铁路80 m跨节段预制胶拼连续梁施工技术与创新

李 磊

(中铁二十二局集团有限公司北京工程勘察设计院 北京 100043)

1 前言

近年来，铁路节段胶接拼装施工技术因其施工特点呈迅猛发展态势[1]。从单线普速铁路到双线高速铁路、城际铁路[2]，从32 m简支箱梁到主跨80 m连续箱梁，随着设计理念的逐渐成熟[3]，施工装备的不断革新，铁路节段胶拼施工技术正逐步得到推广应用[4]。

1976年法国和日本分别建造了桥长为1 528 m的Marne la Yallee高架桥和桥长为500 m的Kakogawa桥[5]，是目前最早可查证的节段预制胶拼铁路混凝土连续梁桥。20世纪90年代，在国外城市轻轨及高速铁路中，节段胶拼法都得到了广泛应用，如1991年建成的墨西哥蒙特雷地铁高架线桥、2000年建成的吉隆坡轻轨及法国阿维尼翁特大桥等[6]。

早在20世纪60年代，我国就开始了铁路桥梁节段预制拼装技术研究[7]。基于试验目的，我国尝试建设了成昆铁路旧庄河1＃桥、孙水河4＃桥、子牙河大桥以及湘江铁路大桥等。由于节段预制拼装施工技术精度要求较高，上述桥梁均没有取得满意效果，最终发展停滞[8]。2005～2013年期间我国建设了大量接缝采用现浇混凝土的湿接缝节段预制拼装梁。直到2013年我国铁路桥梁领域才建成了首座节段胶拼简支梁桥—黄韩侯铁路芝水沟特大桥，之后我国开始大量尝试节段胶拼施工技术[9]。2015年，中铁五院研制了第五代TPZ80/2500型节段拼装造桥机，该拼装设备能应用于跨度64 m以下的简支梁和跨度80 m以下的连续梁施工[10]。2017年我国建成了首座铁路胶拼连续梁—新建铁路郑阜客运专线周淮特大桥(跨新运河)3联(40＋56＋40)m双线连续箱梁。此后，铁路节段胶拼施工得到了一定的发展[11]。

2 工程概况

京唐城际铁路潮白新河特大桥起止里程DK101＋167.09(T501墩)～DK102＋173.94(T523墩)，正线长度1.01 km。两端分别采用(48＋80＋48)m连续梁跨越潮白新河两侧潮白新河大堤，16孔40 m简支梁跨越潮白新河。孔跨布置如图1所示。

图1 潮白新河特大桥总体布置

其中，主跨80 m连续梁每联沿纵向划分为43个预制节段。设计最大节块0＃块最大高度6.65 m。除0＃块外所有预制节段小于5 m，最大吊装重量小于200 t。连续梁梁体构造如图2所示。连续梁总重6 900 t左右。设计为吊装三个节段张拉一次。中跨合龙段采用架桥机操作平台现浇施工。

图2 (48＋80＋48)m连续梁梁体构造

3 施工关键技术

3.1 结合BIM技术研究节段预制梁场优化布置

潮白新河特大桥施工地点毗邻潮白河国家湿地公园，为国家重点环境保护区。施工中必须保持公园地貌，同时对周边环境的影响必须降到最低。施工中，多次采用BIM技术，对周边地形地貌、施工方案进行模拟分析，拟定的预制场地布置需节约土地资源、有利施工进展、降低工程成本等绿色可持续发展施工理念，主要内容包括:现场临建布置的优化(根据标准化要求计算出临建数量，调整现场临建布置位置达到美观、和谐效果)；机械设备布置优化(根据现场施工工序的安排，分析设备吊装和机械的挪场过程中平面和竖向高程相互协同工作，避免空间碰撞，提前发现冲突)；现场道路的优化(结合现场环境及施工实际需要，协调环境一致的施工道路)、材料堆放分析(合理布置，与环境相协调)。

