高速铁路48m节段箱梁胶拼法高效架设施工技术

王 平

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

整孔预制架设施工是桥梁建造过程中最为普遍的施工工艺，然由于结构安全性、施工经济性、设备通用性、线路适用性等多方面原因，在跨越河流、沟谷、城区、既有建筑等跨度较长或者处于小曲线半径上的桥梁建造，仍主要采用整体支架现浇或者悬臂浇筑施工方式。该方法存在施工工期较长、安全风险高、人员投入多、质量难以保证、受天气影响大、对周边环境及交通影响大等弊端。

节段预制拼装技术，是将桥梁结构化整为零、再化零为整的一种装配式建造方式，具有施工快速、质量可靠、绿色环保、施工标准化工业化程度高的特点，可较好弥补整孔预制架设和现浇施工存在的不足，有效提高桥梁建设质量和建造速度，适用于大跨径、小半径曲线桥梁的装配式施工，是对铁路桥梁工程建设技术工业化发展的有效补充。目前来说，节段预制拼装技术在我国公路和城市轨道交通工程中应用较广，但是对于我国铁路桥梁的节段预制拼装技术，其发展应用远滞后于公路和轨道交通行业，由于材料、技术、设备等多方面原因，与整孔预制架设、现浇施工方法相比，节段预制拼装技术在铁路工程应用份额不足3%，高速铁路建造中应用更是少之又少，缺少成熟的施工经验和标准参考。

1 工程概况

新建鲁南高速铁路是山东省“三横五纵”高速铁路网的重要组成部分，是国家“八纵八横”高速铁路网的重要连接通道，速度目标值350km/h。鲁南高铁菏泽至曲阜段1 标的泗河特大桥109～136#共27 孔简支箱梁因跨越泗河河道原因，设计跨度48m，采用节段预制胶结拼装结构，每孔梁共分为11 个节段。该桥是国内高速铁路工程首次采用胶接拼装简支节段箱梁结构的项目，属于铁总推行胶拼节段梁的重要试点工程之一，结构新型，施工难度大，科技含量高。

2 工艺原理

2.1 高速铁路简支节段箱梁胶拼架设技术

节段箱梁架设施工采用“工厂预制、现场组装”的方法，预制梁场建设于节段梁起始段落范围内，下行式架桥机组拼完成后，直接采用跨线提梁门式起重机将节段梁起吊上桥架设在架桥机支撑托架平台上；梁场范围以外采用运梁车上桥、桥后喂梁的方式架设。所有梁段吊放至架桥机上后，首先依靠六点架设坐标，利用架桥机天车进行墩顶基准块（1#段）的精确定位，定位后进行临时限位固定，以1#段为基准，依次完成2～11#节段的线形调整和拼装。拼装时按施工前进方向将相邻块节缝面涂抹胶粘剂，剪力键精确对位并施工临时预应力挤紧固化。所有节段拼装完成并安装好支座后，分批对称张拉预应力筋并压浆封锚，按照过孔步骤完成架桥机过孔，进行下一段节段梁拼装架设。

2.2 架桥机选型及适应性改造

2.2.1 架桥机对比选型

1）上行式桥机通用性性强，对曲线半径小、粱跨尺寸变化、下部墩身结构尺寸种类多等特殊工况均有较好的适用性，架设、过孔基本不受下部结构影响，工效可达7 天/孔；但是其高度较高，拼装作业安全风险性大，易与梁场内其他吊装设备干涉，同时拼装时采用节段吊挂形式，稳定性较差，精调速度也比较慢。

2）下行式桥机高度与墩顶差不多，整机荷载作用于墩顶，稳定性较好，同时节段精调拼装时下部有支撑托架平台，梁段较重的情况下作业人员安全性、节段拼装速度、拼装线形都得到保证，工效同样可达到7 天/孔；但因为其整体性较强，对于小曲线半径和下部结构尺寸变化多的工况，适用性较差。

3）支架法在墩身较低的梁体架设施工时，安全稳定，同时可提前拼装前方粱跨支架，减少工序干扰；但是对于墩身较高的工况来说，支架法安全风险高，处理地基花费成本大，还需配置单独的吊梁和调梁设备，线控控制难，施工工效低。

4）鲁南高铁泗河特大桥节段梁最大节段重167t，整孔梁重超过1 600t，墩高15～25m，线路曲线半径大近似直线，墩身类型基本统一，节段梁预制梁场位于起始段落正下方，节段采用梁场直接起吊后桥上运梁的方式，跨线提梁门式起重机高度较高。针对项目具体工况，结合几类施工设备的优缺点和梁重，从施工安全、施工工效、施工质量等方面考虑，选择TP48 下行式架桥机进行节段梁胶接拼装施工。

