装配出来的虎门二桥

2019-01-04中交二航局虎门二桥项目部张政巫兴发

中国公路 2018年22期

文/中交二航局虎门二桥项目部张政巫兴发

虎门二桥通车后，从广州南沙到东莞虎门的车程可缩短10公里，行车时间将从现在的1个多小时缩短至15分钟，从东莞到番禺可缩短30分钟车程。廖西平／摄

11月20日，随着最后一段节段箱梁架设到位，连通广州与东莞的虎门二桥全线合龙贯通。虎门二桥设计全长12.891公里，是世界上跨径最长的钢箱梁悬索桥。作为粤港澳大湾区珠三角核心区内重要的过江通道，它包含了两座超千米悬索桥，建成后将有力地改善广州南部跨越珠江的交通状况，打破珠江口两岸只有一个通道的“瓶颈”，有效缓解虎门大桥的通行压力。

虎门二桥S3标主要施工内容包括大沙水道桥东塔、东锚、全线节段箱梁预制拼装、中引桥、海鸥岛互通桥及附属工程等。其中全线3533榀混凝土节段箱梁的预制拼装具有箱梁结构复杂、安装位置多等特点。建设单位采用“短线匹配法”工艺，实现全桥节段箱梁的装配化预制拼装施工，用良好的安装进度及质量控制，缔造一个世界级悬索大桥。

将世界级工程搬上流水线

装配化施工是一种将结构拆分为构件进行工厂制造、现场拼装的工艺，它可以显著提高工程质量、加快现场施工速度、最大限度减少施工过程对既有环境及交通的干扰。

虎门二桥S3标负责的箱梁拼装区域横跨番禺区海鸥岛，分布三地，包括骝东互通主线桥、西引桥、中引桥、海鸥岛互通主线桥、东引桥共五个部分。如果采用传统的移动模架现浇工艺进行节段箱梁施工，势必会对珠江航道现有交通造成极大影响，同时点多面广的特点也使混凝土的质量难以得到保证，技术人员经过多方对比之后，决定采用装配化工艺中的“短线匹配法”进行节段箱梁施工。

“短线匹配法”装配化施工是指将整孔节段箱梁设计成若干个标准节段，在预制工厂的预制台座上，利用循环使用的模板系统逐榀匹配、流水预制，再利用船舶或车辆等运输工具，将节段箱梁运至安装桥位，由架桥机、桥面吊机进行箱梁拼装，并通过预应力将节段箱梁现场连接成桥的先进技术。

打破国外技术垄断

“短线匹配法”节段预制拼装技术最先由法国工程师提出，并于20世纪应用于欧美等发达国家。2004年，中交二航局在国内首次将这项技术大规模引入苏通大桥建设中，取得了非常显著的经济及社会效益，相比传统移动模架现浇工艺，缩短施工时间7个月，节省开支上亿元。通过苏通大桥的实践，建桥团队深刻认识到，掌握“短线匹配法”这项新技术的核心机密，将有力推动我国桥梁技术的发展。

架桥机拼装钢箱梁

广东虎门二桥项目起点在广州市南沙区东涌镇，终点在东莞市沙田镇，与广（州）深（圳）沿江高速公路相接。张政／摄

在苏通大桥建设完成时，中交二航局已经掌握了“短线匹配法”施工控制技术并自主研发了相应软件，配制了性能优越的结构拼接胶，研发了系列化的架桥机产品等，一举打破了国外公司在该项技术上的垄断。

苏通大桥之后，在随后的江苏崇启大桥、南京第四长江大桥、厦漳跨海大桥及刚刚通车的文莱大摩拉岛大桥等项目陆续采用了“短线匹配法”技术，并不断攻克了“缓和曲线节段梁预制拼装”“超小曲线半径梁架桥机架设”“大跨径变截面节段梁预制及悬臂拼装”等难题。2012年，“短线匹配法”节段拼装桥梁技术一举夺得国家科技进步二等奖。

新方案攻克安全难题

虎门二桥建设伊始，为了确定最合理的箱梁构件划分，建桥团队便开始对节段箱梁预制方案展开研究。从混凝土配制、钢筋流水线绑扎到每一个构件尺寸的确定，都需要做好详细的规划。就在此刻，一个难题出现了。虎门二桥墩顶节段梁包含横隔梁，如果整个箱梁构件采用一体式的方法预制，其重量将超过300吨，而陆地区域需用汽车吊进行墩顶梁的吊装，如此大体量的箱梁吊装施工安全风险极高，可谓不可能完成的任务。

