鐵路橋梁裝配式建造技術與經濟性研究

陳樹鑫，李 聞，覃偉華

（中國鐵路經濟規劃研究院有限公司 鐵路工程定額所，北京 100038）

目前，鐵路行業尚無裝配式建造施工相關的計價標準。以創建精品工程、智能鐵路為目標[1]，為落實加大鐵路工程建設管理創新、標準創新、技術創新力度，加快形成推動鐵路高質量發展的建設標準體系的總體要求，提升鐵路工程標準化施工水平，按照“工廠化、機械化、專業化和信息化”[2]的要求，結合鐵路裝配式建筑結構的推廣應用情況，研究鐵路橋梁裝配式建筑機械化施工水平和勞動生產率的測定，合理確定鐵路裝配式施工水平及人材機等資源消耗情況。

本文基于鐵路裝配式建筑標準設計文件，結合大瑞（大理—瑞麗）鐵路、貴南（貴陽—南寧）建設項目施工情況，總結鐵路橋梁拱上鋼立柱、橋面系2類裝配式建造技術，對鐵路裝配式建筑工料機消耗進行經濟性分析。

1 裝配式建造技術

1.1 橋梁拱上鋼立柱工程實例

在我國鐵路快速建設的過程中，大跨度鋼拱橋不斷涌現。大跨度鋼拱橋能夠克服高山峽谷、河流等地形障礙，在改善線路技術指標、縮短空間距離、提高運營效益等方面具有不可替代的作用[3]，與大跨度鋼拱橋配套設計的拱上鋼立柱也廣泛應用于實際工程[4]。

1.1.1 工程概述

本文以大瑞鐵路怒江特大橋為例，橋梁全長1 024.2 m，主橋為490 m上承式鋼桁拱，全橋橋跨布置為：（7×41）m連續鋼混結合梁（大理岸引橋）+（14×37.2）m連續鋼箱梁（拱上結構）+（5×41）m連續鋼混結合梁（瑞麗岸引橋），如圖1所示。

圖1 大瑞鐵路怒江特大橋橋跨布置立面圖

主橋沿拱圈跨中對稱布置13個拱上鋼立柱，鋼立柱總重量5 628 t。D7#立柱位于跨中，D1-6#立柱分別對稱布置于拱圈左、右兩側，D1#～4#立柱底為分叉式連接構造。

1.1.2 施工工藝流程

大瑞鐵路怒江特大橋拱上立柱從跨中開始，對稱地在兩側進行安裝，即先安裝高度較矮的D7#立柱，然后依次對稱安裝D6#、D5#、D4#、D3#、D2#、D1#立柱；根據立柱重量及結構形式，拱上立柱采用單件吊裝與組合吊裝相結合的方式進行施工，從跨中D7#立柱依次往D1#立柱進行拼裝。

（1）拱上鋼立柱D7#（帽梁）的安裝：在地面預拼后整體吊裝；在帽梁上設置4個吊點，采用與吊耳栓接，再掛設吊帶，利用扁擔梁起吊。

（2）D5#～D6#拱上鋼立柱的安裝：采用2組主索先組合吊裝上下游內側，后吊裝上下游外側。

（3）D4#拱上鋼立柱的安裝：在預拼裝長對桿件進行場地焊接組裝，接在運輸至起吊平臺，利用龍門吊對其進行水平旋轉調整，再利用長短吊帶進行豎直旋轉。

（4）D1#、D2#、D3#拱上鋼立柱的安裝：D1#、D2#、D3#拱上鋼立柱吊裝方法參照D4#進行，吊裝過程中采用纜風固定及剛性連接防護措施，保證立柱吊裝安全。

1.1.3 經濟性分析

拱上鋼立柱施工為豎直接高吊裝，同時需要進行轉體對位安裝，現行的鐵路橋梁工程預算定額（TZJ 2002-2017）中沒有相應的計價依據。大瑞鐵路怒江特大橋拱上鋼立柱總重量為2 863.02 t，因此，對其施工工序的人工、材料、機具消耗開展現場測定，根據施工期間各工序的有效施工時間，統計各拱上鋼立柱主要工料機消耗量，具體如表1所示。

表1 拱上鋼立柱主要工料機消耗量

根據鐵路基本建設工程設計概（預）算費用定額[5]、鐵路工程材料基期價格[6]和鐵路工程施工機具臺班費用定額[7]，得到每 t 拱上鋼立柱的定額基價為2 813.89 元。

