裝配出來的虎門二橋

文/中交二航局虎門二橋項(xiàng)目部 張政 巫興發(fā)

虎門二橋通車后，從廣州南沙到東莞虎門的車程可縮短10公里，行車時間將從現(xiàn)在的1個多小時縮短至15分鐘，從東莞到番禺可縮短30分鐘車程。廖西平／攝

11月20日，隨著最后一段節(jié)段箱梁架設(shè)到位，連通廣州與東莞的虎門二橋全線合龍貫通。虎門二橋設(shè)計(jì)全長12.891公里，是世界上跨徑最長的鋼箱梁懸索橋。作為粵港澳大灣區(qū)珠三角核心區(qū)內(nèi)重要的過江通道，它包含了兩座超千米懸索橋，建成后將有力地改善廣州南部跨越珠江的交通狀況，打破珠江口兩岸只有一個通道的“瓶頸”，有效緩解虎門大橋的通行壓力。

虎門二橋S3標(biāo)主要施工內(nèi)容包括大沙水道橋東塔、東錨、全線節(jié)段箱梁預(yù)制拼裝、中引橋、海鷗島互通橋及附屬工程等。其中全線3533榀混凝土節(jié)段箱梁的預(yù)制拼裝具有箱梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝位置多等特點(diǎn)。建設(shè)單位采用“短線匹配法”工藝，實(shí)現(xiàn)全橋節(jié)段箱梁的裝配化預(yù)制拼裝施工，用良好的安裝進(jìn)度及質(zhì)量控制，締造一個世界級懸索大橋。

將世界級工程搬上流水線

裝配化施工是一種將結(jié)構(gòu)拆分為構(gòu)件進(jìn)行工廠制造、現(xiàn)場拼裝的工藝，它可以顯著提高工程質(zhì)量、加快現(xiàn)場施工速度、最大限度減少施工過程對既有環(huán)境及交通的干擾。

虎門二橋S3標(biāo)負(fù)責(zé)的箱梁拼裝區(qū)域橫跨番禺區(qū)海鷗島，分布三地，包括騮東互通主線橋、西引橋、中引橋、海鷗島互通主線橋、東引橋共五個部分。如果采用傳統(tǒng)的移動模架現(xiàn)澆工藝進(jìn)行節(jié)段箱梁施工，勢必會對珠江航道現(xiàn)有交通造成極大影響，同時點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)也使混凝土的質(zhì)量難以得到保證，技術(shù)人員經(jīng)過多方對比之后，決定采用裝配化工藝中的“短線匹配法”進(jìn)行節(jié)段箱梁施工。

“短線匹配法”裝配化施工是指將整孔節(jié)段箱梁設(shè)計(jì)成若干個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，在預(yù)制工廠的預(yù)制臺座上，利用循環(huán)使用的模板系統(tǒng)逐榀匹配、流水預(yù)制，再利用船舶或車輛等運(yùn)輸工具，將節(jié)段箱梁運(yùn)至安裝橋位，由架橋機(jī)、橋面吊機(jī)進(jìn)行箱梁拼裝，并通過預(yù)應(yīng)力將節(jié)段箱梁現(xiàn)場連接成橋的先進(jìn)技術(shù)。

打破國外技術(shù)壟斷

“短線匹配法”節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)最先由法國工程師提出，并于20世紀(jì)應(yīng)用于歐美等發(fā)達(dá)國家。2004年，中交二航局在國內(nèi)首次將這項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模引入蘇通大橋建設(shè)中，取得了非常顯著的經(jīng)濟(jì)及社會效益，相比傳統(tǒng)移動模架現(xiàn)澆工藝，縮短施工時間7個月，節(jié)省開支上億元。通過蘇通大橋的實(shí)踐，建橋團(tuán)隊(duì)深刻認(rèn)識到，掌握“短線匹配法”這項(xiàng)新技術(shù)的核心機(jī)密，將有力推動我國橋梁技術(shù)的發(fā)展。

架橋機(jī)拼裝鋼箱梁

廣東虎門二橋項(xiàng)目起點(diǎn)在廣州市南沙區(qū)東涌鎮(zhèn)，終點(diǎn)在東莞市沙田鎮(zhèn)，與廣（州）深（圳）沿江高速公路相接。 張政／攝

在蘇通大橋建設(shè)完成時，中交二航局已經(jīng)掌握了“短線匹配法”施工控制技術(shù)并自主研發(fā)了相應(yīng)軟件，配制了性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)拼接膠，研發(fā)了系列化的架橋機(jī)產(chǎn)品等，一舉打破了國外公司在該項(xiàng)技術(shù)上的壟斷。

