王 平

（中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

整孔預制架設施工是橋梁建造過程中最為普遍的施工工藝，然由于結構安全性、施工經濟性、設備通用性、線路適用性等多方面原因，在跨越河流、溝谷、城區(qū)、既有建筑等跨度較長或者處于小曲線半徑上的橋梁建造，仍主要采用整體支架現澆或者懸臂澆筑施工方式。該方法存在施工工期較長、安全風險高、人員投入多、質量難以保證、受天氣影響大、對周邊環(huán)境及交通影響大等弊端。

節(jié)段預制拼裝技術，是將橋梁結構化整為零、再化零為整的一種裝配式建造方式，具有施工快速、質量可靠、綠色環(huán)保、施工標準化工業(yè)化程度高的特點，可較好彌補整孔預制架設和現澆施工存在的不足，有效提高橋梁建設質量和建造速度，適用于大跨徑、小半徑曲線橋梁的裝配式施工，是對鐵路橋梁工程建設技術工業(yè)化發(fā)展的有效補充。目前來說，節(jié)段預制拼裝技術在我國公路和城市軌道交通工程中應用較廣，但是對于我國鐵路橋梁的節(jié)段預制拼裝技術，其發(fā)展應用遠滯后于公路和軌道交通行業(yè)，由于材料、技術、設備等多方面原因，與整孔預制架設、現澆施工方法相比，節(jié)段預制拼裝技術在鐵路工程應用份額不足3%，高速鐵路建造中應用更是少之又少，缺少成熟的施工經驗和標準參考。

1 工程概況

新建魯南高速鐵路是山東省“三橫五縱”高速鐵路網的重要組成部分，是國家“八縱八橫”高速鐵路網的重要連接通道，速度目標值350km/h。魯南高鐵菏澤至曲阜段1 標的泗河特大橋109～136#共27 孔簡支箱梁因跨越泗河河道原因，設計跨度48m，采用節(jié)段預制膠結拼裝結構，每孔梁共分為11 個節(jié)段。該橋是國內高速鐵路工程首次采用膠接拼裝簡支節(jié)段箱梁結構的項目，屬于鐵總推行膠拼節(jié)段梁的重要試點工程之一，結構新型，施工難度大，科技含量高。

2 工藝原理

2.1 高速鐵路簡支節(jié)段箱梁膠拼架設技術

節(jié)段箱梁架設施工采用“工廠預制、現場組裝”的方法，預制梁場建設于節(jié)段梁起始段落范圍內，下行式架橋機組拼完成后，直接采用跨線提梁門式起重機將節(jié)段梁起吊上橋架設在架橋機支撐托架平臺上；梁場范圍以外采用運梁車上橋、橋后喂梁的方式架設。所有梁段吊放至架橋機上后，首先依靠六點架設坐標，利用架橋機天車進行墩頂基準塊（1#段）的精確定位，定位后進行臨時限位固定，以1#段為基準，依次完成2～11#節(jié)段的線形調整和拼裝。拼裝時按施工前進方向將相鄰塊節(jié)縫面涂抹膠粘劑，剪力鍵精確對位并施工臨時預應力擠緊固化。所有節(jié)段拼裝完成并安裝好支座后，分批對稱張拉預應力筋并壓漿封錨，按照過孔步驟完成架橋機過孔，進行下一段節(jié)段梁拼裝架設。

2.2 架橋機選型及適應性改造

2.2.1 架橋機對比選型

1）上行式橋機通用性性強，對曲線半徑小、粱跨尺寸變化、下部墩身結構尺寸種類多等特殊工況均有較好的適用性，架設、過孔基本不受下部結構影響，工效可達7 天/孔；但是其高度較高，拼裝作業(yè)安全風險性大，易與梁場內其他吊裝設備干涉，同時拼裝時采用節(jié)段吊掛形式，穩(wěn)定性較差，精調速度也比較慢。

2）下行式橋機高度與墩頂差不多，整機荷載作用于墩頂，穩(wěn)定性較好，同時節(jié)段精調拼裝時下部有支撐托架平臺，梁段較重的情況下作業(yè)人員安全性、節(jié)段拼裝速度、拼裝線形都得到保證，工效同樣可達到7 天/孔；但因為其整體性較強，對于小曲線半徑和下部結構尺寸變化多的工況，適用性較差。

