節段預制拼裝橋梁施工技術應用研究綜述

喬德華 常亮亮 閆 嵩 何 偉?

(1.華北水利水電大學 土木與交通學院，河南 鄭州 450045；2.許昌市建設投資有限責任公司，河南 許昌 461000；3.中鐵十六局集團有限公司，北京 朝陽 100018)

傳統的橋梁施工方式，已無法滿足綠色發展、新型工業化進程的需求[1]。橋梁節段預制拼裝施工方法是按照設計圖紙和現場實際情況把橋梁分成眾多節段，節段梁在預制場預制完成，現場只需要將預制好的構件進行定位、安裝即可[2]。與傳統施工方法相比，橋梁節段預制拼裝能夠大幅提升橋梁的建造質量和施工效率，現場施工更加規范化[3]，環境污染和噪聲問題明顯減少，現場施工工程量和人力都相對減少，現場施工時間縮短，工期易控制且環保，越來越多地被應用在跨海大橋、城市橋、公路橋、鐵路橋等領域，并取得了顯著的社會效益[4-5]。節段預制橋梁的規范化，符合建設新型工業化城市的發展要求，建設效率高。

當前，節段預制拼裝技術逐步完善和成熟，在國內外眾多建設領域應用也更加廣泛，極大地推動了國家工業化建設[6-7]。本文綜述了節段預制拼裝橋梁在國外及我國的應用和研究現狀，梳理了節段預制拼裝技術的優勢，并在此基礎上對節段預制拼裝施工技術的未來發展進行了展望。

1 節段預制拼裝橋梁在國外的應用

節段預制施工橋梁最早起源于20世紀中期，法國設計師弗萊西奈在馬恩河上采用節段預制施工技術建造了Luzancy橋[8]。1962年在法國建造的Chois-Le-Roi橋，不僅是首次采用懸臂拼裝方法施工建造的預制橋梁，還首次使用了長線法施工，橋的節段梁接縫處采用膠接縫進行膠結，此后節段預制拼裝技術開始在世界各地推廣開來[9]。1980年建成的美國Long Key橋，首次提出體外預應力技術進行預制，橋梁的基礎、橋墩和節段梁均采用預制拼裝而成，對環境影響大幅減小，是新一代的體外預應力混凝土結構橋梁的典范[10]。2000年建造的泰國曼谷曼納高速公路橋，全長55km，由于采用了短線匹配預制、節段拼裝、干接縫和體外預應力技術，僅用時26個月就建造完成[11]。最早在鐵路建設領域應用節段預制拼裝技術的是1976年法國建成的Marne La Vallee高架橋，該橋采用短線法預制、環氧樹脂膠黏結，通過上行式支架懸臂拼裝。到20世紀90年代，隨著體外預應力技術和鋼筋防腐技術的發展，搭配先進的節段拼裝架橋機設備，節段預制拼裝橋梁施工速度快、環境污染小等優勢在城市輕軌和高速鐵路橋梁領域逐漸顯現。1991年建成的墨西哥新萊昂州蒙特雷市輕軌線高架橋，采用短線法施工結合體外預應力技術，節段接縫處使用環氧樹脂膠進行膠結，采用逐跨拼裝方法進行拼裝施工[12]。1997年，法國首次嘗試在高速鐵路橋梁上采用節段預制拼裝技術、體外預應力結構和高強度混凝土建造了跨度超過100m的預應力混凝土橋梁——阿維尼翁特大橋[13]。隨著體外預應力技術的發展和完善，節段預制拼裝技術在各國工程建設中的應用越來越廣泛。雖然節段預制拼裝橋梁結構形式多樣，但標準化的節段預制拼裝技術在公路橋、城市高架橋、城市軌道高架橋梁以及高速鐵路橋等方面均有較好的應用。

2 節段預制拼裝橋梁在國內的應用

我國最早應用節段預制拼裝技術的是1965年河南省建成的五陵衛河橋，這是我國首次在公路上采用節段預制、懸臂拼裝技術建造的預應力混凝土橋梁[14]。隨著體外預應力技術的發展和體內預應力鋼筋防腐技術的出現，結合先進架橋設備的節段預制施工技術在我國開始投入使用。2001年在上海建造的高速公路橋新瀏河大橋采用長線法進行節段預制，并首次從國外引進專用架橋機逐跨拼裝建造。2008年蘇通大橋采用短線法施工，現場使用懸臂拼裝法進行拼裝。2018年建成的舉世矚目的港珠澳大橋中部分連續梁的建設也是使用節段預制拼裝法施工[15]。相較于節段預制拼裝技術在公路和市政工程方面的應用，我國在鐵路建設方面對節段預制拼裝技術的使用還較少。但隨著高性能混凝土構件預制、測量控制和新型膠結材料等技術的發展，節段預制拼裝技術在鐵路橋梁建設領域得到進一步推廣和發展。1999年建成的石長鐵路湘江特大橋是國內首次在公鐵兩用橋梁上采用節段預制架橋機懸臂拼裝的大跨度橋梁[16]。2003年建成的撫河特大橋是采用節段預制和移動模架拼裝的雙線箱梁[17]。2013年建造的黃韓候鐵路芝水溝特大橋同樣采用節段預制拼裝技術[18]。眾多鐵路項目相繼對節段預制拼裝技術進行了試點并逐步推廣使用。