2.2.2 TP48下行式架桥机结构原理介绍

TP48 节段拼装架桥机由主梁结构、支承结构、起重天车等组成。主框架由主箱梁和前后导梁组成，前后导梁为矩形桁架结构，总长26m+26m，分为8 节，每节13m，单节最重约13.5t。架桥机由前、后辅助支腿及托架台车作为支撑，托架台车安装在墩顶上，前、后支腿分别安装于主桁的两端部。前支腿重约9t，后支腿重约9t，托架台车单重约17t。起重天车额定起重量为180t（含吊具），最大起升高度为30m（吊具以下），安装于主框架的上部。天车高度15m，总重量约98t。其它附属构件有吊具、台车、节段支撑横梁、电器液压系统等，单件最重均小于20t。本架桥机采用桥面尾部喂梁方式，也可实现桥下喂梁方式。

TP48 节段拼装架桥机具有整孔拼装、自行倒腿、自行过孔等技术特点，卷扬系统配备超载自动保护装置，同时设置纤维开关及紧急制动按钮，有效保证了架桥机施工安全性。

2.2.3 架桥机适应性技术改造

1）首次在高速铁路施工中应用胶拼简支节段箱梁，与湿拼相比，节段拼装的精度要求非常高，原有的设备和调整方法无法满足梁段精调要求。针对此情况，施工中在吊具上创新增加了纵横向调整液压系统，天车和吊具粗调到位后，采用纵横向调整液压系统进行精调，保证了线形精度和精调效率。

2）借助高铁桥梁墩身尺寸比较大的优势，对架桥机托架和台车结构进行优化，将托架直接坐落在墩顶和墩侧固定，架桥机自重经托架承剪梁传递给桥墩墩顶（图1）。通过此项改造，将受力作用于墩顶，简化了传统工序的流程，保证了施工安全，提高了桥机安装及过孔工效。

图1 托架及台车

3）与湿拼相比，胶拼施工需先粗定位，再精定位，要求节段支撑横梁的支撑范围更广范，平移所有调节撑杆的位置，并对支撑托架进行补强；支撑托架平台很方便地从中间打开、合拢（图2），提高架桥机拼装和过孔速度。

图2 支撑托架平台中部打开过孔

4）架桥机采用托架跨越式倒腿整孔过孔，过孔速度快。

2.3 架设线形控制

节段梁架设整个过程采用新开发的信息化管理软件进行拼装线形控制，节段梁在预制施工时，所有的观测点预制坐标数据在测量时直接由仪器传输至管理系统储存；架设施工时，通过系统内设计的预制相对坐标和架设大地坐标系绝对坐标的位置关系进行自行转化，由系统直接计算给出所有节段的架设控制坐标。测量人员利用此坐标依次进行11 个节段的定位调整，直至整孔桥梁线形调整到位。单一节段初步调整完成后，当6 个测点复核数据与理论值超过要求范围，系统即刻预警，提示重新调整。梁段拼装线形全过程均由信息化系统控制，避免了人为误差的产生，测控数据越准确，胶拼架设工效越高。

2.4 BIM技术模拟指导

施工前期建立BIM 模型，主要利用BIM 模型的可视化交底和施工模拟功能，对架桥机拼装过孔、梁段吊装精调等关键工艺进行指导（图3）。

图3 节段拼装、桥机过孔施工模拟

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

高速铁路48m 节段箱梁胶拼法高效架设施工工艺流程如下：施工准备→TP48 节段拼装架桥机拼装及荷载试验→节段梁吊装及初步对位→1#节段梁精调→依次完成剩余节段梁精调→节段梁胶拼→临时预应力张拉→支座灌浆→永久预应力张拉→架桥机过孔→进行下一孔箱梁架设。

3.2 关键工序施工工艺及操作要点

3.2.1 施工准备

1）由节段梁预制架设信息化管理软件计算导出架设坐标报告，并向现场测控人员交底。

2）建立节段梁胶拼架设BIM 模型，对作业人员进行可视化交底和施工模拟指导。

3.2.2 架桥机拼装

根据现场场地实际情况及下部结构施工进度，架桥机选择在110～111#墩安装，安装完成后架桥机后退一孔开始施工。拼装采用2 台300t汽车起重机整体提升主梁，前后导梁单侧整体提升并于空中对接，其它部件均整体提升。