蘇通大橋之后，在隨后的江蘇崇啟大橋、南京第四長江大橋、廈漳跨海大橋及剛剛通車的文萊大摩拉島大橋等項(xiàng)目陸續(xù)采用了“短線匹配法”技術(shù)，并不斷攻克了“緩和曲線節(jié)段梁預(yù)制拼裝”“超小曲線半徑梁架橋機(jī)架設(shè)”“大跨徑變截面節(jié)段梁預(yù)制及懸臂拼裝”等難題。2012年，“短線匹配法”節(jié)段拼裝橋梁技術(shù)一舉奪得國家科技進(jìn)步二等獎。

新方案攻克安全難題

虎門二橋建設(shè)伊始，為了確定最合理的箱梁構(gòu)件劃分，建橋團(tuán)隊(duì)便開始對節(jié)段箱梁預(yù)制方案展開研究。從混凝土配制、鋼筋流水線綁扎到每一個構(gòu)件尺寸的確定，都需要做好詳細(xì)的規(guī)劃。就在此刻，一個難題出現(xiàn)了。虎門二橋墩頂節(jié)段梁包含橫隔梁，如果整個箱梁構(gòu)件采用一體式的方法預(yù)制，其重量將超過300噸，而陸地區(qū)域需用汽車吊進(jìn)行墩頂梁的吊裝，如此大體量的箱梁吊裝施工安全風(fēng)險極高，可謂不可能完成的任務(wù)。

為完成這個復(fù)雜的施工方案，二航局技術(shù)中心與建橋團(tuán)隊(duì)通力合作，從多種方案中篩選出了“空心式墩頂塊”的方案：在預(yù)制工廠完成墩頂節(jié)段梁外殼預(yù)制，吊裝至墩頂后再澆筑外殼填充部分混凝土。為了確定混凝土外殼的合理厚度，技術(shù)人員采用1厘米的迭代步驟計(jì)算了從50厘米到20厘米共幾十種厚度方案，以最優(yōu)化之后的結(jié)果作為實(shí)施準(zhǔn)則，保證結(jié)構(gòu)安全的同時也方便了墩頂節(jié)段梁起吊。

為了推進(jìn)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化制作，項(xiàng)目部建立了先進(jìn)的預(yù)制工廠，包含鋼筋綁扎區(qū)、液壓模板區(qū)、預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)區(qū)、構(gòu)件存放區(qū)等劃分，各區(qū)緊密有機(jī)銜接，保證預(yù)制構(gòu)建的流水化生產(chǎn)。團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了基于BIM技術(shù)的節(jié)段梁預(yù)制廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過智能化系統(tǒng)對每一個構(gòu)件進(jìn)行編號、定位，保證了預(yù)制質(zhì)量的可追溯性及構(gòu)件出運(yùn)的合理性。

保證從圖紙到拼裝現(xiàn)場的一致性

預(yù)制構(gòu)件拼裝成完整結(jié)構(gòu)，怎樣保證其形狀與最初的設(shè)計(jì)一致，也是建設(shè)團(tuán)隊(duì)面臨的一大難點(diǎn)。虎門二橋跨海鷗島段橋梁線形非常復(fù)雜，中引橋部分需在250米范圍內(nèi)將橋梁的橫坡從2%變化到-3%，對于20米寬的箱梁來說，每1%的變化就是20厘米的相對高差，這意味著虎門二橋的設(shè)計(jì)線形是肉眼可見的一種空間扭曲狀，可形象地稱之為“游龍”。正是這種優(yōu)美的曲線，讓拼裝成橋的每一塊節(jié)段箱梁都是不規(guī)則的。建橋團(tuán)隊(duì)針對此種結(jié)構(gòu)，耗費(fèi)數(shù)月研究了預(yù)制臺座模板的剛度與穩(wěn)定性，以及拼裝過程橋梁扭轉(zhuǎn)剛度等因素對成橋線形的影響，并通過貫通“短線匹配法”整個生產(chǎn)鏈的技術(shù)整合來消除可能產(chǎn)生的誤差：從模板系統(tǒng)的細(xì)化設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)膠的均勻涂抹，從匹配梁的位置調(diào)整方法到現(xiàn)澆混凝土連接等，都進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)預(yù)制拼裝過程中工人操作難度與普通預(yù)制構(gòu)件施工基本無差別。

