小曲線-大跨度連續鋼構橋施工技術研究

喻 偉

（中鐵南方投資集團有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

深圳城市軌道交通6 號線工程合水口站-薯田埔站區間大跨橋梁設計結構形式為剛構連續橋梁，全長330.122m，線路平面曲線半徑為550m，線路縱斷面坡度為20.024‰，設計軌面標高至原地面高度約16.5～22.5m。150m 跨徑的剛構連續梁橋為國內城市軌道交通同類橋梁中最大跨度橋梁之一，在世界城市軌道交通橋梁建設中也極為少見，本工程橋梁總體布置如圖1 所示。

圖1 大跨橋梁總體布置示意圖

2 工程難點分析

1）主墩Y 構結構體系復雜，工序繁多，Y 構結構分三部分澆筑完成，后續結構的澆筑施工對Y 構根部產生很大的附加彎矩，易造成該部位開裂，Y 構主體施工對臨時支撐體系的剛度以及地基的沉降要求大，Y 構主體與梁體，鋼筋密集，預應力體系復雜，操作難度大，周期長，Y 構與墩頂梁施工為本工程的關鍵控制點之一。

2）本橋橋位曲線半徑小，設計要求曲梁曲作，施工過程中，對梁體的線形控制要求非常高，該橋的線形控制是本工程的關鍵控制點之一。

3 BIM技術全橋建模分析

為了保障橋梁高效安全建設，通過施工工序控制和BIM 技術相結合的方式來預先發現工程難題，在工程中建立設計、施工一體化全橋三維模型，如圖2 所示。

圖2 CATIA全橋三維模型

3.1 工程量精確計算

根據BIM模型（圖3）所提供的詳細工程屬性，精確計算材料工程量，計算出不同施工階段的材料實際消耗量。精確算量，進而實施精確采購，限額領料，避免不必要的余量庫存，通過設計、BIM 及實際施工工程量對比，BIM 模型輸出混凝土的準確率高達98.577%，如表1 所示。

3.2 工程結構干涉分析

設計階段，設計人員借助BIM 模型的提示，及時發現的設計圖紙問題，有效規避圖紙問題。施工圖階段，檢查鋼筋布置碰撞問題，通過優化可以有效減少因空間關系問題而出現的設計變更。一旦BIM 碰撞檢查發現問題，可立即開展設計協調會議結合BIM模型商討解決。如圖4 所示，跨過公明渠支架采用BIM 模型和實際工程的比對圖，通過3 層貝雷梁設計滿足強度、剛度要求。

表1 混凝土輸出比較表 （單位：m3）

圖3 BIM工程量計算模型

圖4 BIM支架建模和工程實體比較圖

為更好的運營施工現場，對場地周邊進行建模，并進行模擬運營（圖5）。通過這些模型可以在工程開始前發現問題，解決問題，避免延誤過程工期。

圖5 BIM建模和工程實體比較圖

4 橋梁施工工序及關鍵技術

4.1 施工工序流程

為解決施工中存在的預應力體系復雜，施工操作難度大等問題，在施工總方案中150m 大跨剛構橋根據交通疏解情況分兩個階段施工，第一階段施工大跨橋樁基、承臺、墩柱。第二階段施工Y 構、0#塊、懸臂掛籃現澆梁等。在第一階段施工過程中同時進行第二期交通疏解。主體結構施工中兩個主墩盡量同時作業，垂直運輸作業采用塔機進行，水平運輸利用場地內已有道路。Y 構及邊跨段采用鋼管貝雷梁支架法施工，主梁其它梁段采用2 對三角形掛籃懸臂澆筑法施工。U 型梁腹板緊跟主梁段施工，在中跨合龍前完成U 型梁腹板安裝施工，先合龍中跨，再進行邊跨合龍。