3）支架法在墩身較低的梁體架設施工時，安全穩(wěn)定，同時可提前拼裝前方粱跨支架，減少工序干擾；但是對于墩身較高的工況來說，支架法安全風險高，處理地基花費成本大，還需配置單獨的吊梁和調梁設備，線控控制難，施工工效低。

4）魯南高鐵泗河特大橋節(jié)段梁最大節(jié)段重167t，整孔梁重超過1 600t，墩高15～25m，線路曲線半徑大近似直線，墩身類型基本統(tǒng)一，節(jié)段梁預制梁場位于起始段落正下方，節(jié)段采用梁場直接起吊后橋上運梁的方式，跨線提梁門式起重機高度較高。針對項目具體工況，結合幾類施工設備的優(yōu)缺點和梁重，從施工安全、施工工效、施工質量等方面考慮，選擇TP48 下行式架橋機進行節(jié)段梁膠接拼裝施工。

2.2.2 TP48下行式架橋機結構原理介紹

TP48 節(jié)段拼裝架橋機由主梁結構、支承結構、起重天車等組成。主框架由主箱梁和前后導梁組成，前后導梁為矩形桁架結構，總長26m+26m，分為8 節(jié)，每節(jié)13m，單節(jié)最重約13.5t。架橋機由前、后輔助支腿及托架臺車作為支撐，托架臺車安裝在墩頂上，前、后支腿分別安裝于主桁的兩端部。前支腿重約9t，后支腿重約9t，托架臺車單重約17t。起重天車額定起重量為180t（含吊具），最大起升高度為30m（吊具以下），安裝于主框架的上部。天車高度15m，總重量約98t。其它附屬構件有吊具、臺車、節(jié)段支撐橫梁、電器液壓系統(tǒng)等，單件最重均小于20t。本架橋機采用橋面尾部喂梁方式，也可實現橋下喂梁方式。

TP48 節(jié)段拼裝架橋機具有整孔拼裝、自行倒腿、自行過孔等技術特點，卷揚系統(tǒng)配備超載自動保護裝置，同時設置纖維開關及緊急制動按鈕，有效保證了架橋機施工安全性。

2.2.3 架橋機適應性技術改造

1）首次在高速鐵路施工中應用膠拼簡支節(jié)段箱梁，與濕拼相比，節(jié)段拼裝的精度要求非常高，原有的設備和調整方法無法滿足梁段精調要求。針對此情況，施工中在吊具上創(chuàng)新增加了縱橫向調整液壓系統(tǒng)，天車和吊具粗調到位后，采用縱橫向調整液壓系統(tǒng)進行精調，保證了線形精度和精調效率。

2）借助高鐵橋梁墩身尺寸比較大的優(yōu)勢，對架橋機托架和臺車結構進行優(yōu)化，將托架直接坐落在墩頂和墩側固定，架橋機自重經托架承剪梁傳遞給橋墩墩頂（圖1）。通過此項改造，將受力作用于墩頂，簡化了傳統(tǒng)工序的流程，保證了施工安全，提高了橋機安裝及過孔工效。

圖1 托架及臺車

3）與濕拼相比，膠拼施工需先粗定位，再精定位，要求節(jié)段支撐橫梁的支撐范圍更廣范，平移所有調節(jié)撐桿的位置，并對支撐托架進行補強；支撐托架平臺很方便地從中間打開、合攏（圖2），提高架橋機拼裝和過孔速度。

圖2 支撐托架平臺中部打開過孔

4）架橋機采用托架跨越式倒腿整孔過孔，過孔速度快。

2.3 架設線形控制

節(jié)段梁架設整個過程采用新開發(fā)的信息化管理軟件進行拼裝線形控制，節(jié)段梁在預制施工時，所有的觀測點預制坐標數據在測量時直接由儀器傳輸至管理系統(tǒng)儲存；架設施工時，通過系統(tǒng)內設計的預制相對坐標和架設大地坐標系絕對坐標的位置關系進行自行轉化，由系統(tǒng)直接計算給出所有節(jié)段的架設控制坐標。測量人員利用此坐標依次進行11 個節(jié)段的定位調整，直至整孔橋梁線形調整到位。單一節(jié)段初步調整完成后，當6 個測點復核數據與理論值超過要求范圍，系統(tǒng)即刻預警，提示重新調整。梁段拼裝線形全過程均由信息化系統(tǒng)控制，避免了人為誤差的產生，測控數據越準確，膠拼架設工效越高。