1.2 橋梁裝配式橋面系工程實例

高速鐵路橋梁橋面系施工周期較長、現澆混凝土工作量大，橋梁裝配式橋面系可采取工業化生產，能夠提高工程質量，且施工不會受到季節影響，有利于提高施工效率，降低成本，符合我國鐵路大力發展綠色橋梁的建設理念[8]。

1.2.1 工程概述

以貴南鐵路裝配式橋面系為例，裝配式橋面系預制塊標準塊長度為1.98 m，梁端塊長度為2.31 m，砂漿墊層厚20 mm，防護墻高度與相鄰軌面等高，曲線外側最大超高為180 mm，CRTSI型雙塊式無砟軌道直線段防護墻高740 mm，曲線外側防護墻高度920 mm，橋面系附屬設施標準塊段橫斷面，如圖2所示。

圖2 貴南鐵路裝配式橋面系附屬設施標準塊段橫斷面（單位：mm）

每塊預制構件與梁體翼緣間設置4套金屬連接件，由預埋套筒、預埋墊板和連接螺栓等組成。電纜槽內設置向內排水坡，外側邊墻預留欄桿或聲屏障接口。

1.2.2 施工工藝流程

（1）裝配式橋面系預制件工廠化施工：主要為模板、鋼筋、預埋件、綜合接地的制作與安裝[9]。

（2）裝配式橋面系預制件運輸：裝配式構件采用25 t汽車起重機進行吊裝，按每個工作面配置2臺平板車進行構件運輸，每增加5 km運距增加1臺平板車；為確保構件吊裝過程無破損，利用構件泄水孔及欄桿螺栓，設計T型吊裝工裝。

（3）裝配式橋面系預制件安裝：包括箱梁頂面套筒預埋、梁面鑿毛、砂漿墊塊砌筑、構件吊裝、封邊模板安裝、灌漿、螺栓孔封堵、防水等。

1.2.3 經濟性分析

依據裝配式施工橋面系構件設計圖和常用跨度梁橋面系附屬設施通圖（2016）8388A，對350 km/h高速鐵路常用跨度直曲雙線簡支箱梁橋面系的防護墻、豎墻、邊墻、電纜槽底板、灌漿孔、梁體預埋套筒、砂漿墊層、連接螺栓及螺栓孔封堵、構件預埋墊板、電纜槽蓋板進行裝配式橋面系與現澆橋面系工程數量的對比分析，如表2所示。

根據表2中列出的工程數量，計算工廠化預制所需費用；其中，預制塊的運輸按照10 km計算，與預制塊安裝費用合計后，同現澆工程進行經濟性對比分析，表3列出不同線路狀況下，現澆工程和裝配式預制塊工程的數量和造價。

表2 預制塊工程數量對比表

由表3可知：（1）配式橋面系的工程數量較現澆鋼筋用量降幅為24.5%～41.2%，混凝土用量漲幅6.2%～16.1%，從工廠化預制和運輸來看，均造價指標均低于現澆；（2）造價指標差異性的主要體現在預制塊安裝費用占比較大，主要原因是安裝預制塊的連接螺栓材料單價較高；裝配式施工要求工人施工更為精細，工人熟練程度也是影響其差異性的原因之一[10]。

表3 現澆工程與預制塊工程造價對比表 （單位：元）

2 結束語

鐵路橋涵工程作為鐵路工程的重要組成部分，為貫徹我國鐵路“節能減排”戰略部署和“綠色、環保、節能”建設理念，迫切需要在設計與施工中推廣建筑工業化，發展裝配式建筑。鐵路橋梁裝配式建造的技術優勢主要體現在：（1）主要構件實現標準化，可在工廠生產，更易于保證質量，且構件輕質高強，運輸方便，安裝過程消耗較低；（2）可降低粉塵和噪聲污染，減少建筑垃圾；（3）施工受季節及環境影響較小，可提高施工效率，縮短工期；（4）機械化程度較高，可減少現場施工人員，降低人工費用；（5）現場成品安裝全部采用干作業，可減少施工工序，有效解決鐵路沿線施工現場水、電短缺等難題。

通過對大瑞鐵路怒江特大橋橋梁拱上鋼立柱和貴南鐵路裝配式橋面系建造工程的測定和研究，可知：鐵路橋梁裝配式建筑成本仍高于傳統現澆混凝土結構，雖然裝配式建造具有不少傳統建筑無法比擬的優點，但目前受限于裝配式構件的安裝效率、特殊裝配式材料的規模生產等因素，鐵路橋梁工程裝配式建造技術尚有較大的改善空間。