为完成这个复杂的施工方案，二航局技术中心与建桥团队通力合作，从多种方案中筛选出了“空心式墩顶块”的方案：在预制工厂完成墩顶节段梁外壳预制，吊装至墩顶后再浇筑外壳填充部分混凝土。为了确定混凝土外壳的合理厚度，技术人员采用1厘米的迭代步骤计算了从50厘米到20厘米共几十种厚度方案，以最优化之后的结果作为实施准则，保证结构安全的同时也方便了墩顶节段梁起吊。

为了推进构建标准化制作，项目部建立了先进的预制工厂，包含钢筋绑扎区、液压模板区、预制构件养护区、构件存放区等划分，各区紧密有机衔接，保证预制构建的流水化生产。团队还开发了基于BIM技术的节段梁预制厂生产管理系统，通过智能化系统对每一个构件进行编号、定位，保证了预制质量的可追溯性及构件出运的合理性。

保证从图纸到拼装现场的一致性

预制构件拼装成完整结构，怎样保证其形状与最初的设计一致，也是建设团队面临的一大难点。虎门二桥跨海鸥岛段桥梁线形非常复杂，中引桥部分需在250米范围内将桥梁的横坡从2%变化到-3%，对于20米宽的箱梁来说，每1%的变化就是20厘米的相对高差，这意味着虎门二桥的设计线形是肉眼可见的一种空间扭曲状，可形象地称之为“游龙”。正是这种优美的曲线，让拼装成桥的每一块节段箱梁都是不规则的。建桥团队针对此种结构，耗费数月研究了预制台座模板的刚度与稳定性，以及拼装过程桥梁扭转刚度等因素对成桥线形的影响，并通过贯通“短线匹配法”整个生产链的技术整合来消除可能产生的误差：从模板系统的细化设计到结构胶的均匀涂抹，从匹配梁的位置调整方法到现浇混凝土连接等，都进行了优化，实现预制拼装过程中工人操作难度与普通预制构件施工基本无差别。

通过短线匹配法和智能化管理，虎门二桥将3500多段节段箱梁在工厂预制后，通过架桥机如同搭积木般安装到位，高效精准完成桥面主体结构建设任务。

同时，为了保证所有预制构件拼装过程满足高效、及时反馈的要求，建设团队采用了其自主研发的“短线法节段梁施工控制视窗系统3.0”，进行全过程控制。从构件预制阶段开始，通过基于大数据分析的误差处理技术和互联网云端计算分析技术，精准控制每一个节段的三维尺寸，使构件在便于制造的同时，可精确组装成完整结构，精细化的施工控制使装配式桥梁的施工如同“搭积木”一般简洁，可使建桥团队从容把握施工进度与精度。

虎门二桥采用悬臂拼装工艺的箱梁节段最大重量达173.9吨，相当于120辆小轿车的重量，为节段箱梁吊装施工带来巨大挑战。而采用逐孔拼装工艺的箱梁整跨重量达1662吨，这些重量全部由支撑于桥墩顶部的架桥机承受。施工安全问题犹如悬在建桥团队头顶的利剑，即使已经对方案进行多方复核，对设备进行反复检验，但一千多吨的箱梁悬吊，依然让建设团队战战兢兢、如履薄冰。桥梁构件体量大，严格的规章制度是施工安全的重要保障。在总结多方经验的基础上，经过业内专家多次审核，形成了《节段梁预制拼装施工细则》。

为了提升和推广装配式桥梁施工技术，建桥团队采用理论分析、实际检验的方法，对预制工厂的规划设计、构件预制方案流程、节段箱梁拼装架设、现浇混凝土节点连接、结构胶连接、装配式结构预应力等技术进行了研究，并联合同济大学、西南交通大学、中交公规院、交通运输部公路科研所等单位开展工作，提出各工艺方法的设计施工标准，主编了中国交建《短线匹配法节段预制拼装预应力混凝土桥梁设计施工技术规程》，参编了住建部《节段预制拼装混凝土桥梁技术规范》，同时，还编制了广东省的地方标准《短线法预制拼装桥梁施工技术规程》，真正使“短线匹配法”设计施工做到了有章可循。

已故中国工程院院士范立础曾表示：短线法预制拼装技术的研发，可以突破国外技术壁垒，推动我国桥梁建设由传统的劳动密集型、作业松散型向机械化、工厂化转化。

截至目前，虎门二桥全线节段箱梁的预制拼装施工已经完成。除成功运用“短线匹配法”实现虎门二桥装配化施工以外，建桥团队积极创新工艺、创造施工亮点，在广东省锚碇锚固系统中首次大规模采用成品索、节段梁环氧体外索应用；在东锚碇施工中刷新此前的国内单次混凝土浇筑方量纪录；在海鸥互通主线桥中完成国内首次1300吨架桥机纵移过现浇梁等。