2.4 BIM技術模擬指導

施工前期建立BIM 模型，主要利用BIM 模型的可視化交底和施工模擬功能，對架橋機拼裝過孔、梁段吊裝精調等關鍵工藝進行指導（圖3）。

圖3 節(jié)段拼裝、橋機過孔施工模擬

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

高速鐵路48m 節(jié)段箱梁膠拼法高效架設施工工藝流程如下：施工準備→TP48 節(jié)段拼裝架橋機拼裝及荷載試驗→節(jié)段梁吊裝及初步對位→1#節(jié)段梁精調→依次完成剩余節(jié)段梁精調→節(jié)段梁膠拼→臨時預應力張拉→支座灌漿→永久預應力張拉→架橋機過孔→進行下一孔箱梁架設。

3.2 關鍵工序施工工藝及操作要點

3.2.1 施工準備

1）由節(jié)段梁預制架設信息化管理軟件計算導出架設坐標報告，并向現場測控人員交底。

2）建立節(jié)段梁膠拼架設BIM 模型，對作業(yè)人員進行可視化交底和施工模擬指導。

3.2.2 架橋機拼裝

根據現場場地實際情況及下部結構施工進度，架橋機選擇在110～111#墩安裝，安裝完成后架橋機后退一孔開始施工。拼裝采用2 臺300t汽車起重機整體提升主梁，前后導梁單側整體提升并于空中對接，其它部件均整體提升。

3.2.3 節(jié)段梁吊裝及初步對位

1）109～113#墩的節(jié)段箱梁采用門式起重機喂梁方式（橋面喂梁），114～136#墩的節(jié)段箱梁采用運輸車上橋運梁、天車吊裝橋后喂梁方式。

2）節(jié)段梁吊裝前利用全站儀在墩頂和支座墊石上放樣梁段邊界線和橋梁工作線，在每片節(jié)段梁底部標示梁體縱向中心線，節(jié)段拼裝過程中能夠更直觀的進行線形調整，確保節(jié)段梁定位準確。

3.2.4 節(jié)段精調對位

1）采用六點坐標控制法對基準塊及其余節(jié)段箱梁進行精確定位。節(jié)段梁精調采用天車吊具上新增的縱橫向液壓微調裝置，根據橋梁設計線型和各節(jié)段經轉換后的六點控制坐標進行平面線形調整；綜合考慮縱坡、預設反拱、支座預偏量、接縫拼裝前后支架撓度變化及梁高偏差等因素帶來的高程方面的數據變化，調整架梁高程坐標，用來進行節(jié)段高程調整控制。在主梁的架設過程中主梁的線形測點應該與預制測點基本保持一致，利用預制過程中埋設的不銹鋼測點進行監(jiān)測，以實現預制監(jiān)測數據與架設監(jiān)測的順接。

2）利用BIM 技術進行梁體節(jié)段調整模擬，通過模型提前模擬，制定相應的質量控制措施，粗調梁工作務必提前到吊放梁段的時候進行，即在下梁過程中就控制好縱向、橫向及高程位置，特別是梁節(jié)左右的高差值，這不僅能節(jié)省調梁的時間，也能大大提高線型質量。

3）基準塊（1#塊）精確定位時，首先利用墩頂千斤頂進行基準塊高程調整，高程對位完成后，通過起重天車旋轉吊具、墩頂臨時支撐、縱橫向臨時限位裝置將基準塊的縱、橫向位置按照控制坐標進行調整。

