塔施工具备极其重大意义。
索塔由根部实心段、倒角位置空心段、标准空心段、横梁位置结合段、塔顶实心段等组成，索塔节段分段数量多，施工周期长，选择正真适合的节段高度对控制施工工期具备极其重大意义。
索塔钢筋构造与传统悬索桥相比，构造复杂。同时为满足适应地震断裂带的运营要求，横梁采用“波形钢腹板+预应力混凝土”结构及形式，横梁段施工复杂。同时，通过技术方法，摆脱横梁对索塔施工的制约具备极其重大意义。
索塔预埋件涉及的施工措施繁杂，预埋件数量和类型多，安装精度要求高，施工全套工艺流程易遗漏和偏位，给后续施工带来不必要的麻烦。主要的施工预埋件有：液压爬模模板爬锥，塔吊、电梯附着预埋件，横梁支架预埋件，混凝土泵管辅墙等。
宁巧隧道与出口端与川滇金沙江特大桥直接相连，平面设计困难，纵坡受控因素多；出口段结构较为复杂、洞室群近接；地震烈度达IX度，抗震设置防护要求高。
川滇金沙特大桥为主跨1060m的双塔单跨简支钢桁悬索桥，桥跨布置为1060m(单跨钢桁梁悬索桥)+2×40（钢混组合梁），全长1140m。宁南岸无引桥，直接与隧道相接，云南岸引桥2×40m钢混组合梁。
主缆跨度布置为(172+1060+230)m，矢跨比为1/9，主缆采取高强度平行镀锌铝合金钢丝，钢丝抗拉强度1960MPa。主缆横桥向间距为27.5m，吊索顺桥向理论间距为15.0m。
宁南岸侧采用隧道锚，分左右两侧，锚洞洞室整体为一喇叭形，断面由洞口向洞内逐渐变大。锚固系统采用弧形索股，减小了锚碇开挖方量，开挖方量约3.3万方；巧家岸侧采用重力式嵌岩锚，混凝土浇筑方量达11.5万方，锚碇靠主塔一端以中风化白云岩为持力层，锚碇远离主塔一端以密实碎石土为持力层。
两岸塔柱均为钢筋混凝土门形框架结构，塔柱为变截面。宁南岸索塔高度为142m，云南岸索塔高度为172m，左右两侧塔柱顶部中心间距为27.5m。
索塔基础采用桩基加承台形式，单个承台平面尺寸25.5x25.5m，高7m，承台间设置了承台系梁。每个承台下布置16根直径3m的桩基础，行列式布置，按端承桩设计,最大深度为61m，顶段为钢管混凝土组合构造。钢筋笼采用“三层双肢”结构及形式，单根桩基C36主筋多达220根，最大重量为107t。
宁南岸索塔仅布设一道上横梁，云南岸索塔共设上、下两道横梁。横梁均采用钢混组合结构，顶、底板为预应力混凝土结构，腹板为波形钢腹板结构。波形钢腹板与混凝土顶板的连接采用波形钢腹板顶端焊有翼缘板与穿孔板的Twin-PBL键连接方式。外侧波形钢腹板与混凝土底板的连接采用侧向PBL键连接，内侧波形钢腹板与混凝土底板的连接采用埋入式连接。
钢桁梁包括钢桁架和正交异性钢桥面板两部分，板桁结合。钢桁架由主桁架、主横桁架和下平联组成。主桁架采用带竖腹杆的华伦式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成，桁高7.0m，标准节段长15.0m。
正交异性钢桥面板由桥面板、U肋、三道纵梁和次横梁组成，桥面板厚16mm，全桥等厚。桥面板与主横桁架上横梁顶面平齐。正交异性钢桥面板均为焊接结构。
主塔与加劲梁通过塔连杆连接，主梁与主塔横向设置横向抗风支座。为了减小地震对结构的受力影响，主梁于主塔下横梁处各设置一组黏滞型阻尼器，全桥共4套，主缆跨中设置三对阻尼中央扣形成缆梁铰接。桥面系由30mm厚ECO改性聚氨脂+50mm厚SMA-13铺装层组成。
宁巧隧道全长9103m，为超特长隧道，遵循新奥法原理采用复合式衬砌结构，除连拱段外其余衬砌采用曲墙带仰拱结构，拱高为715cm，拱部半径为553cm。
隧道左右线均采用两区段送排纵向式通风，通风系统由一处通风斜井、一处地下风机房及其附属结构组成。
其出口端包含250m连拱段及97m小净距段，其中连拱段包含125m薄直中墙段、77m直中墙变截段、48m复合式连拱段。复合式连拱段为异性渐变中墙，二次衬砌能够封闭成环。当隧道左右线拉预应力锚杆对中间土体进行加固。
隧道出口段轴线与地形斜交，地形偏压，穿越厚度约5m的碎石土，左右线为整体式连拱隧道，因此洞门采用端墙式结构，并在正洞出口端设置了Φ75钢管桩预加固。钢管桩采用Φ75mm×4mm无缝钢管，钢管桩桩心距为1m，采用正三角形布置，平均单根长度7m，钢管桩桩顶设置C30混凝土连系梁，梁高0.8m。钢管桩横向宽40m，钢管桩进入中风化基岩不少于1m，但应保证钢管桩桩底距初期支护不小于0.5m。
