节段预制拼装桥梁施工技术应用研究综述

乔德华 常亮亮 闫 嵩 何 伟⋆

(1.华北水利水电大学 土木与交通学院，河南 郑州 450045；2.许昌市建设投资有限责任公司，河南 许昌 461000；3.中铁十六局集团有限公司，北京 朝阳 100018)

传统的桥梁施工方式，已无法满足绿色发展、新型工业化进程的需求[1]。桥梁节段预制拼装施工方法是按照设计图纸和现场实际情况把桥梁分成众多节段，节段梁在预制场预制完成，现场只需要将预制好的构件进行定位、安装即可[2]。与传统施工方法相比，桥梁节段预制拼装能够大幅提升桥梁的建造质量和施工效率，现场施工更加规范化[3]，环境污染和噪声问题明显减少，现场施工工程量和人力都相对减少，现场施工时间缩短，工期易控制且环保，越来越多地被应用在跨海大桥、城市桥、公路桥、铁路桥等领域，并取得了显著的社会效益[4-5]。节段预制桥梁的规范化，符合建设新型工业化城市的发展要求，建设效率高。

当前，节段预制拼装技术逐步完善和成熟，在国内外众多建设领域应用也更加广泛，极大地推动了国家工业化建设[6-7]。本文综述了节段预制拼装桥梁在国外及我国的应用和研究现状，梳理了节段预制拼装技术的优势，并在此基础上对节段预制拼装施工技术的未来发展进行了展望。

1 节段预制拼装桥梁在国外的应用

节段预制施工桥梁最早起源于20世纪中期，法国设计师弗莱西奈在马恩河上采用节段预制施工技术建造了Luzancy桥[8]。1962年在法国建造的Chois-Le-Roi桥，不仅是首次采用悬臂拼装方法施工建造的预制桥梁，还首次使用了长线法施工，桥的节段梁接缝处采用胶接缝进行胶结，此后节段预制拼装技术开始在世界各地推广开来[9]。1980年建成的美国Long Key桥，首次提出体外预应力技术进行预制，桥梁的基础、桥墩和节段梁均采用预制拼装而成，对环境影响大幅减小，是新一代的体外预应力混凝土结构桥梁的典范[10]。2000年建造的泰国曼谷曼纳高速公路桥，全长55km，由于采用了短线匹配预制、节段拼装、干接缝和体外预应力技术，仅用时26个月就建造完成[11]。最早在铁路建设领域应用节段预制拼装技术的是1976年法国建成的Marne La Vallee高架桥，该桥采用短线法预制、环氧树脂胶黏结，通过上行式支架悬臂拼装。到20世纪90年代，随着体外预应力技术和钢筋防腐技术的发展，搭配先进的节段拼装架桥机设备，节段预制拼装桥梁施工速度快、环境污染小等优势在城市轻轨和高速铁路桥梁领域逐渐显现。1991年建成的墨西哥新莱昂州蒙特雷市轻轨线高架桥，采用短线法施工结合体外预应力技术，节段接缝处使用环氧树脂胶进行胶结，采用逐跨拼装方法进行拼装施工[12]。1997年，法国首次尝试在高速铁路桥梁上采用节段预制拼装技术、体外预应力结构和高强度混凝土建造了跨度超过100m的预应力混凝土桥梁——阿维尼翁特大桥[13]。随着体外预应力技术的发展和完善，节段预制拼装技术在各国工程建设中的应用越来越广泛。虽然节段预制拼装桥梁结构形式多样，但标准化的节段预制拼装技术在公路桥、城市高架桥、城市轨道高架桥梁以及高速铁路桥等方面均有较好的应用。

2 节段预制拼装桥梁在国内的应用

我国最早应用节段预制拼装技术的是1965年河南省建成的五陵卫河桥，这是我国首次在公路上采用节段预制、悬臂拼装技术建造的预应力混凝土桥梁[14]。随着体外预应力技术的发展和体内预应力钢筋防腐技术的出现，结合先进架桥设备的节段预制施工技术在我国开始投入使用。2001年在上海建造的高速公路桥新浏河大桥采用长线法进行节段预制，并首次从国外引进专用架桥机逐跨拼装建造。2008年苏通大桥采用短线法施工，现场使用悬臂拼装法进行拼装。2018年建成的举世瞩目的港珠澳大桥中部分连续梁的建设也是使用节段预制拼装法施工[15]。相较于节段预制拼装技术在公路和市政工程方面的应用，我国在铁路建设方面对节段预制拼装技术的使用还较少。但随着高性能混凝土构件预制、测量控制和新型胶结材料等技术的发展，节段预制拼装技术在铁路桥梁建设领域得到进一步推广和发展。1999年建成的石长铁路湘江特大桥是国内首次在公铁两用桥梁上采用节段预制架桥机悬臂拼装的大跨度桥梁[16]。2003年建成的抚河特大桥是采用节段预制和移动模架拼装的双线箱梁[17]。2013年建造的黄韩候铁路芝水沟特大桥同样采用节段预制拼装技术[18]。众多铁路项目相继对节段预制拼装技术进行了试点并逐步推广使用。

