上跨在役鐵路橋梁施工BIM數字李生技術應用

Abstract：Bridgeconstructionacrossexistinghighwaysorexistingrailwayshasgreaterconstructionsafetyrisksof itsown projectandtraffcsafetyrisksofexistingroads.Therefore，itispossbletousedigitaltechnologytosimulatesafetyriskin advancebeforeconstruction，andtakeefectivetechnicalmeasurestosolvethem.Toimprovetheintrinsicsafetyofconstruction projects.BIMtechnologyisaplidtoupperspanbridgeconstructionprojectstorealizesimulationandoptimizationofcostruction plans，integrationandcollborationofconstructioninfomationconstructionqualityandsafetymanagement，etc.Takingtheabove constructionprojectoftheShanghai-Jiangsu-ZhejiangBridgeastheresearchbackground，westudiedtheBM-baseddigitaltwin technologyforcoss-linbamconsructionThoughBMdigitaldigitalsimulationanalysisofheinstalationandconstructioof cross-linebeams，theconstructionenvironment，importantconstructionproceduresandsafetymanagementandcontrolpointsare pre-realized，andtheafetyeficiencyndrationaltyofresouealocationofprojectconstructionareealizedTheaplicatiof BIMtechnologyinthisprojectcan providereference for digitalsafetymanagementof similarroad-relatedprojects.

Keywords：overpass bridge;construction technology;BIMdigital twins;safetyrisk；technologyapplications

當今社會經濟高速發展，交通量增長訴求要求道路加密設置，因此往往會上跨既有交通線路新建橋梁工程，而被跨道路因交通繁忙往往無法中斷交通進行施工上跨橋梁項目。在新建橋梁施工過程中需嚴格控制橋梁施工安全隱患，并采取有效措施降低既有道路的交通安全風險。上下交叉施工安全管理是一項復雜而重要的工作，已有多位工程技術人員對此展開了研究，如鄧小釗、劉昶對上跨既有橋梁新建高架橋安全防護及交通組織方案進行了研究，該項目采用防護棚的防護方式，確保了所跨滬昆高速的交通安全，并采用遠端分流方式減少了涉路段交通量。崔越超以鄭徐客專引入徐州東站應急工程上跨京滬高鐵工程為背景，研究了上跨鐵路橋梁施工的主要安全防護措施。卓建培研究了上跨鐵路橋梁防護系統，并對防護體系的設計關鍵點及列車運營對施工安全影響進行了計算分析。

隨著時代發展，各個行業領域都在向大數據、數字化發展。橋梁建設行業大力推進BIM的發展應用。如康斌基于BIM技術應用于預應力橋梁施工監控進行了研究，并采用Midas對BIM模型與有限元模型耦合，研究了BIM技術應用于監控的可視化、一體化和信息化。徐明星研究了借助BIM技術優化預制梁生產，對其中的鋼筋加工、模板安裝、混凝土澆筑和預應力張拉等方面進行了細部研究。其他工程技術人員也對BIM技術應用于橋梁工程施工做了大量技術研究工作，為推動BIM應用于橋梁工程作出了貢獻[10]

根據中鐵十五局集團有限公司承建的如通蘇州至湖州城際鐵路上跨滬蘇湖特大橋的特點，結合BIM技術對該橋梁進行數字化管理研究，以期實現該項目的數字化與安全性。

1工程概況

上跨滬蘇湖特大橋（ 40+60+40）m 連續梁位于湖州市南潯區馬腰村，梁全長為 139.8m ，計算跨度為（ 39.3+ ，線間距 4m ，中支點截面中心線處梁高 4m 跨中 2m 合龍段及邊跨 10.9m 直線段截面中心線處梁高 2.25m ，梁底下緣按圓曲線 R=216.946m 變化。邊支座中心線至梁端 0.6m ，梁縫分界線至梁端 0.10m 。邊支座橫橋向中心距 3.9m ，中支座橫橋向中心距 3.8m 全橋分35個梁段，中支點0號梁段長 11m ，一般梁段分成3.0、3.5m ，中跨合龍段長 2.0m ，邊跨現澆段長 8.9m ，邊跨合龍段長 2.0m ，最大懸臂澆筑塊 95.784t（A1，B1 節段）。

梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁。箱梁頂板厚度 40cm ，支點附近局部加厚到 60cm ;腹板厚度 45～

85cm ，邊支點局部加厚至 90cm ；底板厚度 47.5～70cm 圓曲線變化。腹板、頂板局部向內側加厚均按直線線性變化。全聯在端支點、中支點處設置橫隔板，橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過。橋面寬度：防護墻內側凈寬7.7m ，橋梁寬 10.8m ，橋梁建筑總寬 11.1m 0