4）基準塊（1#塊）精確定位后，采用千斤頂、導鏈配合架橋機主梁對基準塊進行臨時限位，避免節(jié)段膠拼時因碰撞、臨時鎖定等因素使基準塊產生位移，導致整孔梁線形出現偏差?；鶞蕢K限位工序為：墊石內側放置2 臺150t 千斤頂配合架橋機上的可調高支撐進行四點支撐→梁段吊裝就位→精確對位→4 根5t 倒鏈通過架橋機主梁鎖定梁段→防落梁與墊石空隙處填塞木塞→水平安裝2 臺單束頂（單束頂頂在已架好的梁端上）→完成梁段的縱、橫向限位。

3.2.5 節(jié)段梁膠拼施工

1）涂抹環(huán)氧粘結劑前必須將兩榀節(jié)段梁截面清理干凈，除去油污、雜質和灰渣等，截面必須保持干燥；檢查機具設備的性能是否良好；準備防雨、防曬措施。

2）在節(jié)段梁膠拼作業(yè)前，應進行試拼裝檢測，確保兩梁段拼接面標高、傾斜度保持一致，減少涂膠后的梁段位置調節(jié)時間。

3）預制節(jié)段之間涂刷無溶劑型環(huán)氧樹脂膠結劑，拌和轉速控制在約400r/min，每桶混合膠體（拌和物用量比例按設計要求進行確定）的拌制時間一般控制在2～3min，但最終攪制效果是通過各種組分不同顏色的條帶經混拌完全消失為純灰色為準。在常溫條件下，拌制完的環(huán)氧樹脂宜在45min 內涂刷完畢，90min 內進行拼接。

4）涂抹施工溫度控制在0～35℃，拼接膠在低于這個溫度時反應會變慢，在高于這個溫度的時候反應會加快，過高不能使用。外部環(huán)境對膠性能影響較大，為了保證涂膠效率及涂裝均勻、飽滿連續(xù)，采用人工佩戴防護手套抹膠，為方便操作將1、2 號節(jié)段梁分開0.5m，采用單面涂膠工藝，涂膠厚度為3mm，分頂板、腹板及底板3個工作面自上而下快速同步進行涂裝，抹膠過程中專人對膠體質量進行檢測，厚度不足或不均勻區(qū)域及時進行補抹，保證了涂膠工序與質量檢測同步完成。

5）為防止膠拼過程中預應力孔道堵塞，采用粘貼孔道密封圈措施，接縫面表面不開槽，兩接縫面直接對接密封圈。密封圈采用閉孔發(fā)泡聚乙烯材料，密封墊圈尺寸為環(huán)寬10mm、厚5mm，內環(huán)直徑比預應力孔道直徑大5mm。臨時張拉工序完成后，采用預應力孔道過孔器材進行檢驗，確保預應力孔道順暢。

6）為了確保接縫面涂膠外觀質量，臨時張拉完成后應及時刮除擠出的環(huán)氧樹脂，并對預應力孔道進行檢查清理，確保孔道暢通。另外，在接縫面膠水固化前，采用防雨、防曬棚保護接縫面膠水，防止日光直射影響涂膠施工質量。

3.2.6 臨時預應力張拉

為使兩個節(jié)段接縫緊密接觸，將節(jié)段粘結成整體，保證節(jié)段之間不發(fā)生錯動，進行臨時預應力張拉擠膠。在全截面環(huán)氧樹脂膠涂刷完畢，處理好接縫面預應力孔道密封措施后，移動待拼梁段，對位進行拼接。拼接段靠攏至固定段5cm時，調整節(jié)段位置，使中線、標高符合要求，利用千斤頂張拉穿在頂板和腹板上的4 個鋼錨塊中的精軋螺紋鋼進行兩個拼裝節(jié)段臨時預應力張拉，張拉時兩端同時對稱張拉，使兩端緊密粘結成一體。

3.2.7 支座灌漿

架梁前復核支承墊石的標高、位置、尺寸和支座錨栓孔位置、深度、十字線等是否滿足要求。對支座范圍內的墊石混凝土表面進行鑿毛處理，將預留錨栓孔中的雜物進行清除。安裝灌漿專用鋼模板，底面設一層4mm 厚橡膠防漏條，通過打膨脹螺栓設錨栓聯結固定在支承墊石頂面。支座就位后，在支座底板與橋墩支承墊石頂面之間應留有25mm 的空隙以便灌注無收縮高強度灌注材料。在各節(jié)段梁體線形，中線及標高調整完畢后，采用重力灌漿方式灌注支座下部及錨栓孔處空隙。