隧道二次衬砌混凝土抗渗等级应不小于P8；抗震缝设置中埋式钢边胶止水带+排水式止水槽，沉降缝设置中埋式橡胶止水带+排水式止水槽，纵向施工缝设置遇水膨胀止水条；非瓦斯设防段及微瓦斯隧道，暗洞洞身（除仰拱外）满铺防水层，防水层采用“一布一膜”（无纺布+HDPE自粘胶防水卷材），HDPE自粘胶防水卷材厚1.5mm。
在山岭高速公路特长隧道中首次采用凹形竖曲线方案，该方案不仅巧妙解决了本项目接线难题，同时降低隧道中点高程约80m，为从下方白鹤滩赔建公路向主洞布设通风斜井创造了条件，减短斜井长度800m。
在IX度地震烈度设防区首次采用1.4m厚、宽高比为0.19的整体式超薄直中墙。
宁巧隧道洞口段受宁南金沙江特大桥影响，出口段（202m）左右线m，基于以上原因宁巧隧道出口采用整体式直中墙连拱隧道，开挖宽度为23.40m，高度为10.37m，直中墙厚仅为1.4m，高度为7.40m，宽高比仅为0.19。而目前在高烈度地震区的山岭隧道中尚无直中墙宽高比0.20以下的连拱隧道工程案例。
针对该直中墙设计进行补强措施：首次采用钢带对超薄直中墙连拱的抗震能力进行补强、创新采用扣件式钢管脚手架支撑代替传统的浆砌片石回填、采用BIM正向设计与虚拟建造技术优化了施工工序、节约了建设成本。
川滇金沙江特大桥四川岸桥梁区处于白鹤滩库区V形峡谷地带，承台地形处于“凵型”槽口，地势极为狭窄有限。
项目团队联合西南交通大学通过调整爆破参数以及开挖断面错位的施工组织，因地制宜利用异形龙门吊实现了32根桩全断面错位开挖的施工工艺，保证成孔安全质量的同时节约了成孔时间。
通过采用自行设计的“门式框架钢笼下放法”，同时配合履带及龙门吊，实现了狭窄场地钢护筒下放，同时保证了钢筋笼节段对接、成形下放、桩口定位等多个关键工序的施工要求。
在承台施工全套工艺流程中，采用了箍筋整体预制，帘式安装的施工工法，先将每个面的箍筋按设计的基本要求加工成整体随后采用塔吊及龙门吊将箍筋吊装至安装的地方，进行整体安装。采用此方法在提高安装工效与实体质量的同时，还降低了复杂风场的对承台施工的影响和高空作业的安全风险。
川滇金沙江特大桥主墩高度较高，并且大桥桥位瞬时风速极大（39m/s，相当于13级台风）且无规律，采用传统大节段配合整体式爬模，施工作业受大风影响极大。索塔施工采用创新分离式大节段爬模，通过模板与架体的分离设置，减小了模板分离过程中整体重心偏移量，更好地保证了爬模安全。
本桥索塔钢筋为“三层双肢”+“抗震连环箍筋”的结构及形式，6m单节段索塔钢筋重达82吨（每延米14吨）。为提高主筋安装效率，采用“主筋帘式吊装”+“箍筋整体安装”+“锚固系统合体安装”等微创新工艺，保证实施工程质量的同时加快索塔施工效率。
通过特制吊具，在地面将吊具与钢筋连接固定后，利用塔吊进行“帘式”安装，一次性可完成60根钢筋的安装工作，在保证连接质量的同时，大幅度的降低了工人的劳动强度，提升了施工效率。
同时，为减少箍筋安装高空作业时间，避免预应力系统安装繁琐性,提高箍筋及预应力系统安装质量。通过箍筋和预应力系统塔下预制整体吊装的方式，提高了施工质量。
基于横梁组合结构“波形钢腹板”在川滇金沙江特大桥上的设计，创新在波形钢腹板上实行“塔梁异步”的施工工艺，通过波形钢腹板快速安装工法、钢筋预定位工装等技术运用，实现了钢混结构横梁的异步施工工艺。
本项目悬索桥锚固系统采用弧形索股，减小了锚碇体积及开挖量，节约造价，缩短施工周期。但锚碇内结构物多且密集，加之索股的安装预埋管及自身截面都是弧形，空间三维位置复杂，安装定位困难，精准定位并安装预埋管是预应力锚固系统施工的关键。
项目团队通过BIM技术提前建立1:1还原的BIM数字化模型，通过BIM模型提前模拟构件冲突检测，明确预埋管、定位架、冷却水管、钢筋之间的位置关系，发现其中对预埋管施工影响较大的碰撞位置并提前做调整，优化定位架和冷却水管的设计。并利用BIM模型计算锚固槽口定位点及预埋管道各节点等坐标，模拟其形状、尺寸，提高安装精度，并利用BIM模型计算得到的坐标快速定位，来提升施工效率。