3.2 变截面节段预制模板系统的设计研究

根据连续梁变高段梁体划分特点，研制出了一种适应于大跨度连续梁预制的自动化模板系统，其中内模可移动、可调整，底模具有高程调整功能以满足梁跨的曲线要求。模板配有一套以大数据为核心的匹配预制线形控制软件，控制软件系统能自动比对匹配段各测点的实测值与软件所给定的理论目标值的差别，精确计算出成型梁段在匹配位置时应处的空间位置，考虑梁段在浇筑过程中的施工误差并确保该误差在后续的浇筑中得以纠正，减少累计误差。

3.3 主跨80 m节段胶拼梁拼装造桥机的设计与改造

采用中铁五院自主研发的第五代TPZ80/2500型节段拼装造桥机，该造桥机已成功应用于郑阜铁路周淮特大桥跨新运河连续梁(主跨56 m)节段胶拼施工及银西铁路漠谷河2＃特大桥简支梁(主跨56 m)节段胶拼施工。本桥对该造桥机进行适应性改造，回转天车和悬吊系统使其悬挂起重能力和天车最大起重量满足主跨80 m连续梁节段的要求，设计出结构合理的承重主梁形式，并对造桥机在大跨度条件下的安全纵移过孔方式进行研究。

3.4 大跨度连续梁节段的拼装技术研究

节段的拼装是整个施工过程中最为复杂，技术困难最多的步骤，主要包括以下几个方面。

(1)预制节段接合面剪力传递优化研究

节段预制混凝土桥梁在构造上一个显著的特点是节段间接缝处混凝土与普通钢筋的不连续性，节段间的接缝是其受力的薄弱环节，并直接影响全桥的整体受力性能。需针对节段间结合面处的剪力键类型、构造形式及其在箱梁节段断面布置方式上展开研究，并对剪力键对接工艺进行优化，研制出一种适应大跨度连续梁拼接梁的剪力键形式及其准确定位施工安装方法。

(2)节段间接缝胶接处理工艺

本工程在节段梁拼装工艺中，节段梁之间涂抹环氧树脂胶结剂，接缝胶的工作性能以及匹配面之间接缝胶的饱满度、涂抹的均匀性对节段梁的耐久性影响较大，一旦胶粘连接不密实，就会让空气中的水分或者酸性物质渗入，如遇预应力管道压浆不饱满就会使预应力钢绞线锈蚀，从而影响到桥梁使用的耐久性和安全性。需对接缝胶的各项性能指标(包括配合比、涂胶厚度和涂刷顺序等)、节段间建立临时预应力的时机、挤胶张拉过程中张拉顺序、张拉力大小控制及预应力孔道保护等这几项关键技术展开研究。

(3)节段张拉卸载过程研究

需考虑主梁挠度及吊杆受力的影响，研究吊杆的拆除顺序以减少在张拉过程中造桥机“回弹力”对梁体上缘拉应力的作用，确保箱梁和吊杆的受力安全。

4 施工主要创新点

4.1 主跨80 m是该类工法在铁路桥梁领域亚洲最大跨度，在国内首次采用

2017年，郑阜铁路周淮特大桥跨新运河连续梁跨度为(40＋56＋40)m，是国内首座铁路节段胶拼施工连续梁。铁路节段胶拼梁此前已在2013年黄韩侯芝水沟特大桥64 m节段胶拼简支梁中得到应用，大于64 m跨度的简支梁尚处于理论研究阶段，而大于56 m主跨的铁路连续梁均采用现浇施工。潮白新河特大桥主跨80 m为该类型桥梁亚洲最大跨度，施工难度大。同时也丰富了该种桥型的施工方法，也可为悬拼吊机施工该类型桥梁提供实践技术参考。

