“荷載試驗順利通過！”10月24日，看著屏幕上一串串數據，湖北宜昌城發集團橋梁工程技術總顧問周昌棟激動不已。
作為全國首座鋼絞線單索面混凝土加勁梁三塔斜拉橋，安全運行23年後，它僅用10個月的時間完成236根斜拉索煥新，成為全國首座全橋更換鋼絞線斜拉索橋梁。
從毫無經驗可循到摸索出全流程行業標準，從傳統操作處處受限到創新研發工藝、工裝……10個月內，參與夷陵長江大橋換索項目的設計、監理、檢測、施工、監控等單位攻堅克難、創新探索，成為了全國單索面混凝土加勁梁三塔斜拉橋全面換索首個成功案例。
十個全國首創的橋梁檢測維護新技術、新工藝在這裡開花結果。首座同類型橋梁鋼索全替換的宜昌經驗，將從這裡輻射到全國。
搶抓契機 果斷決策 23年後大橋全面換索
2023年5月的傍晚，夷陵長江大橋上車水馬龍，北岸橋體下的和平廣場，人們正在享受着初夏的江風。
一位年過七旬的老者，眉頭緊鎖的望著被霓虹燈映照的橋體。他就是宜昌市橋梁專家、宜昌城發集團橋梁工程技術總顧周昌棟。
半個月前，夷陵長江大橋管養單位大橋集團發現斜拉索存在輕微的異常抖動，管養人員肉眼檢查發現大橋不同部位存在多種銹蝕和病害。
與橋梁打了大半輩子交道的周昌棟立刻意識到了問題的嚴重性。
1天后，關於夷陵長江大橋因病害急需“體檢”的報告送到了城發集團，並於當天立即組織召開專題會議。經過集體研究討論，決定按照專家意見馬上進行檢測、整修。
1998年動工、2001年通車的夷陵長江大橋，是宜昌主城區第一座連接南北岸的跨江大橋，更是全國首座單索面混凝土加勁梁三塔斜拉橋，日車流量近6萬台次。
橋梁的安全與市民息息相關。一旦換索工程開始，就意味着工期內橋體交通暫停，勢必影響市民出行。
未雨綢繆。2023年5月開始，周昌棟帶領大橋集團技術團隊走訪全國不多的橋梁換索現場，一次次與大橋設計方多方會商、進行模型推演，確定了橋梁整體換索設計和更換方案。
2023年9月，經城發集團申報，宜昌市政府迅速完成了大橋換索前期審批工作。
“每天都接到質疑的電話。”換索項目公布後，不少市民因為將大橋壽命與斜拉索壽命混同而産生不解。質疑聲撲面而來，宜昌城發大橋集團總工程師代明凈記憶猶新。
“拉索相當於大橋的‘零部件’，使用壽命一般為20至25年；借引橋改建契機，換索將最大限度減少交通影響……”一次次科學而耐心解答，市民的“質疑”聲消失不見。
“幸虧把握了大橋北岸引橋快速化改造契機，否則再行換索，可能會給市民再次帶來不便。”11月12日，看著眼前煥然一新的夷陵長江大橋，代明凈感慨地説到。
思維破冰 工藝創新 長江上閃耀“宜昌樣本”
市民的質疑聲消失了，大橋換索工程穩步推進。一個個難題卻出現在了建設者面前。
夷陵長江大橋斜拉索採用平行鋼絞線拉索體系，全橋共236根斜拉索，每根由27～47股平行鋼絞線組成，斜拉索鋼絞線共計8100多股，重1200多噸。任意一根斜拉索索力的變化，均會對主梁內力産生較大的擾動，甚至對橋梁的“身體”造成不可“醫治”的損傷，安裝過程可謂“牽一髮而動全身”。
“三塔斜拉橋如同一座‘蹺蹺板’，相較常見的雙塔橋，換索更容易導致結構變化。”確定方案時，儘管參與過全國多座橋梁勘測設計，大橋設計方、中鐵大橋勘測設計院設計負責人何東升團隊深感“如履薄冰”。
20多年混凝土收縮徐變和斜拉索應力松弛，導致主梁線形下撓明顯，影響結構受力；三塔斜拉橋的中塔，缺少有效的縱向約束，導致偏載作用下結構變形偏大；鋼絞線斜拉索施工工期長，工序複雜，且斜拉索更換、支座更換、裂縫修補、涂裝、橋面鋪裝更換等還需同步施工，工序多，交叉相互影響大……工程的施工難點多、不容出錯且沒有經驗可循。
“‘思想破冰，大膽創新，項目提速’，2023年底，揭榜挂帥領夷陵橋換索項目的軍旗時，城發集團對這個項目的三點要求我記憶猶新。”大橋集團總工程師代明凈認為，三點要求既是責任，更給予了項目最大的底氣。
