鐵路80 m跨節段預制膠拼連續梁施工技術與創新

李 磊

(中鐵二十二局集團有限公司北京工程勘察設計院 北京 100043)

1 前言

近年來，鐵路節段膠接拼裝施工技術因其施工特點呈迅猛發展態勢[1]。從單線普速鐵路到雙線高速鐵路、城際鐵路[2]，從32 m簡支箱梁到主跨80 m連續箱梁，隨著設計理念的逐漸成熟[3]，施工裝備的不斷革新，鐵路節段膠拼施工技術正逐步得到推廣應用[4]。

1976年法國和日本分別建造了橋長為1 528 m的Marne la Yallee高架橋和橋長為500 m的Kakogawa橋[5]，是目前最早可查證的節段預制膠拼鐵路混凝土連續梁橋。20世紀90年代，在國外城市輕軌及高速鐵路中，節段膠拼法都得到了廣泛應用，如1991年建成的墨西哥蒙特雷地鐵高架線橋、2000年建成的吉隆坡輕軌及法國阿維尼翁特大橋等[6]。

早在20世紀60年代，我國就開始了鐵路橋梁節段預制拼裝技術研究[7]。基于試驗目的，我國嘗試建設了成昆鐵路舊莊河1＃橋、孫水河4＃橋、子牙河大橋以及湘江鐵路大橋等。由于節段預制拼裝施工技術精度要求較高，上述橋梁均沒有取得滿意效果，最終發展停滯[8]。2005～2013年期間我國建設了大量接縫采用現澆混凝土的濕接縫節段預制拼裝梁。直到2013年我國鐵路橋梁領域才建成了首座節段膠拼簡支梁橋—黃韓侯鐵路芝水溝特大橋，之后我國開始大量嘗試節段膠拼施工技術[9]。2015年，中鐵五院研制了第五代TPZ80/2500型節段拼裝造橋機，該拼裝設備能應用于跨度64 m以下的簡支梁和跨度80 m以下的連續梁施工[10]。2017年我國建成了首座鐵路膠拼連續梁—新建鐵路鄭阜客運專線周淮特大橋(跨新運河)3聯(40＋56＋40)m雙線連續箱梁。此后，鐵路節段膠拼施工得到了一定的發展[11]。

2 工程概況

京唐城際鐵路潮白新河特大橋起止里程DK101＋167.09(T501墩)～DK102＋173.94(T523墩)，正線長度1.01 km。兩端分別采用(48＋80＋48)m連續梁跨越潮白新河兩側潮白新河大堤，16孔40 m簡支梁跨越潮白新河。孔跨布置如圖1所示。

圖1 潮白新河特大橋總體布置

其中，主跨80 m連續梁每聯沿縱向劃分為43個預制節段。設計最大節塊0＃塊最大高度6.65 m。除0＃塊外所有預制節段小于5 m，最大吊裝重量小于200 t。連續梁梁體構造如圖2所示。連續梁總重6 900 t左右。設計為吊裝三個節段張拉一次。中跨合龍段采用架橋機操作平臺現澆施工。

圖2 (48＋80＋48)m連續梁梁體構造

3 施工關鍵技術

3.1 結合BIM技術研究節段預制梁場優化布置

潮白新河特大橋施工地點毗鄰潮白河國家濕地公園，為國家重點環境保護區。施工中必須保持公園地貌，同時對周邊環境的影響必須降到最低。施工中，多次采用BIM技術，對周邊地形地貌、施工方案進行模擬分析，擬定的預制場地布置需節約土地資源、有利施工進展、降低工程成本等綠色可持續發展施工理念，主要內容包括:現場臨建布置的優化(根據標準化要求計算出臨建數量，調整現場臨建布置位置達到美觀、和諧效果)；機械設備布置優化(根據現場施工工序的安排，分析設備吊裝和機械的挪場過程中平面和豎向高程相互協同工作，避免空間碰撞，提前發現沖突)；現場道路的優化(結合現場環境及施工實際需要，協調環境一致的施工道路)、材料堆放分析(合理布置，與環境相協調)。

