高速鐵路H 型雙塔斜拉橋智能液壓爬模施工技術

王俊俊 WANG Jun-jun

（中鐵十七局集團有限公司第四工程有限公司，重慶 401120）

1 工程概況

遂寧涪江特大橋是新建成都至達州至萬州高速鐵路控制性工程之一，橋址位于遂寧市船山區境內，穿越1300m 涪江江面、涪江兩岸濕地公園、以及城區居民聚居區，為雙線高速鐵路橋梁，全長5585.5m。其中主橋為“H”型雙塔斜拉橋，90#索塔高度118m，91#索塔高度122m，兩座索塔橋面以上塔高均為93.5m。90#塔頂縱向寬6m，塔底寬9.85m；91#塔頂縱向寬6m，塔底寬9.96m。主塔上橫梁中心線以上部分為上塔柱，包含索錨區，兩個塔柱相互平行，中心距13.6m，采用單箱單室截面，斜拉索錨固采用混凝土側壁錨固形式，斜拉索豎向錨固間距1.8～3.6m，索塔錨固區配置環向預應力筋，中塔柱為上橫梁中心線至下橫梁中心線部分；下塔柱為下橫梁中心線至底座頂部分。索塔施工面臨高空作業、大風等不利因素影響，施工安全風險高，質量控制難度大。

2 索塔施工方法確定比選

2.1 施工方法確定

2.1.1施工分析

90#索塔高度118m，91#索塔高度122m，兩座索塔橋面以上塔高均為93.5m，爬升高度較高，安全風險大，質量、工期要求高。傳統爬模施工工藝為單一架體逐個爬升的方式，無法滿足爬架同步提升的效果，且需對每一只千斤頂配備一名操作工人時時監測、調整千斤頂的頂升狀態，投入勞動力大，異步爬升存在的風險極高。

2.1.2解決措施

為確保索塔施工的安全，保證質量及工期，采用智能液壓爬模施工工藝。

2.2 施工優點

采用智能液壓爬模施工，通過智能集中控制系統，一方面實現自動同步提升、位移監測、壓力監測、視頻監控、風速監測及遠程監控操作，勞動力投入小，使得建筑爬模施工更加高效智能，安全性能大幅度提升。另一方面通過一只油缸對應一個小泵站的方法，利用集中控制柜、手機終端或電腦終端的一鍵操作，實現了各油泵同步供油，爬模同步提升的目標，減少勞動力的投入，提高施工工效，降低施工成本。

3 施工工藝

3.1 爬模設計

3.1.1主塔外側爬模

塔柱外側液壓爬模采用全包圍結構設計，外側模板采用DGPM-10T 重型液壓爬模結構系統。架體包括預埋系統、移模系統、導軌、爬升下架體、分離式上桁架、智能液壓系統六大板塊。外側爬架結構如圖1 所示。

圖1 外側爬架結構圖

3.1.2主塔內架體

塔柱內側用內筒平臺結構設計，內側模板采用木工字梁體系，平臺使用內井筒平臺。最大標準層澆筑高度4.5m。內爬模結構如圖2 所示。

圖2 內爬模結構圖

井筒平臺用于橋梁墩身內模結構的混凝土澆筑。混凝土的側壓力主要由穿墻螺桿承擔，使用簡單、迅速、經濟。

內井筒支架預埋系統與外模一樣，由埋件部分和附墻裝置兩部分組成。埋件部分為受力螺栓（M30/80，12.9 級）、爬錐（M30/D20，45#鋼）、高強螺桿（D20/300，45#鋼）和鑄造埋件板，其中受力螺栓、墊圈和爬錐為周轉使用。

3.1.3液壓控制系統

本系統采用動力單元與集中控制系統相結合的工作方式，通過PLC 控制系統控制,實現自動同步、位移監測、壓力監測、視頻監控、風速監測及遠程監控操作（包含手機、大屏監控、電腦），使得爬模施工更加高效智能。其主要由動力單元、液壓油管、液壓油 缸、磁至式位移傳感器、壓力繼電器和PLC 智能控制系統組成。集中控制柜及手機軟件操作控制端界面如圖3 所示。

圖3 集中控制柜及手機軟件操作控制端界面

由于主塔單肢就有10 榀爬模下架體，且每個面均為斜爬或者俯仰爬，外模均采用動力單元形式，一支油缸對應一個小泵站，所有油缸動力一致，確保同步。液壓電路布置如圖4 所示。

圖4 液壓電路布置圖

3.1.4爬架架體布置

塔柱兩個肢，每個肢均為四邊形，單個塔肢下塔柱外模共配置10 榀爬模下架體，單元A 架體單元布置2 榀DGPM10T 爬模架體，單元B 架體單元布置3 榀DGPM10T爬模架體，單肢內模共配置3 榀內井平臺。架體平面布置如圖5 所示。