通過短線匹配法和智能化管理，虎門二橋?qū)?500多段節(jié)段箱梁在工廠預(yù)制后，通過架橋機(jī)如同搭積木般安裝到位，高效精準(zhǔn)完成橋面主體結(jié)構(gòu)建設(shè)任務(wù)。

同時，為了保證所有預(yù)制構(gòu)件拼裝過程滿足高效、及時反饋的要求，建設(shè)團(tuán)隊(duì)采用了其自主研發(fā)的“短線法節(jié)段梁施工控制視窗系統(tǒng)3.0”，進(jìn)行全過程控制。從構(gòu)件預(yù)制階段開始，通過基于大數(shù)據(jù)分析的誤差處理技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)云端計(jì)算分析技術(shù)，精準(zhǔn)控制每一個節(jié)段的三維尺寸，使構(gòu)件在便于制造的同時，可精確組裝成完整結(jié)構(gòu)，精細(xì)化的施工控制使裝配式橋梁的施工如同“搭積木”一般簡潔，可使建橋團(tuán)隊(duì)從容把握施工進(jìn)度與精度。

虎門二橋采用懸臂拼裝工藝的箱梁節(jié)段最大重量達(dá)173.9噸，相當(dāng)于120輛小轎車的重量，為節(jié)段箱梁吊裝施工帶來巨大挑戰(zhàn)。而采用逐孔拼裝工藝的箱梁整跨重量達(dá)1662噸，這些重量全部由支撐于橋墩頂部的架橋機(jī)承受。施工安全問題猶如懸在建橋團(tuán)隊(duì)頭頂?shù)睦麆Γ词挂呀?jīng)對方案進(jìn)行多方復(fù)核，對設(shè)備進(jìn)行反復(fù)檢驗(yàn)，但一千多噸的箱梁懸吊，依然讓建設(shè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?zhàn)戰(zhàn)兢兢、如履薄冰。橋梁構(gòu)件體量大，嚴(yán)格的規(guī)章制度是施工安全的重要保障。在總結(jié)多方經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過業(yè)內(nèi)專家多次審核，形成了《節(jié)段梁預(yù)制拼裝施工細(xì)則》。

為了提升和推廣裝配式橋梁施工技術(shù)，建橋團(tuán)隊(duì)采用理論分析、實(shí)際檢驗(yàn)的方法，對預(yù)制工廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)、構(gòu)件預(yù)制方案流程、節(jié)段箱梁拼裝架設(shè)、現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)連接、結(jié)構(gòu)膠連接、裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力等技術(shù)進(jìn)行了研究，并聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、西南交通大學(xué)、中交公規(guī)院、交通運(yùn)輸部公路科研所等單位開展工作，提出各工藝方法的設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)，主編了中國交建《短線匹配法節(jié)段預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)施工技術(shù)規(guī)程》，參編了住建部《節(jié)段預(yù)制拼裝混凝土橋梁技術(shù)規(guī)范》，同時，還編制了廣東省的地方標(biāo)準(zhǔn)《短線法預(yù)制拼裝橋梁施工技術(shù)規(guī)程》，真正使“短線匹配法”設(shè)計(jì)施工做到了有章可循。

已故中國工程院院士范立礎(chǔ)曾表示：短線法預(yù)制拼裝技術(shù)的研發(fā)，可以突破國外技術(shù)壁壘，推動我國橋梁建設(shè)由傳統(tǒng)的勞動密集型、作業(yè)松散型向機(jī)械化、工廠化轉(zhuǎn)化。

截至目前，虎門二橋全線節(jié)段箱梁的預(yù)制拼裝施工已經(jīng)完成。除成功運(yùn)用“短線匹配法”實(shí)現(xiàn)虎門二橋裝配化施工以外，建橋團(tuán)隊(duì)積極創(chuàng)新工藝、創(chuàng)造施工亮點(diǎn)，在廣東省錨碇錨固系統(tǒng)中首次大規(guī)模采用成品索、節(jié)段梁環(huán)氧體外索應(yīng)用；在東錨碇施工中刷新此前的國內(nèi)單次混凝土澆筑方量紀(jì)錄；在海鷗互通主線橋中完成國內(nèi)首次1300噸架橋機(jī)縱移過現(xiàn)澆梁等。

虎門二橋的匝道橋施工現(xiàn)場

虎門二橋在安全管理上，培養(yǎng)工匠班組，推進(jìn)平安班組建設(shè)。胡家于／攝