3.2 變截面節段預制模板系統的設計研究

根據連續梁變高段梁體劃分特點，研制出了一種適應于大跨度連續梁預制的自動化模板系統，其中內模可移動、可調整，底模具有高程調整功能以滿足梁跨的曲線要求。模板配有一套以大數據為核心的匹配預制線形控制軟件，控制軟件系統能自動比對匹配段各測點的實測值與軟件所給定的理論目標值的差別，精確計算出成型梁段在匹配位置時應處的空間位置，考慮梁段在澆筑過程中的施工誤差并確保該誤差在后續的澆筑中得以糾正，減少累計誤差。

3.3 主跨80 m節段膠拼梁拼裝造橋機的設計與改造

采用中鐵五院自主研發的第五代TPZ80/2500型節段拼裝造橋機，該造橋機已成功應用于鄭阜鐵路周淮特大橋跨新運河連續梁(主跨56 m)節段膠拼施工及銀西鐵路漠谷河2＃特大橋簡支梁(主跨56 m)節段膠拼施工。本橋對該造橋機進行適應性改造，回轉天車和懸吊系統使其懸掛起重能力和天車最大起重量滿足主跨80 m連續梁節段的要求，設計出結構合理的承重主梁形式，并對造橋機在大跨度條件下的安全縱移過孔方式進行研究。

3.4 大跨度連續梁節段的拼裝技術研究

節段的拼裝是整個施工過程中最為復雜，技術困難最多的步驟，主要包括以下幾個方面。

(1)預制節段接合面剪力傳遞優化研究

節段預制混凝土橋梁在構造上一個顯著的特點是節段間接縫處混凝土與普通鋼筋的不連續性，節段間的接縫是其受力的薄弱環節，并直接影響全橋的整體受力性能。需針對節段間結合面處的剪力鍵類型、構造形式及其在箱梁節段斷面布置方式上展開研究，并對剪力鍵對接工藝進行優化，研制出一種適應大跨度連續梁拼接梁的剪力鍵形式及其準確定位施工安裝方法。

(2)節段間接縫膠接處理工藝

本工程在節段梁拼裝工藝中，節段梁之間涂抹環氧樹脂膠結劑，接縫膠的工作性能以及匹配面之間接縫膠的飽滿度、涂抹的均勻性對節段梁的耐久性影響較大，一旦膠粘連接不密實，就會讓空氣中的水分或者酸性物質滲入，如遇預應力管道壓漿不飽滿就會使預應力鋼絞線銹蝕，從而影響到橋梁使用的耐久性和安全性。需對接縫膠的各項性能指標(包括配合比、涂膠厚度和涂刷順序等)、節段間建立臨時預應力的時機、擠膠張拉過程中張拉順序、張拉力大小控制及預應力孔道保護等這幾項關鍵技術展開研究。

(3)節段張拉卸載過程研究

需考慮主梁撓度及吊桿受力的影響，研究吊桿的拆除順序以減少在張拉過程中造橋機“回彈力”對梁體上緣拉應力的作用，確保箱梁和吊桿的受力安全。

4 施工主要創新點

4.1 主跨80 m是該類工法在鐵路橋梁領域亞洲最大跨度，在國內首次采用

2017年，鄭阜鐵路周淮特大橋跨新運河連續梁跨度為(40＋56＋40)m，是國內首座鐵路節段膠拼施工連續梁。鐵路節段膠拼梁此前已在2013年黃韓侯芝水溝特大橋64 m節段膠拼簡支梁中得到應用，大于64 m跨度的簡支梁尚處于理論研究階段，而大于56 m主跨的鐵路連續梁均采用現澆施工。潮白新河特大橋主跨80 m為該類型橋梁亞洲最大跨度，施工難度大。同時也豐富了該種橋型的施工方法，也可為懸拼吊機施工該類型橋梁提供實踐技術參考。