如東經南通蘇州至湖州城際鐵路（南潯至長興段）上跨滬蘇湖特大橋23—26號墩為 40+60+40）m 連續梁，主跨上跨南潯大道。線路與南潯大道交角 101^° ，道路現狀為寬 25.5m ，通行凈空為 5m 。上跨滬蘇湖特大橋23—26號墩為矩形花瓶型實體墩，樁基為摩擦樁，樁長最長 67.5m ，上部結構采用掛籃懸澆施工，主跨共15個節段，單側邊跨7個節段，邊跨現澆段 5m 長，合龍段 2m 。

依據施工場地總平面圖，搭建項目駐地、鋼筋加工廣、臨時材料堆場、加工區、辦公區、生活區和預制梁場等施工場地布置BIM模型（圖1）。

圖1施工場地布置BIM模型

2 施工期BIM應用作用

2.1施工方案模擬與優化

因上跨道路施工橋梁是復雜工程，利用BIM技術對施工全過程進行模擬碰撞分析，優化出合理的施工方案，減少資源浪費和成本。如可以模擬施工工序、施工設備的布置和使用等，提前發現施工中的潛在問題，并進行優化。在預制橋梁上部結構施工中，基于BIM的施工方案智能模擬技術可以極大提高工作效率，為其他類似施工方案智能模擬搭建提供新思路。

2.2 施工信息集成與協同

通過BIM平臺，不同部門可以實時共享施工信息，提高協同效率，減少溝通成本。如在橋梁施工過程中，采用BIM技術可以實現工程信息共享與集成管理，統籌優化管理，避免設計、制造和施工應用系統之間的“信息斷層\"和\"信息孤島\"問題。

2.3施工質量與安全管理

BIM技術可以對施工過程進行實時監測，及時發現并處理潛在風險，確保施工安全。例如，通過BIM模型可以對施工質量進行檢測，發現施工中的問題，并根據實際施工需求科學調整施工流程

3橋梁施工方案BIM構建

3.1 總體施工方案

連續梁墩頂0號塊采用支架現澆，懸臂現澆段采用菱形掛籃對稱現澆施工。邊跨直線段利用鋼管柱支架法施工；中間合龍段采用吊架法封閉，采用掛籃施工。混凝王預壓塊在掛籃和支架施工前進行堆放。當梁截面混凝土強度達到設計要求時，進行縱向和豎向預應力施工。按先側跨后中跨的合閘順序進行施工，按要求完成體系統轉換。

3.2施工過程BIM數字繪構

新建上跨滬蘇湖特大橋橋梁主體結構BIM模型搭建，包括上部結構、下部結構、橋面系及附屬設施（橋面鋪裝、護欄、支座和排水系統等）和交安設施等，模型細度：LOD3.0）（圖2）。構建2套BIM模型： ① 主梁不分節段整體BIM模型； ② 主梁劃分節段BIM模型。

圖2橋梁主體結構BIM模型

3.2.124號墩、25號墩、0號塊現澆段支架

0號塊現澆支架為梁柱式支架。體內固結形式：支架鋼管樁采用 φ630mm×8mm 圓鋼管，縱橋向橋墩兩側各設1排，橫向布置3根，橫橋向等間距布置，間距為 3.5m （主跨 50m 連續梁）或 3.2m （主跨 60m 或 70m 連續梁）;鋼管柱上方采用雙拼 I40a 型鋼做柱頂分配梁;柱頂分配梁上部采用 I32a （主跨 50m 連續梁）或 I36a （主跨 60m 或 70m 連續梁）縱向承重結構，上方設置I10橫向小梁，然后上方縱向布置 100mm×100mm 方木，方木間距為200mm （底板兩側位置）或 300mm （底板中間位置），方木上部設置 15mm 厚竹膠板為模板面板，承受頂底板及腹板范圍內的作用，翼緣板范圍內作用在 I32a （主跨50m 連續梁）或I36a（主跨 60m 或 70m 連續梁）型鋼上。支架焊縫采用滿焊，對焊等級為Ⅱ級，角焊等級為3級。

3.2.2邊跨23號墩、26號墩、現澆段支架

直線段采用梁柱式現澆支架，竹膠板規格為 15mm 方木規格為 100mm×100mm ，方木下方的采用I10型鋼，縱梁采用I36a型鋼，橫向分配梁為雙拼I45a型鋼，鋼管樁為 φ630mm×8mm ，承臺范圍內鋼管樁與下部基礎采用預埋鋼板連接，樁間連接系為雙拼 ∠125mm× 12mm ，并且使用 2L125mm×12mm 連接鋼管樁與墩身，承臺之外基礎采用鋼管打入土中（圖3）。

圖3大型臨時結構、機械設備BIM模型

根據本工程的結構特點，結合項目的實際情況，本橋采用菱形掛籃施工。掛籃由專業生產廠家加工而成，單邊掛籃加模板總重小于0.5倍最重節段。橋梁梁體施工采用菱形掛籃進行對稱懸灌施工，外模板、底模板和主構架一次走行到位（圖4）。

