小曲线-大跨度连续钢构桥施工技术研究

喻 伟

（中铁南方投资集团有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

深圳城市轨道交通6 号线工程合水口站-薯田埔站区间大跨桥梁设计结构形式为刚构连续桥梁，全长330.122m，线路平面曲线半径为550m，线路纵断面坡度为20.024‰，设计轨面标高至原地面高度约16.5～22.5m。150m 跨径的刚构连续梁桥为国内城市轨道交通同类桥梁中最大跨度桥梁之一，在世界城市轨道交通桥梁建设中也极为少见，本工程桥梁总体布置如图1 所示。

图1 大跨桥梁总体布置示意图

2 工程难点分析

1）主墩Y 构结构体系复杂，工序繁多，Y 构结构分三部分浇筑完成，后续结构的浇筑施工对Y 构根部产生很大的附加弯矩，易造成该部位开裂，Y 构主体施工对临时支撑体系的刚度以及地基的沉降要求大，Y 构主体与梁体，钢筋密集，预应力体系复杂，操作难度大，周期长，Y 构与墩顶梁施工为本工程的关键控制点之一。

2）本桥桥位曲线半径小，设计要求曲梁曲作，施工过程中，对梁体的线形控制要求非常高，该桥的线形控制是本工程的关键控制点之一。

3 BIM技术全桥建模分析

为了保障桥梁高效安全建设，通过施工工序控制和BIM 技术相结合的方式来预先发现工程难题，在工程中建立设计、施工一体化全桥三维模型，如图2 所示。

图2 CATIA全桥三维模型

3.1 工程量精确计算

根据BIM模型（图3）所提供的详细工程属性，精确计算材料工程量，计算出不同施工阶段的材料实际消耗量。精确算量，进而实施精确采购，限额领料，避免不必要的余量库存，通过设计、BIM 及实际施工工程量对比，BIM 模型输出混凝土的准确率高达98.577%，如表1 所示。

3.2 工程结构干涉分析

设计阶段，设计人员借助BIM 模型的提示，及时发现的设计图纸问题，有效规避图纸问题。施工图阶段，检查钢筋布置碰撞问题，通过优化可以有效减少因空间关系问题而出现的设计变更。一旦BIM 碰撞检查发现问题，可立即开展设计协调会议结合BIM模型商讨解决。如图4 所示，跨过公明渠支架采用BIM 模型和实际工程的比对图，通过3 层贝雷梁设计满足强度、刚度要求。

表1 混凝土输出比较表 （单位：m³）

图3 BIM工程量计算模型

图4 BIM支架建模和工程实体比较图

为更好的运营施工现场，对场地周边进行建模，并进行模拟运营（图5）。通过这些模型可以在工程开始前发现问题，解决问题，避免延误过程工期。

图5 BIM建模和工程实体比较图

4 桥梁施工工序及关键技术

4.1 施工工序流程

为解决施工中存在的预应力体系复杂，施工操作难度大等问题，在施工总方案中150m 大跨刚构桥根据交通疏解情况分两个阶段施工，第一阶段施工大跨桥桩基、承台、墩柱。第二阶段施工Y 构、0#块、悬臂挂篮现浇梁等。在第一阶段施工过程中同时进行第二期交通疏解。主体结构施工中两个主墩尽量同时作业，垂直运输作业采用塔机进行，水平运输利用场地内已有道路。Y 构及边跨段采用钢管贝雷梁支架法施工，主梁其它梁段采用2 对三角形挂篮悬臂浇筑法施工。U 型梁腹板紧跟主梁段施工，在中跨合龙前完成U 型梁腹板安装施工，先合龙中跨，再进行边跨合龙。