圖5 架體平面布置圖

3.1.5爬模外防護布置

爬模外模防護為全封閉式防護，水平管為40*40 矩形管，矩形管與架體之間通過U 型栓連接；網片由0.9mm 折彎沖孔鋼板擠壓成型，表面進行噴塑處理，藍色為大橋藍。單塊寬度0.9m，有2m/2.5m/2.1m/2.2m/3m//3.2m 六種長度。網板與水平管通過自攻自轉釘連接固定。全維護密封性十足，整體連接剛度大，安全牢靠。沖孔鋼板網、水平管與架體連接如圖6 所示。

圖6 沖孔鋼板網、水平管與架體連接圖

3.1.6爬模外防護布置

為避免架體爬升時與結構沖突，爬模上平臺板與混凝土墻面間留有100-150mm 的間隙，同時為防止高空墜物，在下平臺和液壓平臺的架體與混凝土墻面之間空隙處設置翻板，當架體提升時將翻板翻開，架體提升到位后立即將翻板鋪好。在導軌與平臺跳板之間的縫隙處同樣采用定型翻板對縫隙進行封堵。架體與架體單元之間同樣設置定型翻板進行防護。在跳板與網板之間設置定型踢腳線，防止墜物。平臺翻板及踢腳板布置如圖7 所示。

圖7 平臺翻板及踢腳板

3.1.7防墜措施

爬升機構的設置處，采用液壓油缸頂升，液壓油缸設置保壓裝置，同時設置兩套防墜爬升器，使得架體與導軌互相限制，使不下墜。導軌頂上設置導軌安全銷，防止導軌掉落。上下防墜爬升器與導軌安全銷如圖8 所示。

圖8 上下防墜爬升器與導軌安全銷

3.1.8主塔模板

智能液壓爬模模板體系由21mm 進口板（外模-整板尺寸1.22m×2.44m）、21mm 國產板（內模-整板尺寸1.22m×2.44m），21mm 板條，H20 木工字梁、橫向2]14 槽鋼背楞組成；木梁與槽鋼背楞之間、采用連接爪連接。兩塊模板之間采用芯帶連接，用芯帶銷固定，轉角位置采用單頭斜拉桿與陽角斜拉座連接固定，從而保證模板的整體性，使模板受力更加合理、可靠。

模板高度4.5m，采用對拉桿施工方式，拉桿為20 高強螺桿，高度方向設置4 道2]14 槽鋼背楞，間距分別為1200/1200/1250mm，模板下包100mm。隨著爬升，截面尺寸變化，順模板逐層向外延伸并切割。模板的切割與爬模架體的平臺變化一致。模板結構如圖9 所示。

圖9 模板結構圖

模板組裝順序：材料檢查→材料準備→部分木梁開孔→擺放槽鋼背楞→檢查背楞幾何尺寸→擺放木梁→木梁與背楞連接爪固定→檢查木梁擺放后的幾何尺寸→釘兩端端頭木方→板條下料→面板下料→板條與木梁連接→面板與板條連接→檢查面板幾何尺寸→面板上開設相關孔洞→面板組裝完成進行下一模板組裝。

3.2 爬模安裝

3.2.1拼裝三腳架

按照爬錐中到中間距擺放在水平地面上。保證軸線絕對平行。將三角架扣放在木板軸線上，保證三角架中到中間距等于爬第一次澆筑爬錐中到中間距。

3.2.2固定三腳架

將平臺梁按圖紙尺寸擺放到位，吊裝三腳架與平臺梁進行連接。

3.2.3安裝平臺板

按照施工圖平臺板布置圖紙鋪設跳板，并再次校正兩三角架中到中間距是否為第一次澆筑爬錐中到中間位置。

3.2.4懸掛三腳架

將鋼絲繩穿過爬模三腳架勾頭及三腳架橫梁尾部，架體整體吊起，平穩掛于澆筑時埋好的受力螺栓（掛座體）上，插入安全插銷。

3.2.5安裝移模系統

安裝好移模系統后，吊裝至已安裝好的主平臺上，用鋼管一個單元內的移模三腳架連接在一起。

3.2.6拼裝上架體

按照架體總裝圖紙中的架體間距擺放在水平地面上。保證兩條軸線絕對平行。然后拼裝上架體，所有螺栓必須全部擰緊固定，所有銷子必須插入發卡，保證架體不晃動。然后整體將上架體吊裝至爬模主平臺設計位置。