圖4連續梁懸臂澆筑掛籃BIM模型

邊跨現澆直線段采用梁柱式現澆支架，竹膠板規格為 15mm ，方木規格為 100mm×100mm ，方木下方的采用I10型鋼，縱梁采用 136a 型鋼，橫向分配梁為雙拼I45a型鋼，鋼管樁為 φ630mm×8mm ，承臺范圍內鋼管樁與下部基礎采用預埋鋼板連接，樁間連接系為雙拼∠125mm×12mm ，并且使用 2L125mm×12mm 連接鋼管樁與墩身，承臺之外基礎采用鋼管打人土中（圖5）。

圖5邊跨現澆段臨時結構

1）施工準備。懸臂梁段澆筑完畢，清除箱頂、箱內的施工材料、機具，用于合龍段施工的材料、設備有序放至墩頂。

合龍前測量高程、溫度，連續觀測時間不少于 48h 滿足正常施工溫度的條件下，合龍段混凝土澆筑時間應在一天中溫度最低時段，并使混凝土澆筑后溫度開給緩慢上升為宜。

2）邊跨合龍段吊架及模板安裝。邊跨合龍段采用掛籃底模系統形成吊架進行施工。吊架利用在已澆筑砼頂板和底板預留孔洞， $＼$ 32$ 精軋螺紋鋼為吊桿，前移掛籃模板至邊跨現澆段，利用原掛籃底模與側模作為合龍段的模板。

3）邊跨合龍鎖定。合龍前使合龍段兩端懸臂端臨時連接，盡可能保持相對固定，以防止合龍段混凝土在澆筑及早期硬化過程中產生裂縫。勁性骨架采用 32a 槽鋼，與預埋鋼板四周滿焊，綴板四周與槽鋼滿焊，焊縫高 度不小于 8mm 。邊跨合龍模型如圖6所示。

3.2.3 中跨合龍施工

1）中跨合龍段吊架及模板安裝。中跨合龍段施工應在跨兩側截流段施工完成后進行。在中跨合龍段施工前，應拆除側跨直段的支撐，拆除側墩支撐的水平約束，確保連續梁體系處于無約束的自由狀態。

中跨閉合段的構造采用吊籃底模和側模。施工前應將一側吊籃主桁架移至橋墩附近拆除。吊籃的另一側向前移動并錨固，底部和側面模具懸掛在箱梁的混凝土上。側模向前移動，錨定在相鄰兩段的混凝土箱梁上。底部模具和側面模具放松，落在滑塊上。綁扎鋼筋，設置內模支架，安裝內模，用拉桿固定。

2）中跨合龍鎖定。合龍前使合龍段兩端懸臂端臨時連接，盡可能保持相對固定，以防止合龍段混凝土在澆筑及早期硬化過程中產生明裂縫。合龍前除T構\"懸臂端按平衡要求設置平衡重外，如施工控制有要求時還將對合龍段處采取調整措施。合龍段支撐勁性鋼骨架施工及臨時預應力束張拉施工與邊跨合龍段施工相同。

3）中跨合龍配重設置。合龍段澆筑前對懸臂梁兩端進行水箱配重穩定懸臂，單側配重為合龍段混凝土重量的1/2，水箱重心距懸臂外端部 1m 。

為保證合龍段始終處于穩定狀態，合龍段混凝土澆筑過程中，按新澆筑混凝土的重量分級卸去平衡重（采用水箱放水的方法），保證平衡施工。

4）中跨合龍混凝土澆筑。合龍段混凝土采用C55補償收縮混凝土。合龍段混凝土選擇在一天中氣溫最低時進行澆筑，保證合龍段新澆筑混凝土處于氣溫上升的環境中，在受壓的狀態下達到終凝，以防混凝土開裂，混凝土的澆筑速度要迅速且持續。

中跨合龍段臨時結構BIM組合模型（圖7），包括：內模 ?+ 外模+鋼筋。

圖7中跨合龍模型

4應用效果

1）搭建BIM三維模型，實現跨滬蘇湖特大橋上跨被交道路南潯大道施工三維可視化效果。

2）運用BIM虛擬施工模擬，獲得可行的最優施工方案，實現全流程重難點施工工藝及工序可視化。

3）提前預知施工過程將遇到的“錯漏碰缺\"問題，優化施工方案，提供虛擬施工作業指導，提高施工安全管理技術。

參考文獻：

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[3]卓建培.市政道路上跨鐵路橋梁防護體系設計及施工[J城市道橋與防洪，2022（4）：141-143.

[4]康斌.基于BIM的大跨預應力混凝土連續梁橋施工監測研究[D]湘潭：湖南科技大學，2023.

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