4.2 首次采用短线法匹配连续梁节段预制

在铁路节段预制拼装领域，尤其是胶拼拼装施工中，长线法占有重要位置。这主要是因为长线法相对容易控制预制线形，将节段拼装梁整孔或者整联(半联)整个“搬”到预制场逐块预制，仅端头段或者0＃块采用短线法预制。然而长线法优点突出的同时，也有其巨大的弱势，不便于推广，如占地面积较大、环境影响较大、不利于多条生产线批量化生产。本工程首次尝试将连续梁的变高段全部采用短线匹配法预制，在国内铁路领域尚属首例。同时，该桥最小曲线半径5 500 m，平曲线半径小施工预制精度匹配难度大。随着该桥的顺利实施，为后续推广该工法提供了有力的实践技术保障。

4.3 首次采用对称悬拼法胶拼连续梁节段拼装

前文提到的郑阜铁路周淮特大桥跨新运河连续梁施工，采用了半联一次性悬挂，胶拼预应力张拉成型施工，该工法具有施工速度块、易于控制线形等优势。然而80 m主跨连续梁由于跨度较大，同样的施工方法产生的不平衡弯矩可能对0＃块及桥墩造成不利影响。施工中，采用了类似挂篮悬拼施工方法，设计了永久预应力束，每侧3个节段一组对称悬拼。该方法也在该类型桥梁中首次尝试，为后续推广该施工工法、研究更大跨度的连续梁施工提供了有力的实践技术支持。

4.4 大吨位0＃块梁段的安装技术研究

铁路胶拼法拼装主跨80 m连续梁，胶拼梁节段初步设计的最大重量为0＃块的355 t，而目前常用的节段拼装梁场龙门吊起吊荷载为200 t，运梁车为180 t，这就给吊装和运输带来了很大的难度和安全风险，如果专为0＃段吊装而另采用大型设备则又会降低该预制装配技术的经济性，不利于该技术的推广。同时，0＃块是节段胶拼施工的起点，为此研制出一种适合于大吨位0＃块的施工建造技术，包括0＃块的合理结构划分、吊装工艺及设备选择以及0＃块精准定位采取的高精度测量手段，在保证其施工安全、质量可靠的前提下不失胶拼法的经济性。

4.5 节段胶拼梁施工过程线形监控研究

依据规范及施工工艺相关要求，连续梁施工或采用“四新”技术施工的桥梁，需采取相关线形监控措施。而节段胶拼连续梁施工，除了上述要求外，还需要在节段预制及节段胶拼架设时，进行全过程线形监控，以指导后续施工[12]。

根据国内外规范要求，在预制线形控制过程中，匹配梁定位时纵轴线允许偏差宜控制在±2 mm内，高程允许偏差宜控制在±2 mm内，因此需考虑各种可能的施工误差及环境因素，根据不同项目要求，尽可能采用精度更高的设备，保证线形控制精度与测量精度。

根据预制过程中的线形控制过程、架设过程的调研分析可知，对于需要进行体系转换的结构，必须要考虑梁场的预制预拱度和架设现场的架设预拱度。

根据施工过程发现，预制节段3＃块以后的节段，每个节段预制预拱度和安装预拱度差值较大，且拼装前后节段变形较大，应重点监测，并及时对线形进行纠偏。

通过对各种施工因素进行分析，发现结构自重、预应力损失大小、施工设备、弹性模量等对桥梁变形影响较大，在线形控制中必须考虑。

5 结论

潮白新河特大桥(48＋80＋48)m双线连续箱梁节段预制施工，目前已验收完成。目前成桥后的线形监控结果，与设计参数基本吻合。结合BIM技术优化布置的节段预制场、设计的变截面节段预制模板系统、设计与改造的主跨80 m节段胶拼梁拼装造桥机顺利地完成项目施工任务。研究的大跨度连续梁节段拼装施工技术成功地完成了该项目现场施工。

该工程主跨80 m是该类工法在铁路桥梁领域亚洲最大跨度，首次采用短线法匹配连续梁节段预制、首次采用对称悬拼法胶拼连续梁节段拼装、首次提出大吨位0＃块梁段的安装技术、首次提出节段胶拼梁施工过程线形监控均在本工程进行了实施，工程的实践良好地印证了相关理论。