高速铁路连续梁短线法节段预制工艺的应用——以连云港至徐州高速铁路节段预制连续梁为例

徐 领

（中国铁路上海局集团有限公司徐州铁路枢纽工程建设指挥部，江苏 徐州 221000）

短线法节段预制工艺是在国家相继推出“十二五”规划、“十三五”规划、《中国制造2025》等政策背景下，未来高速铁路桥梁建设中必然推行的绿色建设技术[1]。

新建连云港至徐州高速铁路（以下简称“连徐铁路”）节段预制连续梁，即站前Ⅱ标的东海特大桥和Ⅳ标的大许特大桥，是国内高速铁路连续梁建设中首次采用短线法节段预制工艺的桥梁。文章根据项目特点，介绍了连徐铁路工程短线法节段预制桥梁建设过程关键点，包括节段梁划分、预制场方案、节段梁三维线形控制、节段梁架设以及BIM技术的应用。

1 项目概况

连徐铁路短线法节段预制桥梁位于Ⅱ标东海特大桥和Ⅳ标大许特大桥。

东海特大桥跨度为（32+48+32）m，全长113.5m，截面中心线处梁高3.035m，采用等高度梁。边支座中心线离梁端0.75m，梁缝分界线至梁端0.1m；边支座横桥向中心距4.5m，中支座横桥向中心距4.5m。预制节段共计40榀，预制节段多为2.8m、3.0m。其中，中墩墩顶节段重143.3t，边墩墩顶梁段124.4t，其他节段最大吊重为91.9t，中跨跨中合龙段长为1m。

大许特大桥跨度为（32.55+48+48+32.55）m，全长162.5m，边支座中心至梁端0.75m，边支座横桥向中心距4.5m，中支座横桥向中心距4.5m。预制节段共计57榀，预制节段多为2.8m、3.0m。其中，中墩墩顶节段重148.4t，边墩墩顶梁段134.1t，其他节段最大吊重为105.5t，中跨跨中合龙段长1m。

项目采用节段短线法制造，采用悬臂拼装工法架设，边跨取消湿接缝，桥梁装配率高达90%。

2 节段梁划分

综合考虑连徐铁路桥梁跨度、齿块设置、钢束设置，以及预制、运输和架设条件，连徐铁路0号节段长度需满足墩梁临时固结设置所需空间，故最后0号节段选取3m，标准节段梁则选定2.8m和3m进行节段划分比选。

标准节段长度取3m时，边跨可少预制1个节段，中跨可少预制2个节段，但中跨跨中合龙段（湿接缝）长度达3m，合龙段长度偏大，造成现场施工工作量增加；标准节段长度取2.8m时，湿接缝宽度1m，满足规范中湿接缝宽度不小于0.3m的要求。2.8m节段梁和3m节段梁的节段划分见图1及图2。

从运输条件角度考虑，标准节段梁宽度为2.8m或3m，均在平板拖车宽度3.2m以下，不属于超宽货物；节段梁高度3.052m，加上平板拖车高度1.0m及枕木0.2m，防护墙（挡砟墙）预埋钢筋高出梁面高度0.34m，共4.592m，在净高限值5m以下，不属于超高货物，满足限高要求。

综合以上考虑，连徐铁路选定标准节段梁长度多为2.8m，部分节段梁因实际情况选定为2.4m或3m。

图1 2.8m标准节段梁划分示意图（单位：cm）

图2 3m标准节段梁划分示意图（单位：cm）

3 预制场方案

预制场是桥梁建设重要载体，场址以“运输方便快捷、建造成本最低”为准则进行选择。

考虑到连徐铁路连续梁在整条线路中较为零散，因此针对东海特大桥和大许特大桥特点，分别制定了桥下原位预制场及改造合建预制场。

大许特大桥因既有梁场运输条件受限，选择在桥址处红线范围内建设预制场。桥下原位预制场考虑在铁路18m宽征地范围内设置，生产流水线呈“一”字形布局，通过合理设计计算出制梁台座、存梁台座最优布置方式，实现制梁、存梁与架梁互不干扰，高效利用既有场地。桥下原位预制场平面示意图见图3。

图3 桥下原位预制场平面示意图

东海特大桥距离既有梁场较近且符合运输条件，故选择在既有梁场内部利用既有设施、设备，并针对短线法节段预制梁的生产进行改造。改造合建预制场方案在合理安排工期的基础上，通过对原简支梁梁场部分流水线进行改造的方式，制定了改造合建方案，优先预制连续梁节段，保证连续梁先行开工，后期可恢复为整孔预制台座。这样既可以避免新建梁场带来的大量投入，又可以最大限度地利用既有设备与设施，节约了工程成本。既有梁场改造合建预制场平面示意图见图4。

图4 既有梁场改造合建预制场平面示意图

节段梁预制场选址确定后，根据梁场实际情况分别进行梁场规划，并根据工期及功能区域占地情况计算梁场占地面积，节段箱梁预制场根据功能需划分为节段生产区、修饰养生区、节段存储区、混凝土拌和区、钢筋加工区、试验室、办公生活区、施工通道和其他附属等，各区域之间相对独立又紧密相连。

4 节段梁高精度三维线形控制

高精度三维线形控制是短线法节段预制工法中最核心的技术[2]，短线法预制节段三维线形控制要求高、难度大、流程复杂，其主要工作包括总体坐标计算、预拱度分析、预制场内控制纠偏、架设过程线形控制。对于无体系转换过程的桥梁，预制线形与架设线形一致；对于有体系转换过程的桥梁，预制线形与架设线形不一致，需分别进行分析。