4.2 首次采用短線法匹配連續梁節段預制

在鐵路節段預制拼裝領域，尤其是膠拼拼裝施工中，長線法占有重要位置。這主要是因為長線法相對容易控制預制線形，將節段拼裝梁整孔或者整聯(半聯)整個“搬”到預制場逐塊預制，僅端頭段或者0＃塊采用短線法預制。然而長線法優點突出的同時，也有其巨大的弱勢，不便于推廣，如占地面積較大、環境影響較大、不利于多條生產線批量化生產。本工程首次嘗試將連續梁的變高段全部采用短線匹配法預制，在國內鐵路領域尚屬首例。同時，該橋最小曲線半徑5 500 m，平曲線半徑小施工預制精度匹配難度大。隨著該橋的順利實施，為后續推廣該工法提供了有力的實踐技術保障。

4.3 首次采用對稱懸拼法膠拼連續梁節段拼裝

前文提到的鄭阜鐵路周淮特大橋跨新運河連續梁施工，采用了半聯一次性懸掛，膠拼預應力張拉成型施工，該工法具有施工速度塊、易于控制線形等優勢。然而80 m主跨連續梁由于跨度較大，同樣的施工方法產生的不平衡彎矩可能對0＃塊及橋墩造成不利影響。施工中，采用了類似掛籃懸拼施工方法，設計了永久預應力束，每側3個節段一組對稱懸拼。該方法也在該類型橋梁中首次嘗試，為后續推廣該施工工法、研究更大跨度的連續梁施工提供了有力的實踐技術支持。

4.4 大噸位0＃塊梁段的安裝技術研究

鐵路膠拼法拼裝主跨80 m連續梁，膠拼梁節段初步設計的最大重量為0＃塊的355 t，而目前常用的節段拼裝梁場龍門吊起吊荷載為200 t，運梁車為180 t，這就給吊裝和運輸帶來了很大的難度和安全風險，如果專為0＃段吊裝而另采用大型設備則又會降低該預制裝配技術的經濟性，不利于該技術的推廣。同時，0＃塊是節段膠拼施工的起點，為此研制出一種適合于大噸位0＃塊的施工建造技術，包括0＃塊的合理結構劃分、吊裝工藝及設備選擇以及0＃塊精準定位采取的高精度測量手段，在保證其施工安全、質量可靠的前提下不失膠拼法的經濟性。

4.5 節段膠拼梁施工過程線形監控研究

依據規范及施工工藝相關要求，連續梁施工或采用“四新”技術施工的橋梁，需采取相關線形監控措施。而節段膠拼連續梁施工，除了上述要求外，還需要在節段預制及節段膠拼架設時，進行全過程線形監控，以指導后續施工[12]。

根據國內外規范要求，在預制線形控制過程中，匹配梁定位時縱軸線允許偏差宜控制在±2 mm內，高程允許偏差宜控制在±2 mm內，因此需考慮各種可能的施工誤差及環境因素，根據不同項目要求，盡可能采用精度更高的設備，保證線形控制精度與測量精度。

根據預制過程中的線形控制過程、架設過程的調研分析可知，對于需要進行體系轉換的結構，必須要考慮梁場的預制預拱度和架設現場的架設預拱度。

根據施工過程發現，預制節段3＃塊以后的節段，每個節段預制預拱度和安裝預拱度差值較大，且拼裝前后節段變形較大，應重點監測，并及時對線形進行糾偏。

通過對各種施工因素進行分析，發現結構自重、預應力損失大小、施工設備、彈性模量等對橋梁變形影響較大，在線形控制中必須考慮。

5 結論

潮白新河特大橋(48＋80＋48)m雙線連續箱梁節段預制施工，目前已驗收完成。目前成橋后的線形監控結果，與設計參數基本吻合。結合BIM技術優化布置的節段預制場、設計的變截面節段預制模板系統、設計與改造的主跨80 m節段膠拼梁拼裝造橋機順利地完成項目施工任務。研究的大跨度連續梁節段拼裝施工技術成功地完成了該項目現場施工。

該工程主跨80 m是該類工法在鐵路橋梁領域亞洲最大跨度，首次采用短線法匹配連續梁節段預制、首次采用對稱懸拼法膠拼連續梁節段拼裝、首次提出大噸位0＃塊梁段的安裝技術、首次提出節段膠拼梁施工過程線形監控均在本工程進行了實施，工程的實踐良好地印證了相關理論。