3.2.8 永久預應力張拉壓漿

環(huán)氧密封膠完全固化后根據設計張拉順序穿束張拉永久預應力。永久預應力筋張拉完成后，在48h 內進行管道壓漿。

3.2.9 架橋機過孔

永久預應力張拉完畢后，架橋機準備過孔，過孔的步驟具體為：旋轉打開節(jié)段支撐托架橫梁→解除整機縱向約束→驅動前方臺車的縱移油缸，推動主框架縱移（注意此步驟縱移過程中起重天車位于后墩臺車的正上方作為配重）→以后支腿為基準，可以合攏進入梁縫時，造橋機停止縱移→前、后支腿支撐到橋墩的墩頂上→后支承臺車對稱橫移到鋼箱梁外側并鎖定在倒腿支架上→解除后墩旁托架橋墩約束→起重天車到后墩將墩旁托架拆開、橫移，連同支承臺車一起吊裝到超前墩→利用吊機加平板車將立柱及支撐鎖定裝置倒運至超前墩重新調整安裝→重新安裝托架和臺車→前支腿下放回收→后橫聯油缸下落到原來高度，調整主框架的縱向坡度→起重天車位于超前墩的正上方作為配重→驅動后方臺車的縱移油缸，繼續(xù)推動主框架縱移→架橋機前移至下跨位→前支腿支起→檢查錨固→準備下一孔節(jié)段梁架設。

4 結語

針對高速鐵路膠接拼裝這一新型結構現有的拼裝工藝、配套工裝尚不成熟，魯南高鐵節(jié)段梁工期緊張的實際情況，結合以往公路、軌道工程中節(jié)段梁拼裝施工經驗，總結形成了一套成熟的高速鐵路簡支節(jié)段箱梁膠接拼裝快速施工技術，保證了架梁工效和安全質量，從2019 年10 月份開始到2020 年6 月末，完成了泗河特大橋27 孔節(jié)段箱梁的拼裝，經過前期試驗摸索后，最后20孔梁的平均月拼裝工效達到5 孔/月，為裝配式建筑領域積累經驗和參考。主要特點如下。

1）對現有的下行式節(jié)段梁拼裝架橋機進行適應性技術改造，創(chuàng)新增加橋機吊具縱橫向微調液壓系統(tǒng)、調整中間支撐托架平臺開合方式、改變托架結構利用現有墩頂作為橋梁荷載主要受力點、優(yōu)化整機過孔方式等措施，實現了48m 簡支節(jié)段箱梁高精度拼裝，同時提升了整體拼裝效率，保證了施工安全。

2）開發(fā)應用了長短偶配法節(jié)段梁預制架設線控軟件，所有節(jié)段均通過系統(tǒng)內前期自動采集儲存的預制數據，自動計算架設線形控制坐標，整個過程均由軟件自動控制，避免人為操作帶來的誤差；通過六點架設實測坐標與理論數值對比分析，系統(tǒng)快速給出預警后進行重新調整，實現了單個節(jié)段架設線形精度控制，提高了整孔梁快速架設。

3）利用BIM 技術模擬架橋機拼裝和節(jié)段梁膠拼架設工藝過程，使作業(yè)人員提前熟知施工方法，提高了架橋機過孔、節(jié)段拼裝等關鍵工藝的工效。

4）優(yōu)化臨時預應力張拉結構，借助PVC 預留孔洞和精軋螺紋鋼，創(chuàng)新臨時張拉結構和梁體的固定連接方式，所有鋼結構件均為可拆卸式，安拆方便，整孔施工完成后可快速循環(huán)至下一孔，減少了成本投入。

5）研究應用了基準塊（1#塊）精確定位臨時限位技術，避免節(jié)段膠拼時因碰撞、臨時鎖定等因素使基準塊產生位移，導致后續(xù)線形控制出現錯誤的現象，提高架設精度和工效。