3.2.3 节段梁吊装及初步对位

1）109～113#墩的节段箱梁采用门式起重机喂梁方式（桥面喂梁），114～136#墩的节段箱梁采用运输车上桥运梁、天车吊装桥后喂梁方式。

2）节段梁吊装前利用全站仪在墩顶和支座垫石上放样梁段边界线和桥梁工作线，在每片节段梁底部标示梁体纵向中心线，节段拼装过程中能够更直观的进行线形调整，确保节段梁定位准确。

3.2.4 节段精调对位

1）采用六点坐标控制法对基准块及其余节段箱梁进行精确定位。节段梁精调采用天车吊具上新增的纵横向液压微调装置，根据桥梁设计线型和各节段经转换后的六点控制坐标进行平面线形调整；综合考虑纵坡、预设反拱、支座预偏量、接缝拼装前后支架挠度变化及梁高偏差等因素带来的高程方面的数据变化，调整架梁高程坐标，用来进行节段高程调整控制。在主梁的架设过程中主梁的线形测点应该与预制测点基本保持一致，利用预制过程中埋设的不锈钢测点进行监测，以实现预制监测数据与架设监测的顺接。

2）利用BIM 技术进行梁体节段调整模拟，通过模型提前模拟，制定相应的质量控制措施，粗调梁工作务必提前到吊放梁段的时候进行，即在下梁过程中就控制好纵向、横向及高程位置，特别是梁节左右的高差值，这不仅能节省调梁的时间，也能大大提高线型质量。

3）基准块（1#块）精确定位时，首先利用墩顶千斤顶进行基准块高程调整，高程对位完成后，通过起重天车旋转吊具、墩顶临时支撑、纵横向临时限位装置将基准块的纵、横向位置按照控制坐标进行调整。

4）基准块（1#块）精确定位后，采用千斤顶、导链配合架桥机主梁对基准块进行临时限位，避免节段胶拼时因碰撞、临时锁定等因素使基准块产生位移，导致整孔梁线形出现偏差。基准块限位工序为：垫石内侧放置2 台150t 千斤顶配合架桥机上的可调高支撑进行四点支撑→梁段吊装就位→精确对位→4 根5t 倒链通过架桥机主梁锁定梁段→防落梁与垫石空隙处填塞木塞→水平安装2 台单束顶（单束顶顶在已架好的梁端上）→完成梁段的纵、横向限位。

3.2.5 节段梁胶拼施工

1）涂抹环氧粘结剂前必须将两榀节段梁截面清理干净，除去油污、杂质和灰渣等，截面必须保持干燥；检查机具设备的性能是否良好；准备防雨、防晒措施。

2）在节段梁胶拼作业前，应进行试拼装检测，确保两梁段拼接面标高、倾斜度保持一致，减少涂胶后的梁段位置调节时间。

3）预制节段之间涂刷无溶剂型环氧树脂胶结剂，拌和转速控制在约400r/min，每桶混合胶体（拌和物用量比例按设计要求进行确定）的拌制时间一般控制在2～3min，但最终搅制效果是通过各种组分不同颜色的条带经混拌完全消失为纯灰色为准。在常温条件下，拌制完的环氧树脂宜在45min 内涂刷完毕，90min 内进行拼接。

4）涂抹施工温度控制在0～35℃，拼接胶在低于这个温度时反应会变慢，在高于这个温度的时候反应会加快，过高不能使用。外部环境对胶性能影响较大，为了保证涂胶效率及涂装均匀、饱满连续，采用人工佩戴防护手套抹胶，为方便操作将1、2 号节段梁分开0.5m，采用单面涂胶工艺，涂胶厚度为3mm，分顶板、腹板及底板3个工作面自上而下快速同步进行涂装，抹胶过程中专人对胶体质量进行检测，厚度不足或不均匀区域及时进行补抹，保证了涂胶工序与质量检测同步完成。

5）为防止胶拼过程中预应力孔道堵塞，采用粘贴孔道密封圈措施，接缝面表面不开槽，两接缝面直接对接密封圈。密封圈采用闭孔发泡聚乙烯材料，密封垫圈尺寸为环宽10mm、厚5mm，内环直径比预应力孔道直径大5mm。临时张拉工序完成后，采用预应力孔道过孔器材进行检验，确保预应力孔道顺畅。

6）为了确保接缝面涂胶外观质量，临时张拉完成后应及时刮除挤出的环氧树脂，并对预应力孔道进行检查清理，确保孔道畅通。另外，在接缝面胶水固化前，采用防雨、防晒棚保护接缝面胶水，防止日光直射影响涂胶施工质量。