3 節段預制拼裝技術的優勢

節段預制拼裝橋梁其結構構件均在預制場按照嚴格的流水線流程進行預制，構件預制質量可以得到保證，現場僅需要進行安裝和連接，因此提高了施工效率，對環境和交通的影響也較小。節段預制技術體現了現代化、規范化施工的管理理念，響應了國家綠色施工發展戰略。節段預制拼裝技術的優勢如下：

（1）建設周期短，經濟效益好。節段的預制和養護過程均在預制梁場完成，現場只需進行安裝連接即可，可大幅減少現場施工時間。在節段預制時可以將橋梁根據設計進行劃分，采用平行施工方法生產，其預制和拼裝速度相比其他施工方法有明顯的優勢。因此采用節段預制拼裝技術可以縮短現場施工時間，提高施工效率。

（2）質量更可控，應用更廣泛。橋梁的構件在預制梁場集中預制和養護，可以有效減少混凝土收縮徐變對橋梁的影響，能夠較好地控制橋梁線形和節段梁的施工質量。節段預制拼裝技術適用于各種跨度的橋型，不僅適用于簡支梁、連續梁，同樣可以應用于大跨度斜拉橋，在公路、鐵路、市政橋梁中都可以適用。

（3）環境影響小，施工更方便。節段預制拼裝技術施工時將大多施工工序放到預制場進行，節省了大量的現場作業時間，現場只需采用架橋機將預制節段進行安裝即可。相比傳統的施工方法，現場需要的施工人員少，占地面積小，施工對交通和周邊環境的影響小，適用于復雜交通環境下的施工，符合國家可持續化建造理念。

4 節段預制拼裝施工技術發展展望

節段預制拼裝橋梁在設計和施工過程中雖然已經有部分實現自動化施工控制，但多數只是停留在操作層面上，且存在諸多問題。

4.1 智能化控制技術研究

在節段橋梁設計和施工過程中，雖然已經有部分實現自動化施工控制，但多數只是停留在操作層面上，大多數施工過程仍需要人工控制，因此存在調整時間長、匹配效率低、操作復雜等問題?，F如今科技發展越來越快，現代化、智能化技術已經廣泛應用到眾多領域，如BIM技術在許多工程施工中已有應用，但在高速鐵路領域應用較少，在工程設計和建設過程中可以將傳統方法和BIM技術相結合，實現模塊化的設計和施工；也可以采用BIM技術建立橋梁模型，以用于橋梁的設計及橋梁線形調整。通過BIM技術也可以實現自動配筋生成鋼筋參數，或進行橋梁的預拼裝，以便及時發現和解決問題。在模板安裝和拆除方面，雖然現在已有全液壓整體鋼模板，但是在模板安裝和調整方面還是以人工為主，因此可以將智能控制技術同模板調整算法相結合，使模板拼裝裝備更加智能化，模板安裝調整更具效率和精度。

4.2 精確測量控制系統研究

對于節段預制拼裝橋梁來說，最重要的就是線形控制技術，由于在施工過程中受多種不確定性因素的影響，節段預制和安裝難免會出現誤差。如若不及時處理使得誤差累積，就會影響橋梁的整體線形，因此需要提高測量設備的智能化和現代化水平，努力實現測量過程的自動化，以實現精確化測量和管控。目前，國內外在節段預制拼裝橋梁三維線形控制方面有不同的控制軟件，但是在實際應用過程中發現，國外的控制軟件雖然精度相對較高，但同時存在成本高、適用性不強的問題，無法同國內復雜的施工環境和標準體系相匹配，不適合大規模推廣應用。而國內的控制軟件也存在適用性不強的缺點，難以完全滿足復雜的橋梁建造環境和橋梁線形要求，不能保證線形控制的質量。因此，在未來應加強節段預制拼裝三維線形控制智能化技術研究，加強互聯網和大數據處理技術的應用，提高線形控制的精度，實現橋梁節段的高精度預制拼裝施工控制，促進節段預制拼裝技術在工程建設領域更加廣泛的應用。

5 結語

節段預制拼裝技術實現了橋梁構件的工廠化集中預制和現代化設備拼裝，不僅質量更加可靠，其建設效率也大幅提高，而且對環境的影響也較小，展現了現代化建設管理理念，響應了國家綠色建設的發展戰略，對于建造資源節約和環境友好社會起著重要的推動作用，因此采用節段預制拼裝技術進行橋梁建設是未來發展的趨勢。本文綜述了節段預制拼裝橋梁在國內外的應用，說明了節段預制 拼裝技術的優勢，并對節段預制拼裝施工技術未來的發展進行了展望。主要結論如下：

（1）隨著預應力、高性能混凝土構件預制、測量控制和新型膠結材料等技術的發展，橋梁節段預制拼裝技術在各國工程建設中得到推廣，標準化的節段預制拼裝施工技術在公路、鐵路等橋梁建設中均有較好的應用。

（2）節段預制拼裝技術具有建設周期短、經濟效益好、質量可控、應用廣泛、環境影響小、施工方便等優勢，體現了現代化、規范化施工的管理理念，響應了國家綠色施工發展戰略，是未來工程建設領域重點發展方向。

（3）節段預制拼裝技術未來將會加強智能化控制技術、精確測量控制系統等研究。智能化和現代化技術將是節段預制拼裝施工重要研究方向，可不斷助力提升橋梁建設的工廠化和智能化水平，推動工程建設領域高質量發展。