4.2 桩基、承台、墩柱施工

基础均采用钻孔灌注桩，主墩桩径为2.2m，边墩桩径为1.5m。主墩桩基要求入中风化砂质泥岩不少于30m，边墩桩基入中风化砂质泥岩不少于在10m。承台采用平面钢模板拼装成型、泵送商品混凝土入模的方法施工。桩基桩头处理后用C20 混凝土施工承台垫层，比桩顶面低10cm，使桩身嵌入承台内。钢筋在加工点下料、加工，现场焊接成型，平面模板打磨涂刷脱模剂后逐块拼装，高强螺栓连接平顺、固定牢固，混凝土施工前在模板底部用砂浆封堵缝隙，防止漏浆。混凝土浇筑时采用插入式振捣器进行充分捣固，并采用预埋冷却水管的方式进行降温处理，浇筑完成后及时进行覆盖养生。承台完成后在顶面测设临时水准点，作为墩身沉降观测的控制点。主墩(HS13、HS14)设计为3.5m×4.5m 的矩形结构，边墩(HS12、HS15)设计为花瓣式板式桥墩。墩柱采用定型钢模板整体拼装、脚手架加固，泵送混凝土入模一次浇筑成型的方法进行施工，钢筋在加工点下料、现场焊接成型。边墩的结构形式如图6 所示。

图6 边墩结构形式立面示意图

4.3 Y构施工技术处理

Y 构作为该桥梁关键施工控制点，分3 次浇筑形成体系，如图7 所示。

图7 Y构施工工序图

第一段为墩顶以下1.2m 至Y 构梁与墩顶梁交接处，当Y 型梁混凝土达到100%设计强度且养护7 天后搭设拱顶梁段现浇支架，安装钢筋、模板，施工拱梁连接段（包含0#段）。

第二段为肋梁与顶梁交接段，当交汇段混凝土达到设计强度且养护时间不少于7 天后张拉顶腹板腋角处钢束。交汇段张拉压浆完成后开始拱顶梁段现浇施工，达到设计强度后进行预应力张拉及孔道压浆，完成刚构梁支架现浇段施工。

第三段为墩顶梁中间26m 段。Y 构段施工完成后，拆除支架、安装挂篮进入连续梁悬臂浇筑施工阶段。

在Y 构施工过程中，斜腿浇筑完成后，在自重及施工荷载作用下，斜腿结构处于弹性支承的悬臂受力状态，和体系形成后的受力模式存在较大差异，后续施工荷载对支架产生的弹性变形，均会增加其悬臂内力，需要严格控制其受力状态。

在Y 构施工第二步时，施工荷载对支架形成压缩，将导致斜腿自重由自身结构承受，如果变形较大，将导致Y 构根部开裂，因此需要严格控制在第二步施工荷载作用下支架的变形。通过对不同变形下受力特性进行分析来保障该步骤的安全，分别模拟4mm、5mm、6mm 弹性变形，如图8 所示，在4mm、5mm、6mm 弹性变形下，受力分别为1.0MPa、1.3MPa、1.6MPa，满足设计要求。

图8 Y构施工工序图

4.4 悬臂段浇筑

边跨现浇段采用支架现浇，主梁段采用悬臂挂篮施工。Y 构主体结构施工完成，拆除支架后在0#段上安装挂篮。挂篮安装完毕后按最不利工况承载重量的120%进行堆载预压。合龙段顺序为先合龙中跨，后合龙边跨。利用挂篮临时支架合龙中跨及边跨施工。

4.5 经济效益分析

通过对深圳市6 号线合水口站至薯田埔站区间150m、Y 型刚构连续梁桥进行了快速、精细、参数联动的三维BIM 建模，实现设计与施工一体化；桥梁BIM 应用模型精细准确，通过精细化、全过程可视化施工模拟，优化了施工场地布置、Y 型刚构施工方案等，通过工序优化分析，结构验算不急保障了工程项目的顺利开展，桥梁BIM应用模型精细准确，模拟输出混凝土方量与实际工程量相比匹配率高达98.6%，施工工期缩短85天，现场材料损耗率节约14.1%。

5 结语

针对城市轨道交通150m 大跨径、550m 小曲线半径的刚构连续梁桥通过信息化顶层设计、施工和BIM 技术相结合的方式保障了工程的安全高效开展，通过研究给出了150m 大跨径连续钢构桥的施工工序流程，解决了关键Y 构施工技术难题、建立了设计、施工一体化全桥三维模型，这种将BIM 和工程相互结合验证的方法为建筑信息化施工提供了一种新方法。