3.2.7安裝外防護

安裝圖紙間距，將外防護水平管整體鋪設在地面，將對應網片通過鉚釘固定在水平管上，整體吊裝防護，通過U 型螺栓依次與下架體及分離式上桁架進行連接固定。

3.2.8吊裝模板

第三節段鋼筋拼裝完成后，將模板從上桁架上方吊入，通過水平調節座將模板水平的調好，通過背楞扣件將模板與移模主背楞連接固定。

待架體爬升至第三節后，安裝下平臺及相應跳板、防護，整個液壓爬模體系安裝完成。

3.3 索塔施工

3.3.1基面處理

上一節段塔柱施工完成，且混凝土強度達到10MPa后，人工手持電鎬對上一節段已成型的塔柱頂面鑿毛處理，鑿毛后露出新鮮混凝土面積不低于總面積的75%。鑿毛完成后采用高壓水對基面浮漿、殘渣清理干凈。

3.3.2勁性骨架安裝

為保證塔柱鋼筋的架立精度、索導管空間定位精度以及塔柱施工線型的控制精度，在塔柱內設置勁性骨架。勁性骨架在后場分片加工成型后運輸至施工現場，采用塔吊起吊至塔柱施工位置，測量定位后現場焊接成整體。

3.3.3鋼筋綁扎

塔柱鋼筋按照每節段塔柱尺寸下料加工，豎向主筋全部采用鐓粗直螺紋套筒連接，其余鋼筋全部采用焊接。鋼筋按照設計圖紙尺寸及規范要求綁扎，鋼筋綁扎完成后采用扭矩扳手逐一檢測每個機械接頭的連接質量、每一道焊縫的焊接質量，檢測合格后進入下一道工序的施工。

3.3.4接地鋼筋焊接

塔柱接地鋼筋由結構鋼筋代替，接地鋼筋底部從樁基接地鋼筋引上，豎向通長貫通整個塔柱并引出塔頂，頂端與防雷系統連接，豎向接地鋼筋設置在塔柱四角處。塔身高度方向每間隔10m 將水平環向結構鋼筋與豎向接地鋼筋焊接成整體，形成環繞均壓環。

接地鋼筋焊接完成后，通過電阻測試儀檢測安裝質量，接地電阻＜1Ω 即合格。

3.3.5防裂網安裝

塔柱為斜拉橋的根本，為減小因混凝土水化熱引起的塔柱表面裂紋，在塔柱外表面設置ZWD4×80×150×4 規格的鍍鋅防裂鋼板網。鋼板網設置在塔柱外側鋼筋表面，通過鐵絲與塔柱鋼筋綁扎牢固，最后在鋼板網表面安裝高強度混凝土墊塊控制混凝土保護層厚度。

3.3.6預埋件安裝

塔柱內預埋件眾多，分為工程埋件和施工埋件兩種。工程埋件有塔內檢修樓梯預埋件、門洞預埋件、檢修平臺、照明燈座埋件、航空障礙燈燈座、支座、預應力管道、索導管等預埋件；施工理件主要有塔吊附著預埋件、電梯附著預埋件、泵管、水管附著預埋件、橫梁支撐牛腿預埋件、中塔柱臨時撐桿埋件和爬模預埋件等。

各類預埋件根據設計位置進行安裝，測量控制安裝精度，預埋件安裝完成后必須逐一檢查預埋件的型號、尺寸、安裝位置等參數是否正確，有外露要求的預埋件必須做好防腐措施。

3.4 爬架提升

①在N+1 節段塔柱內預埋爬錐，澆筑N+1 節段混凝土。砼強度達15MPa 以上時，液壓自爬模具備爬升及承受設計荷載條件。②養護混凝土，綁扎N+2 節段塔柱鋼筋。③松拉桿，拆模，后移模板，安裝附墻掛座。④通過液壓系統提升導軌。⑤拆除下部預埋件掛座及爬錐。⑥通過液壓系統提升爬模。⑦合模，穿拉桿，澆筑N+2 節段混凝土。

3.5 模板加固

模板安裝前首先將塔柱頂面的雜物沖洗干凈，平直段采用木模+木工梁組拼，轉角處采用定制鋼模板安裝，模板安裝平直，接縫嚴密，加固牢固。

平直段模板用D20 高強度對拉螺桿加固，利用?32×2 PVC 套管預留拉桿通道。倒角處采用死拉桿固定，內部焊接在勁性骨架上，外部通過預留車絲套筒連接，拆模時通過旋轉拉桿可將外露部分拆除。

