大跨度上承式鐵路鋼桁梁橋建設(shè)管理措施

杜 鵬

中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040

1 橋梁工程建設(shè)管理概述

建設(shè)管理是貫穿于工程全流程中的關(guān)鍵工作內(nèi)容，其具有持續(xù)性與全局性的特點(diǎn)，通過(guò)行之有效的方法，全方位地管理各項(xiàng)施工要素，以達(dá)到資源效用最大化的效果，進(jìn)而創(chuàng)造更為顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，是契合現(xiàn)代工程發(fā)展需求的重要工作方法。

山區(qū)大跨度橋梁的建設(shè)規(guī)模較大、質(zhì)量要求較高，主要橋型有拱橋、懸索橋、鋼桁梁橋等，但各自的應(yīng)用特點(diǎn)不盡相同。其中，拱橋受環(huán)境的限制性作用較強(qiáng)，例如在斷層帶等特殊地質(zhì)條件中缺乏可行性；懸索橋和斜拉橋的施工難度較大，工程資源投入較多，因此應(yīng)用頻率相對(duì)較低。相比之下，鋼桁梁橋具有更為突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在設(shè)置上承式大跨度連續(xù)鋼桁梁后，可以有效跨越山區(qū)、峽谷等地形，在苛刻的施工條件下仍能夠維持穩(wěn)定使用的狀態(tài)。

2 工程概況

2.1 工程難點(diǎn)

該橋梁跨越“V”形峽谷，橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)含背斜、斷層等多種特殊的地質(zhì)，不利于建設(shè)工作的順利開(kāi)展，同時(shí)橋梁使用期間也面臨諸多挑戰(zhàn)，外部環(huán)境對(duì)其的干擾作用較強(qiáng)。橋位從元江1#、2#滑坡體穿過(guò)，峽谷兩岸的地勢(shì)特殊，最大自然橫坡達(dá)到60°，可供施工所用的空間相對(duì)有限。在自然條件方面，現(xiàn)場(chǎng)降水量充沛，雨季長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月；在峽谷地形條件中，風(fēng)力作用較強(qiáng)，最高可達(dá)到10級(jí)。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

該橋梁工程功能定位如下：（1）客貨共線線路，設(shè)計(jì)速度為160km/h；（2）雙線設(shè)計(jì)，線間距為4.2m；（3）軌道結(jié)構(gòu)采用有砟軌道；（4）地震動(dòng)峰值加速度為0.16g，地震特征周期為0.4s。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

墩身采用的是穩(wěn)定性較好的鋼筋混凝土薄壁空心墩，通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)交叉橫聯(lián)桿件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)雙柱間的穩(wěn)定連接。上部結(jié)構(gòu)為上承式連續(xù)鋼桁梁，跨中、支點(diǎn)兩處的桁高分別為16.0m、36.0m，按13.5m的節(jié)段長(zhǎng)度劃分為多個(gè)節(jié)段。行車道結(jié)構(gòu)為正交異形板，將該材料穩(wěn)定布置在主桁上弦頂面位置，橋面設(shè)柔性保護(hù)層體系。

3 大跨度上承式鐵路鋼桁梁橋的建設(shè)管理措施

3.1 方案選擇

現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)斷層對(duì)施工的干擾作用較強(qiáng)，不適宜建設(shè)大跨度拱橋。從技術(shù)可行性、施工安全性、經(jīng)濟(jì)效益性等方面展開(kāi)對(duì)比分析，最終選用上承式連續(xù)鋼桁梁橋型。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新

國(guó)內(nèi)類似橋梁的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)有限，為提高設(shè)計(jì)及施工水平，由知名專家組建咨詢團(tuán)隊(duì)，協(xié)同參與設(shè)計(jì)方案的可行性論證及改進(jìn)工作。通過(guò)有限元分析、實(shí)體模型試驗(yàn)等多重方法的應(yīng)用，攻克技術(shù)難關(guān)，因地制宜地引入先進(jìn)的技術(shù)，以發(fā)揮出前沿技術(shù)的支撐作用。例如，根據(jù)大橋的實(shí)際建設(shè)特點(diǎn)，采用133.1m超高臨時(shí)墩輔助，124.5m長(zhǎng)大懸臂懸拼架設(shè)，以改善施工環(huán)境，提高施工質(zhì)量[1]。

4 方案分析及優(yōu)化

4.1 確定橋式方案

橋梁橫跨“V”形峽谷區(qū)，兩岸邊坡較為陡峭。經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)后，提出上承式拱橋、鋼桁梁斜拉橋及連續(xù)鋼桁梁三種方案。后續(xù)，經(jīng)過(guò)全面的地質(zhì)勘探工作后，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件不適宜建設(shè)大跨度拱橋；若采用斜拉橋方案，則易受到地形的限制作用，同時(shí)山區(qū)環(huán)境中橋梁的建設(shè)及運(yùn)維工作難度均較大。相比之下，連續(xù)鋼桁梁方案的綜合應(yīng)用效果更佳。

4.2 選擇主桁結(jié)構(gòu)

在確定連續(xù)鋼桁梁的方案后，進(jìn)一步在上承式、下承式兩種細(xì)分方案中進(jìn)行選擇。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，上承式方案應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為突出，墩高度可減少16m，同時(shí)可降低結(jié)構(gòu)的重心，以較少的材料投入保證橋梁的穩(wěn)定性，因此最終選定該方案。