4.2 樁基、承臺、墩柱施工

基礎均采用鉆孔灌注樁，主墩樁徑為2.2m，邊墩樁徑為1.5m。主墩樁基要求入中風化砂質泥巖不少于30m，邊墩樁基入中風化砂質泥巖不少于在10m。承臺采用平面鋼模板拼裝成型、泵送商品混凝土入模的方法施工。樁基樁頭處理后用C20 混凝土施工承臺墊層，比樁頂面低10cm，使樁身嵌入承臺內。鋼筋在加工點下料、加工，現場焊接成型，平面模板打磨涂刷脫模劑后逐塊拼裝，高強螺栓連接平順、固定牢固，混凝土施工前在模板底部用砂漿封堵縫隙，防止漏漿?；炷翝仓r采用插入式振搗器進行充分搗固，并采用預埋冷卻水管的方式進行降溫處理，澆筑完成后及時進行覆蓋養生。承臺完成后在頂面測設臨時水準點，作為墩身沉降觀測的控制點。主墩(HS13、HS14)設計為3.5m×4.5m 的矩形結構，邊墩(HS12、HS15)設計為花瓣式板式橋墩。墩柱采用定型鋼模板整體拼裝、腳手架加固，泵送混凝土入模一次澆筑成型的方法進行施工，鋼筋在加工點下料、現場焊接成型。邊墩的結構形式如圖6 所示。

圖6 邊墩結構形式立面示意圖

4.3 Y構施工技術處理

Y 構作為該橋梁關鍵施工控制點，分3 次澆筑形成體系，如圖7 所示。

圖7 Y構施工工序圖

第一段為墩頂以下1.2m 至Y 構梁與墩頂梁交接處，當Y 型梁混凝土達到100%設計強度且養護7 天后搭設拱頂梁段現澆支架，安裝鋼筋、模板，施工拱梁連接段（包含0#段）。

第二段為肋梁與頂梁交接段，當交匯段混凝土達到設計強度且養護時間不少于7 天后張拉頂腹板腋角處鋼束。交匯段張拉壓漿完成后開始拱頂梁段現澆施工，達到設計強度后進行預應力張拉及孔道壓漿，完成剛構梁支架現澆段施工。

第三段為墩頂梁中間26m 段。Y 構段施工完成后，拆除支架、安裝掛籃進入連續梁懸臂澆筑施工階段。

在Y 構施工過程中，斜腿澆筑完成后，在自重及施工荷載作用下，斜腿結構處于彈性支承的懸臂受力狀態，和體系形成后的受力模式存在較大差異，后續施工荷載對支架產生的彈性變形，均會增加其懸臂內力，需要嚴格控制其受力狀態。

在Y 構施工第二步時，施工荷載對支架形成壓縮，將導致斜腿自重由自身結構承受，如果變形較大，將導致Y 構根部開裂，因此需要嚴格控制在第二步施工荷載作用下支架的變形。通過對不同變形下受力特性進行分析來保障該步驟的安全，分別模擬4mm、5mm、6mm 彈性變形，如圖8 所示，在4mm、5mm、6mm 彈性變形下，受力分別為1.0MPa、1.3MPa、1.6MPa，滿足設計要求。

圖8 Y構施工工序圖

4.4 懸臂段澆筑

邊跨現澆段采用支架現澆，主梁段采用懸臂掛籃施工。Y 構主體結構施工完成，拆除支架后在0#段上安裝掛籃。掛籃安裝完畢后按最不利工況承載重量的120%進行堆載預壓。合龍段順序為先合龍中跨，后合龍邊跨。利用掛籃臨時支架合龍中跨及邊跨施工。

4.5 經濟效益分析

通過對深圳市6 號線合水口站至薯田埔站區間150m、Y 型剛構連續梁橋進行了快速、精細、參數聯動的三維BIM 建模，實現設計與施工一體化；橋梁BIM 應用模型精細準確，通過精細化、全過程可視化施工模擬，優化了施工場地布置、Y 型剛構施工方案等，通過工序優化分析，結構驗算不急保障了工程項目的順利開展，橋梁BIM應用模型精細準確，模擬輸出混凝土方量與實際工程量相比匹配率高達98.6%，施工工期縮短85天，現場材料損耗率節約14.1%。

5 結語

針對城市軌道交通150m 大跨徑、550m 小曲線半徑的剛構連續梁橋通過信息化頂層設計、施工和BIM 技術相結合的方式保障了工程的安全高效開展，通過研究給出了150m 大跨徑連續鋼構橋的施工工序流程，解決了關鍵Y 構施工技術難題、建立了設計、施工一體化全橋三維模型，這種將BIM 和工程相互結合驗證的方法為建筑信息化施工提供了一種新方法。