3.2.6 临时预应力张拉

为使两个节段接缝紧密接触，将节段粘结成整体，保证节段之间不发生错动，进行临时预应力张拉挤胶。在全截面环氧树脂胶涂刷完毕，处理好接缝面预应力孔道密封措施后，移动待拼梁段，对位进行拼接。拼接段靠拢至固定段5cm时，调整节段位置，使中线、标高符合要求，利用千斤顶张拉穿在顶板和腹板上的4 个钢锚块中的精轧螺纹钢进行两个拼装节段临时预应力张拉，张拉时两端同时对称张拉，使两端紧密粘结成一体。

3.2.7 支座灌浆

架梁前复核支承垫石的标高、位置、尺寸和支座锚栓孔位置、深度、十字线等是否满足要求。对支座范围内的垫石混凝土表面进行凿毛处理，将预留锚栓孔中的杂物进行清除。安装灌浆专用钢模板，底面设一层4mm 厚橡胶防漏条，通过打膨胀螺栓设锚栓联结固定在支承垫石顶面。支座就位后，在支座底板与桥墩支承垫石顶面之间应留有25mm 的空隙以便灌注无收缩高强度灌注材料。在各节段梁体线形，中线及标高调整完毕后，采用重力灌浆方式灌注支座下部及锚栓孔处空隙。

3.2.8 永久预应力张拉压浆

环氧密封胶完全固化后根据设计张拉顺序穿束张拉永久预应力。永久预应力筋张拉完成后，在48h 内进行管道压浆。

3.2.9 架桥机过孔

永久预应力张拉完毕后，架桥机准备过孔，过孔的步骤具体为：旋转打开节段支撑托架横梁→解除整机纵向约束→驱动前方台车的纵移油缸，推动主框架纵移（注意此步骤纵移过程中起重天车位于后墩台车的正上方作为配重）→以后支腿为基准，可以合拢进入梁缝时，造桥机停止纵移→前、后支腿支撑到桥墩的墩顶上→后支承台车对称横移到钢箱梁外侧并锁定在倒腿支架上→解除后墩旁托架桥墩约束→起重天车到后墩将墩旁托架拆开、横移，连同支承台车一起吊装到超前墩→利用吊机加平板车将立柱及支撑锁定装置倒运至超前墩重新调整安装→重新安装托架和台车→前支腿下放回收→后横联油缸下落到原来高度，调整主框架的纵向坡度→起重天车位于超前墩的正上方作为配重→驱动后方台车的纵移油缸，继续推动主框架纵移→架桥机前移至下跨位→前支腿支起→检查锚固→准备下一孔节段梁架设。

4 结语

针对高速铁路胶接拼装这一新型结构现有的拼装工艺、配套工装尚不成熟，鲁南高铁节段梁工期紧张的实际情况，结合以往公路、轨道工程中节段梁拼装施工经验，总结形成了一套成熟的高速铁路简支节段箱梁胶接拼装快速施工技术，保证了架梁工效和安全质量，从2019 年10 月份开始到2020 年6 月末，完成了泗河特大桥27 孔节段箱梁的拼装，经过前期试验摸索后，最后20孔梁的平均月拼装工效达到5 孔/月，为装配式建筑领域积累经验和参考。主要特点如下。

1）对现有的下行式节段梁拼装架桥机进行适应性技术改造，创新增加桥机吊具纵横向微调液压系统、调整中间支撑托架平台开合方式、改变托架结构利用现有墩顶作为桥梁荷载主要受力点、优化整机过孔方式等措施，实现了48m 简支节段箱梁高精度拼装，同时提升了整体拼装效率，保证了施工安全。

2）开发应用了长短偶配法节段梁预制架设线控软件，所有节段均通过系统内前期自动采集储存的预制数据，自动计算架设线形控制坐标，整个过程均由软件自动控制，避免人为操作带来的误差；通过六点架设实测坐标与理论数值对比分析，系统快速给出预警后进行重新调整，实现了单个节段架设线形精度控制，提高了整孔梁快速架设。

3）利用BIM 技术模拟架桥机拼装和节段梁胶拼架设工艺过程，使作业人员提前熟知施工方法，提高了架桥机过孔、节段拼装等关键工艺的工效。

4）优化临时预应力张拉结构，借助PVC 预留孔洞和精轧螺纹钢，创新临时张拉结构和梁体的固定连接方式，所有钢结构件均为可拆卸式，安拆方便，整孔施工完成后可快速循环至下一孔，减少了成本投入。

5）研究应用了基准块（1#块）精确定位临时限位技术，避免节段胶拼时因碰撞、临时锁定等因素使基准块产生位移，导致后续线形控制出现错误的现象，提高架设精度和工效。