模板定位準確后檢查各預埋件安裝質量，將爬錐用安裝螺栓固定在模板上，爬錐孔內抹黃油后擰緊高強螺桿，保證混凝土不能流進爬錐螺紋內。埋件板擰在高強螺桿的另一端，錐面向模板，和爬錐成反方向。爬錐預埋前，現場技術員檢查螺桿是否完全進入錐形螺母。預埋時，需將埋件桿點焊在鋼筋上。埋件如和鋼筋有沖突時，將鋼筋適當移位處理后進行合模。

3.6 混凝土澆筑、養護

索塔澆筑高度在0～47m 時，采用天泵泵送混凝土入模，澆筑過程中不得直接沖擊模板和預埋件，高度超過2m時設置串筒。人工手持振搗棒振搗，直至混凝土無氣泡冒出，無明顯下沉為宜，各轉角處重點加強振搗，保證混凝土密實、均勻、無蜂窩。混凝土澆筑完成后，最后抹面、壓實、收光。

索塔澆筑高度在47m 以上時，塔身各設置2 根高壓管（左右肢各一根，內徑12.5cm）作為豎向泵送混凝土，保證混凝土澆筑順利進行。為了保證混凝土澆筑連續進行，左右肢配備一個雙出料口非旋轉布料器，保證混凝土分層澆筑，均勻布料，確保索塔混凝土成型質量。布料器大樣如圖10 所示。

圖10 布料器大樣圖

混凝土澆筑過程中留存同條件養護試件，用以驗證塔柱實體強度、拆模強度以及爬模爬升強度。

混凝土澆筑并初凝后，覆蓋土工布，開啟自動噴淋裝置進行灑水保濕養護，養護時間不少于14d。

3.7 模板拆除

混凝土強度達到50%以上后松開拉桿，將模板后移，為混凝土養護提供了工作面，噴淋養護可直接噴灑到塔柱側面。進入下一循環施工。

3.8 質量檢測

下一節段爬模爬升前對同條件養護試件進行強度檢測，強度≥15MPa 時方可進行爬升作業，否則不予爬升。

模板爬升后采用保護層檢測儀對塔柱鋼筋保護層厚度檢測，整理出數據可指導下一節段塔柱鋼筋綁扎。

塔柱混凝土到達齡期后對試件進行強度檢測，用以驗證塔柱強度是否滿足設計要求。

4 效益分析

4.1 技術進步方面

將塔柱外表面防裂鋼絲網變更成鋼板網，提高了防裂網強度和適當加大了網孔尺寸，可保證混凝土骨料能自由穿過防裂網孔洞，避免了塔柱表面全是水泥漿的隱患，保證了塔柱混凝土的勻質性，較少了塔柱開裂的風險，提高了塔柱施工質量。

智能液壓爬模系統技術實現了架體自動同步提升，遠程操控的全智能化模塊。通過智能控制系統控制，實現自動同步、位移監測、壓力監測、視頻監控、風速監測及遠程監控操作，極大地減少了勞動力的投入，提高了施工工效，縮短了施工工期，并提高了施工的進度，施工質量和安全得到有效控制。

4.2 經濟效益

通過對比傳統集中泵站串聯供油的手動頂升施工技術，高層鋼筋混凝土結構施工采用智能液壓爬模系統后，爬模操作人員大幅度減少，爬模爬升時間節約了一半以上，縮短了施工工期，減少了勞動力的投入和作業人員的勞動強度，施工工效有了顯著提高。

在經濟效益方面，智能液壓爬模施工特點是智能化作業、施工效率高、安全有保障，雖然前期施工設備一次性投入可能比傳統施工工藝略高，但在降低工人作業強度，減少其他輔助設施、增加工程進度方面效果顯著。在遂寧涪江特大橋塔柱的施工中，采用該液壓爬模施工，每月可完成4 到5 個節段，施工費用降低明顯。

智能液壓爬模系統中爬架的操作空間相對于傳統爬模更加寬闊，鋼筋綁扎時間比傳統施工縮短1 天時間，液壓爬模爬升速度快捷，只需1 個小時左右即可爬升到位，滿足施工要求，傳統爬模一般需要2～3 個小時。智能液壓爬模技術與傳統爬模技術應用效果對比見表1。

表1 智能液壓爬模技術與傳統爬模技術應用效果對比表

5 結束語

遂寧涪江特大橋斜拉橋索塔采用的智能液壓爬模的施工工藝，確保了施工質量、安全和進度指標，向外界樹立了良好的企業形象。其施工工藝簡單、施工效率高，且對施工安全有極大的保障，極大減少了勞動力的投入，能大幅度提高施工工效，實現了從傳統既費時又費力人工施工方法向成套自動化設備智能化施工的根本轉變。智能液壓爬模施工技術在遂寧涪江特大橋的成功應用，為我國高層建筑以及超高層建筑的施工提供了大量技術數據和寶貴經驗。