“沒經驗，就創造經驗！”有了城發集團的全力支撐，周昌棟不再猶豫，決定放棄保守方案，探究一條全橋換索的新路。
2023年12月至2024年1月，周昌棟帶領團隊成員設計、施工、監理、監控單位齊上陣，決定先行對小部分鋼索進行試換索。
寒冬臘月，江風凜冽，橋面溫度一度到了零下10攝氏度，卻絲毫擋不住項目組施工的熱情。
7種方法、20根鋼索、60天試驗施工、近萬條數據匯總分析，一遍又一遍的理論計算，最終讓大家研究論證出了最優方案——中塔從長索到短索、邊塔從短索到長索的“倒序交錯”更換。該方案既避開長索區更換不利因素的疊加，又最大程度地減少對橋體結構的安全影響。
“大橋換索的同時，要將大橋主跨‘下撓’進行修復提升！”換索方案剛確定，周昌棟再次提出大膽的想法。“要修復‘下撓問題’，需要模擬計算出每根索張拉多大的索力，可是怎麼計算，怎麼設置參數是重點，我們當時都是一頭霧水。”監控單位負責人朱驕健回憶道。
“當時我們每天會在周總的辦公室討論計算方法，通過周總的指引我們試用了多個物理學和數學的計算方式，不斷的調整參數、不斷的試驗對比，我記得我們的參數調整了上百次，才實現計算的索力和橋梁‘下撓’實際回復量基本匹配。”設計單位負責人何東升感慨道。
為橫跨長江的大橋“動手術”，容不得一絲偏差。斜拉索更換尚且需要“摸着石頭過河”，更何況還要自加難度？大膽的想法雖讓施工各方咋舌，卻又讓大家鉚足了幹勁、躍躍欲試。
為確保病害甄別準確，施工方在全國首次引入高聳結構無人機圖像病害識別系統，由無人機搭載着高清攝像頭和紅外熱像儀，對橋梁進行360度、無死角立體“掃描”。
為保證施工參數監控及時，監控方中鐵大橋院技術團隊首次在橋樑上安裝了300多個監控點，24小時捕捉橋體各部位參數，並將觀測到的數據匯集反饋到團隊自主研發的“橋通”有限元軟體進行推演，並提前計算出特定的索力調整量，指導換索工人們施工。
為克服大橋鋼絞線斜拉索外露量極短導致放張困難，宜昌城發集團聯合參建各方共同研發出了擁有自主知識産權的“整束放張工裝”，實現快速高效換索施工，相比傳統的單根放張拆除功效提高1.5倍；對於長索拆除，採用“拆套管+逐股切割”拆索方式，比傳統的起重吊裝拆索效率更高，同時避免了高空墜物施工風險；平行鋼絞線斜拉索帶力切割拆除技術和斜拉索零應力切割拆除裝備，在施工中被首次使用，讓斜拉索更換無需放張完即完成切割成為可能；創新超低凈空支座更換技術將工期從5個月縮短至3個月……9項專利一一申報，已受理專利7項。
大橋原有1770兆帕鍍鋅鋼絞線更換為1860兆帕單絲涂覆環氧涂層預應力鋼絞線、普通將軍帽替換為不銹鋼加重防腐結構、固定端錨具增設的排水槽，一大批新材料、新工藝讓夷陵長江大橋煥新重生。
工程有條不紊地推進，“硬骨頭”被一一拿下。依託工程建設陣地，兩大科研同步推進……
9月13日，三峽大學土木與建築學院汪峰副教授剛剛拿到了《專利申請受理通知書》。
“這份由宜昌橋投公司申請的三塔混凝土斜拉橋換索工程技術研究與運用和在役多塔斜拉橋結構狀態識別與評估成套技術研究有可能在全國橋梁建設維護中被廣泛推廣。”汪峰介紹，項目實施前，國內橋梁“體檢”，大多是利用設備載人對橋體逐一拍照、定位。傳統作業方式不僅時間長，且存在盲區。技術團隊引入無人機及數字模擬分析彌補了傳統方法的短板，讓檢測周期和成本壓縮了三分之二，更將檢測人員的安全風險降至零。
“工作室就像一步‘先手棋’，趕上大橋換索的契機，有了更多産研結合的實踐機會。”2023年7月，在宜昌市委組織部、市委人才辦、市委老幹部局、宜昌城發集團大力支持下，在三峽大學成立了“周昌棟工作室”，一項項基於大橋的“探索”已提前布局。
“在長江主航道上，為數百米跨度的橋梁換索，不僅對宜昌，對全國來説，説它是一次開創性的嘗試也不為過。”中鐵大橋勘測設計院第二設計院院長邱峰介紹，中國橋梁大規模建設始於20世紀90年代初。斜拉索使用壽命一般為二十至二十五年，根據檢測情況，將有越來越多的橋梁將開始更換拉索。他認為，宜昌的成功探索，一定會吸引眾多國內同行前來交流學習，並將助推中國橋梁建設技藝的進步。