3 节段预制拼装技术的优势

节段预制拼装桥梁其结构构件均在预制场按照严格的流水线流程进行预制，构件预制质量可以得到保证，现场仅需要进行安装和连接，因此提高了施工效率，对环境和交通的影响也较小。节段预制技术体现了现代化、规范化施工的管理理念，响应了国家绿色施工发展战略。节段预制拼装技术的优势如下：

（1）建设周期短，经济效益好。节段的预制和养护过程均在预制梁场完成，现场只需进行安装连接即可，可大幅减少现场施工时间。在节段预制时可以将桥梁根据设计进行划分，采用平行施工方法生产，其预制和拼装速度相比其他施工方法有明显的优势。因此采用节段预制拼装技术可以缩短现场施工时间，提高施工效率。

（2）质量更可控，应用更广泛。桥梁的构件在预制梁场集中预制和养护，可以有效减少混凝土收缩徐变对桥梁的影响，能够较好地控制桥梁线形和节段梁的施工质量。节段预制拼装技术适用于各种跨度的桥型，不仅适用于简支梁、连续梁，同样可以应用于大跨度斜拉桥，在公路、铁路、市政桥梁中都可以适用。

（3）环境影响小，施工更方便。节段预制拼装技术施工时将大多施工工序放到预制场进行，节省了大量的现场作业时间，现场只需采用架桥机将预制节段进行安装即可。相比传统的施工方法，现场需要的施工人员少，占地面积小，施工对交通和周边环境的影响小，适用于复杂交通环境下的施工，符合国家可持续化建造理念。

4 节段预制拼装施工技术发展展望

节段预制拼装桥梁在设计和施工过程中虽然已经有部分实现自动化施工控制，但多数只是停留在操作层面上，且存在诸多问题。

4.1 智能化控制技术研究

在节段桥梁设计和施工过程中，虽然已经有部分实现自动化施工控制，但多数只是停留在操作层面上，大多数施工过程仍需要人工控制，因此存在调整时间长、匹配效率低、操作复杂等问题。现如今科技发展越来越快，现代化、智能化技术已经广泛应用到众多领域，如BIM技术在许多工程施工中已有应用，但在高速铁路领域应用较少，在工程设计和建设过程中可以将传统方法和BIM技术相结合，实现模块化的设计和施工；也可以采用BIM技术建立桥梁模型，以用于桥梁的设计及桥梁线形调整。通过BIM技术也可以实现自动配筋生成钢筋参数，或进行桥梁的预拼装，以便及时发现和解决问题。在模板安装和拆除方面，虽然现在已有全液压整体钢模板，但是在模板安装和调整方面还是以人工为主，因此可以将智能控制技术同模板调整算法相结合，使模板拼装装备更加智能化，模板安装调整更具效率和精度。

4.2 精确测量控制系统研究

对于节段预制拼装桥梁来说，最重要的就是线形控制技术，由于在施工过程中受多种不确定性因素的影响，节段预制和安装难免会出现误差。如若不及时处理使得误差累积，就会影响桥梁的整体线形，因此需要提高测量设备的智能化和现代化水平，努力实现测量过程的自动化，以实现精确化测量和管控。目前，国内外在节段预制拼装桥梁三维线形控制方面有不同的控制软件，但是在实际应用过程中发现，国外的控制软件虽然精度相对较高，但同时存在成本高、适用性不强的问题，无法同国内复杂的施工环境和标准体系相匹配，不适合大规模推广应用。而国内的控制软件也存在适用性不强的缺点，难以完全满足复杂的桥梁建造环境和桥梁线形要求，不能保证线形控制的质量。因此，在未来应加强节段预制拼装三维线形控制智能化技术研究，加强互联网和大数据处理技术的应用，提高线形控制的精度，实现桥梁节段的高精度预制拼装施工控制，促进节段预制拼装技术在工程建设领域更加广泛的应用。

5 结语

节段预制拼装技术实现了桥梁构件的工厂化集中预制和现代化设备拼装，不仅质量更加可靠，其建设效率也大幅提高，而且对环境的影响也较小，展现了现代化建设管理理念，响应了国家绿色建设的发展战略，对于建造资源节约和环境友好社会起着重要的推动作用，因此采用节段预制拼装技术进行桥梁建设是未来发展的趋势。本文综述了节段预制拼装桥梁在国内外的应用，说明了节段预制 拼装技术的优势，并对节段预制拼装施工技术未来的发展进行了展望。主要结论如下：

（1）随着预应力、高性能混凝土构件预制、测量控制和新型胶结材料等技术的发展，桥梁节段预制拼装技术在各国工程建设中得到推广，标准化的节段预制拼装施工技术在公路、铁路等桥梁建设中均有较好的应用。

（2）节段预制拼装技术具有建设周期短、经济效益好、质量可控、应用广泛、环境影响小、施工方便等优势，体现了现代化、规范化施工的管理理念，响应了国家绿色施工发展战略，是未来工程建设领域重点发展方向。

（3）节段预制拼装技术未来将会加强智能化控制技术、精确测量控制系统等研究。智能化和现代化技术将是节段预制拼装施工重要研究方向，可不断助力提升桥梁建设的工厂化和智能化水平，推动工程建设领域高质量发展。