连徐铁路节段预制连续梁项目采用了国内专业三维线形控制智能控制系统，通过三维坐标转换矩阵进行智能纠偏，实现了节段梁线形控制精度2mm以下，并可精确到0.1mm级，极大提高了施工质量。三维线形控制智能控制系统关键要素主要包括线路管理、交线配置、几何计算、坐标转换、三维空间线形控制、误差累积修正和报告管理，总体架构见图5。该智能控制系统全面结合了物联网、互联网、大数据处理和云计算等信息技术，实现了数据信息快速传递、高精度数据计算、施工适应性强的三维线形控制数字化模型，有效提高了三维线形控制的效率、精度，保证了预制装配技术在高铁桥梁上的成功应用。

5 节段梁架设

在节段预制桥梁项目中，常见的架设方法为逐跨拼装法和悬臂平衡拼装法。逐跨拼装法适用于桥上桥下运梁，不受地形和运梁条件限制，但架桥机装备庞大，设备费用较高，不适于跨度较大桥梁施工，局限简支梁以及跨度较小的桥梁施工[3]；悬臂装配法拼装设备较轻巧，不受跨度限制，适用于连续结构以及大跨度桥梁[4]。

结合连徐铁路东海特大桥和大许特大桥节段预制连续梁项目特点，并综合考虑施工现状、施工条件、设备成本等要素，分别提出架设适宜性方案。

图5 三维线形控制数字模型总体架构图

针对连徐铁路东海特大桥节段预制连续梁，提出三种架设方案，分别是半联整体胶拼施工、单T构过孔胶拼施工、三跨式双T构同步胶拼施工。经方案比较分析后得出，半联整体胶拼施工架桥机荷载过大，单T构过孔胶拼施工需搭设喂梁平台，而三跨式双T构同步胶拼施工架桥机荷载较小，不需搭设喂梁平台，架桥机不用过孔，安全系数高。因此，连徐铁路东海特大桥节段预制连续梁最终选用三跨式双T构同步循环的胶拼施工法[5]。

针对大许特大桥节段预制连续梁特点，同样提出三种架设方案，分别是无支架、无边跨湿接缝全悬拼方案，墩旁托架、无边跨湿接缝方案，以及墩旁托架、边跨湿接缝方案。为了迎合目前国家的绿色环保建设理念，连徐铁路大许特大桥节段预制连续梁创新性地选用了经济性架设方案，即无支架、无边跨湿接缝全悬拼方案。该架设方案取消了连续梁的边跨湿接缝，仅设置中跨湿接缝，并且边跨架设时可不设置支架，形成的桥梁结构设计、施工工艺更顺应国家发展战略。

6 BIM技术

连徐铁路节段预制连续梁为高速铁路工程，相比其他交通桥梁工程对施工完成之后的桥梁线形精度要求更高，因此对设计参数精确度和施工过程全方面的要求都非常高。设计的重难点在于钢筋笼设计、预应力钢束设置、剪力键设计、腹板斜率设计、各构造间的碰撞避免；施工的重难点在于钢筋的加工、钢筋笼绑扎、波纹管及预埋件精确定位、高精度的线形控制。

连徐铁路节段预制连续梁项目充分运用了BIM技术，以三维数字信息技术为基础，以模型的形式更直观地呈现预应力孔道、混凝土结构、各种预埋件的空间位置关系，并赋予其坐标、标高及其他参数，满足节段预制高精度的设计要求。同时，通过施工方案的模拟优化、施工管理过程系统协调等一系列功能，改善了在传统项目管理过程中无法实现的弊端，使各参建单位均能高效地协同沟通，为高速铁路建设实现“高标准、高质量、高效率”的目标提供了新的数字化管理模式。

（1）基于BIM技术的设计优化与施工指导。在项目设计阶段，引入BIM技术是二维设计向三维设计的一次重大转型。基于BIM技术模拟性、可视化、参数化等特点，可在设计阶段避免大部分问题，如生产节段梁材料数量存在偏差、钢筋排布不合理、钢筋根数不足、钢筋规格型号错误、钢筋保护层存在计算偏差、预应力钢束与构件钢筋交叉占位现象严重、竖向预应力张拉口槽与顶板钢筋碰撞等。

设计的优化可有效提高施工的效率，提前真实模拟整个施工过程更可让项目管理人员和施工人员深刻了解项目流程，避免在施工时对项目流程或工序不熟悉，拖慢施工进度、延误施工工期，同时也方便项目管理，让施工进度更可控。

（2）基于BIM技术的三维线形控制。基于BIM技术的三维线形控制是施工过程中对各节段线形的动态控制过程，准确地控制施工中节段平面坐标、立面高程和纵横向位置，并将其与设计理论值进行比较，找出其偏差值后对偏差进行分析并计算出修正值，能指导下一节段施工进行纠偏，从而保证连续梁平立面线形平顺。

通过结合BIM技术与专业平台，将设计单位、施工单位、质控单位等紧密联系起来，实现协同生产；同时，实时通过数据分析与模型对比，可准确、直观、动态地查看每个节段的生产形态与情况及修正设计线形与实际线形的偏差。

7 结束语

连徐铁路节段预制连续梁对短线法节段预制工艺的成功应用，有效提高了施工质量和施工效率，降低了施工成本。同时，有效结合了高速铁路绿色建造节段预制技术与工程信息化技术，打破了传统工业固有模式，实现了数据传输智能化、自动化、无纸化，极大地保证了节段梁线形控制的高精度，对后续高速铁路装配式桥梁绿色建设具有示范指导作用。