4.3 應(yīng)用鋼混組合雙柱剛架墩

主桁寬度較大，根據(jù)此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加之對(duì)支座布置等方面的考慮，限定墩頂橫向、縱向?qū)挾确謩e為24m、9m。墩采用雙柱式鋼筋混凝土空心橋墩，通過(guò)墩頂橫梁和鋼結(jié)構(gòu)橫向連接系的雙重作用，能夠轉(zhuǎn)化墩結(jié)構(gòu)所受的彎矩，即形成2墩柱的軸向力，由此優(yōu)化受力條件，避免結(jié)構(gòu)受力失穩(wěn)的問(wèn)題。

4.4 設(shè)置橋面系導(dǎo)風(fēng)欄桿

主桁采用上承式結(jié)構(gòu)，為同時(shí)滿足列車通行的安全性和舒適性要求，在橋面系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)導(dǎo)風(fēng)欄桿，發(fā)揮出該裝置在導(dǎo)風(fēng)和防風(fēng)兩方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。通過(guò)應(yīng)用導(dǎo)風(fēng)欄桿，可以在一定程度上減小橫向風(fēng)力，并且將部分橫向風(fēng)力轉(zhuǎn)化為縱向力，可以削弱風(fēng)力所產(chǎn)生的不良影響，以保證高速列車通行的平順性和安全性。

4.5 應(yīng)用BIM技術(shù)

縱觀現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域，BIM技術(shù)為關(guān)鍵的技術(shù)形式，其在工程設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等工作場(chǎng)景中均具有可行性，得益于BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)，可以幫助工作人員全面地掌握實(shí)際施工條件，從中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取具有針對(duì)性的處理措施，以便從源頭上規(guī)避問(wèn)題，為后續(xù)施工創(chuàng)設(shè)良好的基礎(chǔ)[2]。

以鋼桁梁構(gòu)件的加工制造為例，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)可以構(gòu)建全橋信息模型，直觀呈現(xiàn)出全橋鋼結(jié)構(gòu)的組成及分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員由此展開(kāi)深化設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。此外，應(yīng)用全橋信息模型可以輸出數(shù)控文件，高效完成排版套料工作，精細(xì)化切割下料，切實(shí)提高制造精度。對(duì)于制作成型的桿件，通過(guò)應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)可以全方位采集數(shù)據(jù)，將該部分?jǐn)?shù)據(jù)與BIM模型理論值進(jìn)行對(duì)比分析，從而準(zhǔn)確確定制造偏差，再根據(jù)該偏差靈活調(diào)整加工工藝，增強(qiáng)可行性[3]。

具體來(lái)說(shuō)，在BIM技術(shù)的可視化特性之下，可以模擬建造全過(guò)程，為構(gòu)件拼裝工作提供參考。根據(jù)預(yù)制廠的工作需求，適配的是二維碼管理系統(tǒng)，其能夠賦予各桿件特定的二維碼，各二維碼蘊(yùn)含特定的信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、庫(kù)存、發(fā)貨等全流程的溯源管理，工作人員能夠及時(shí)把握項(xiàng)目進(jìn)度，整個(gè)施工流程的可控性得以增強(qiáng)，能夠避免工作偏差或其他異常狀況。

4.6 優(yōu)化架設(shè)方案

原施工方案的示意圖如圖1所示。在該方案中，擬在玉溪臺(tái)側(cè)規(guī)劃存梁場(chǎng)，配套纜索吊機(jī)，以滿足水平運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)需求。通過(guò)纜索吊機(jī)的運(yùn)行，可以從小里程側(cè)高效運(yùn)輸梁結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)至指定位置后再進(jìn)入大懸臂懸拼施工環(huán)節(jié)，通過(guò)扣索塔架的輔助作用，精細(xì)化調(diào)整線形，將偏差控制在許可范圍內(nèi)，在最大程度上消除偏差。

圖1 原施工方案示意圖

但從實(shí)際建設(shè)條件來(lái)看，橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)的山坡較為陡峭，缺乏平坦、寬敞的空間，不利于施工便道建設(shè)工作的順利開(kāi)展，例如纜索吊塔架和后錨的施工難度均較大。此外，現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力等級(jí)最大可達(dá)到10級(jí)，進(jìn)一步加大了施工的復(fù)雜度。

經(jīng)過(guò)反復(fù)論證后，在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，具體示意圖如圖2所示。新方案的主要突破點(diǎn)體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：不再采用纜索吊機(jī)和扣索塔架系統(tǒng)，取而代之的是在磨憨臺(tái)側(cè)規(guī)劃拼裝場(chǎng)，于該處拼裝鋼結(jié)構(gòu)鋼梁，同時(shí)可作為存梁場(chǎng)使用，現(xiàn)場(chǎng)適配了提梁龍門吊和運(yùn)梁臺(tái)車，兩類裝置協(xié)同運(yùn)行，可以高效運(yùn)輸供梁；在各墩頂分別增設(shè)起落梁系統(tǒng)，在其支持下，可以高效完成鋼桁梁高位預(yù)拼作業(yè)，也可根據(jù)施工情況輔助調(diào)整懸拼線形，以免出現(xiàn)線形偏差問(wèn)題[4]。

圖2 優(yōu)化后總體施工方案

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，該工程采用較為先進(jìn)的大跨度上承式連續(xù)鋼桁梁橋形式，通過(guò)此類橋型的設(shè)計(jì)與施工，加之建設(shè)管理措施的落實(shí)，可以有效突破地質(zhì)斷層帶所帶來(lái)的施工局限性，有效降低工程施工難度，保證施工的安全性。此外，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)可以給工程設(shè)計(jì)人員提供更為全面的資料，對(duì)鋼桁梁等相關(guān)結(jié)構(gòu)的使用特點(diǎn)形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，若存在問(wèn)題則可以從源頭上采取調(diào)整措施，減小誤差，為施工質(zhì)量提供保障。總體來(lái)看，該橋梁工程所采用的建設(shè)管理措施具有可行性，可為類似工程提供參考。