“最卷”業主超前“思索” 宜昌智慧將走向全國
2024年8月20日深夜10時，夷陵長江大橋南岸的大橋集團院內，周昌棟的辦公室燈火通明。項目參與方代表，嚴肅地正分析着最後一張監控數據。
數分鐘後，伴隨着一陣雀躍，大橋的最後一根鋼索宣告換索完成。此時，周昌棟疲憊的臉上，終於露出了一絲笑容。
“數據分析結果不管多晚發給周昌棟技術總顧問，他一定會在線等待確認。”項目監理方負責任人何曉明的手機裏，至今保留着一份本次項目“監控領導小組監控指令單”。
何曉明記得，數據分析需要在當天施工完成後進行，時常要等到下午七八點，等到凌晨更是常事，但年過七旬的周昌棟不管等到多晚，都會及時反饋並確定方案，確保次日施工方“按圖施工”。
正是有了周昌棟“定海神針”的作用，才讓參建各方毫無負擔，全身心投入項目進程。
“第一次見到這麼‘卷’的甲方。不僅原材料要駐場檢查，從源頭保證質量；每個類別的索型還有監控指令指導施工，並且有甲方和監理全程旁站督導；各種類型的、各個層級的安全檢查，各種方式的、各種形式的安全教育活動，全面的安全管理流程；還有不同職能部門的進度督查，讓我不敢懈怠，也無法懈怠。”施工單位項目經理陳志敏説。
正是這種精細到極致的管理，“卷”出了項目按期完成，“卷”出了結構的安全穩定，“卷”出了大橋的優異品質。
“遇到最卷的‘甲方’，既擔心又安心。擔心的是每一個環節容不得一絲偏差。安心的是，甲方能給予充分的技術支持。因為專業能力，甲方更能看到全國同類橋梁換索工藝、工裝的‘痛點’， 啟發我們一起創新。”施工單位技術負責人王永鵬介紹，正是甲方的專業能力，讓他們在施工中有思路創新，也敢於創新，一大批新研發的工裝，將在往後的同類項目中廣泛使用。參與項目中的70名工人已成長為此類型鋼索換索、調索的專業人員，將更好的服務同類型橋梁的換索工作。
“更換邊塔17、18號索時，因為塔頂處有塔內電梯驅動設備，斜拉索張拉的工裝無處安裝，我們建議拆除電梯，但周總又大膽提出了新思路。”中鐵大橋勘測設計院第二設計院設計負責人何東升對施工過程中，甲方敢於嘗試勇於創新印象深刻。面對極端施工條件，周昌棟帶領甲方技術團隊研討並提出新方案：將更換張拉端由主塔內調整到梁體內。
“拆塔內電梯，最後再恢復，極大可能無法恢復到原有功能，並且這拆裝的時間也需要差不多1個月。”養護單位王勇介紹了周昌棟團隊提出新方案的初衷。
“這是從來沒有過的做法，當時我們沒有信心。”何東升回憶道，按照更換張拉端的思路，甲方團隊組織監控單位檢測採集橋面相關技術數據，施工單位、設計單位、監控單位分別對數據進行理論計算，對比各單位的計算結果，均顯示橋面的各項指標滿足斜拉索張拉的荷載要求。“這件事，讓我對甲方團隊技術核心周總産生了無比的欽佩，也教會我作為一名技術工作者，應該敢想敢實踐，不能因為沒有借鑒就墨守成規。”
“隨着換索順利完成，懸着的心才算踏實下來。換索過程中遇到了很多困境，我們都大膽思索，不斷創新、科研、改良，都迎刃而解，項目提高了質效。”作為建設單位負責人，代明凈一想到此次的換索經驗可以指導以後類似斜拉橋的斜拉索更換工程實施，自豪感便油然而生。
10月24日晚，伴隨着最後一輛載荷試驗重卡駛離橋面，周昌棟和參建人員發出了久違的、爽朗的笑聲。
大橋上霓虹璀璨、橋兩岸萬家燈火，300個日夜的付出，讓這座陪伴宜昌人民23年的大橋破繭重生。
“宜昌的創新氛圍，讓項目參與單位敢於嘗試新技術、新方法、新思維、新設備。”周昌棟説，是宜昌的創新土壤培育了自己的“大膽”。他和橋梁打交道的50年間，每次基於專業的科學分析和實踐經驗基礎上的創新，在宜昌都得到了支持。借助夷陵長江大橋換索項目，能再次在創新驅動下産生宜昌智慧結晶，更讓他倍感振奮。（劉賢廷）