创新采用辅助型钢做定位，制作弧形预埋管时，在前述两端钢板上按照设计角度焊接一段平直型钢，放置磁吸式水平尺在型钢上，调整预埋管角度直至水平尺的气泡居中。
引桥桥位区具有地形复杂陡峭、风场复杂、桥墩高、运输条件差等特点，针对引桥钢梁施工，项目创新采用钢梁后驱式滚动牵引安装技术。
通过在桥台后方的路基或空地上布置支架、滚轮以及牵引系统，完成钢梁及前后导梁的拼装，然后下放钢梁到滚轮上，再采用牵引系统在钢梁后导梁上施加拉力，拉动钢梁向前移动，到达设计位置后，再下放钢梁到支座上，完成钢梁的安装。
此技术对施工场地的要求低，需要的牵引力小，与传统工法相比，工艺简单，施工速度快，实施工程的成本低，同时避免了传统的大型起重吊装作业和高支架作业，安全性高。
缆索吊智能集中控制系统是专为缆索吊起重机开发的采集监控、记录、分析、诊断、预警、统计于一体的交互式信息管理平台，融入了多种起重机监控、维护、管理等实用功能，将设备管理及人员行为管控融为一体，使安全监控措施有效落地。缆索吊智能监控系统最重要的包含以下几个方面：数字化系统、卷扬机的集中控制管理系统、远程监控管理系统。
数字化系统通过在缆索吊装系统中设置应力及位移传感器、视频监控，使缆索吊装系统的运作状况能够在电脑上直观反映，便于施工控制指挥。数字化系统包括：吊具监测、锚碇位移监测、超速保护设施、轴力监测、运行安全限位装置、预警机制和视频监控等几个方面。
吊具起升高度/下降深度监测：在吊具上安装GNSS定位基站，定位基站通过发电装置供电，基站通过无线模块将吊具位置传送至集中监控中心，由PLC对数据来进行处理，通过PLC计算解析后在液晶屏上显示出吊具的起升高度数据。
锚碇位移监测：通过在两岸锚桩位置加装拉绳编码器，安装并与锚墩位置固定，通过模拟量信号传送至各自的卷扬机处PLC。经过系统判断出没出现锚桩位移现象，输出信号给现场操作系统，决定是不是能够正常工作。
超速保护设施：通过在起升钢丝绳卷筒端增加编码器，编码器将通讯信号传给采集器，计算显示出对应的起升速度。如发生超速状态，本地监控系统参与起升机构控制，停止起升电机，故障排除后，需手动复位后，才能继续操作，可在远程平台显示报警信息及状态。
轴力测量：在牵引索机构和承重索机构上增加轴销传感器，通过传感器输出或4-20ma信号，经采集器跟监控主机连接，通过监控主机读取轴力测量信息，显示在本地监控液晶屏及传送到系统平台上，提供预警及报警功能。
运行安全限位器：监控主机读取缆索吊各个安全限位开关的开闭信息，在平台显示安全限位的开闭状态。
视频监控：在跑车前后、钢桁梁吊装及安装处、卷扬机主副机、卷扬机操作室等缆索吊装施工关键部位设置监控视频，达到系统运行过程的全监控，确保所有的环节的正常运行。
本系统外接显示大屏，实时显示起重机的运作状况参数、小车主副钩高度、行程、速度、吊重等方面信息，使得技术人员及驾驶员全方位掌握设备的实时运作状况，提高了吊装过程中的安全性。
在四川岸设置集中控制操作台，将六台卷扬机电机均接入PLC控制管理系统，实现卷扬机之间的协同联动，同时安装视频系统显示屏以及数据控制管理系统显示屏方便集中控制，不仅提升工作效率，还避免了多人操作的风险，使得操作程序化、规范化、高效化、安全化。
远程监控管理系统实时采集各设备终端的数据，通过DTU通讯设备，采用MQTT物联网协议传送到云端后台数据中心。数据包含拉力、深度、角度、风速等主要参数。用户可通过电脑和手机端随时查看当前实时的设备正常运行情况，展示最新的采集数据。
缆索吊智能集中控制系统分为两层，上层为中控室监控单元、下层为现场操作单元。实现对起重机的监控、控制；下层以PLC为主控元件实现控制，信号发送至中控室，实现远方监控；整套系统采用工业级485通讯，绝不会出现通信受干扰导致数据变化的情况；整套系统以PLC为主控元件和机械限位保护实现控制，使整套系统可靠性高；整套系统能实现起重机健康管理（电气设备常规使用的寿命监控、电机电流监控、电机温度监控、电机震动监控、考勤系统等等）；整套系统采用无线通讯模式，具有安装简单、拆卸快速、结构紧密相连、互通互换等优点；数据和视频信息能够最终靠DTU或因特网上传给后台，可以远程实时查看并在后台做多元化的分析判断操作的正确性；系统内置预警，有重大违章作业时，可及时远程通知相关监督岗位。
