高速铁路桥梁短线法节段预制技术分析

2020-03-10燕春阳雷文斌

工程技术研究 2020年11期

关键词：参考系梁桥线形

张政，燕春阳，雷文斌

（1.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；2.广州瀚阳工程咨询有限公司，广东广州 510220）

1 概述

1.1 短线法节段预制概述

短线法节段预制技术是把桥梁上部结构划分为2～5m的若干节段，然后在预制场内进行节段梁的预制，最后再把节段梁拼装成整跨桥的技术[1]。

相比传统现浇施工技术，节段预制技术在桥梁工程的安全性、质量、耐久性等方面有明显的优势，且速度更快，架设拼装的工法更加多样，同时节段预制拼装施工对自然与社会环境的冲击更小。节段梁在预制场内完成节段梁的工业化生产，不仅可以减少大量高空作业，使工人的安全得到保障，也可以使桥梁的上、下部结构同时施工，缩短整个桥梁工程的建设周期。节段梁在预制场内达到规范要求的存梁期后，其质量、耐久性更好，混凝土的收缩徐变更小。节段梁在架设施工的过程中震动、噪音较少，对周围环境影响较小，有利于环保施工，而且架设过程极少占用既有道路，不影响桥下交通的正常通行[2-3]。

节段梁预制技术要求节段梁在横向、纵向、高程方向的误差都控制在毫米级范围内，以便于节段梁拼装后的线形与设计线形一致。

1.2 项目概述

新建连云港至徐州高速铁路在大许特大桥跨规划S344连续梁桥与东海特大桥跨大沙河连续梁桥，采用短线法节段预制拼装的装配式施工技术。两个连续梁桥上部结构全部为节段预制，只在跨中合龙段设置1m湿接缝（混凝土现浇）。连续梁按照墩顶块和标准节段的划分原则，分为0#节段和1#～11#节段。节段梁断面为单箱单室结构的箱梁，预制节段之间采用密齿型剪力键结合环氧树脂接缝的连接方式。该工程对高速铁路预制装配式连续梁在节段预制梁场的选址、规划方面，以及节段梁的架设拼装方面的推广应用有重要的意义。

2 预制场的选址与规划

预制场的选址要在经济、安全、适用和环保的原则下，充分考虑预制场的占用面积、地基处理、平面布置、水电管道、文明施工、节段梁运输道路和节段梁运输距离等因素。预制场的规划还需考虑每条节段梁生产线之间、节段梁生产区与其他功能区之间要交通明确、互不干扰[4-5]。

大许特大桥跨规划S344连续梁桥与东海特大桥跨大沙河连续梁桥，两个连续梁桥分属不同的施工标段，且两个标段距离较远，因此分别建设预制场并独立预制。同时要求预制场内的设施、功能必须齐全，满足节段梁的生产和运输。

大许特大桥跨规划S344连续梁桥距离现有预制场不足2km，要通过一座承载能力有限的旧桥。为了解决节段梁运输问题，可对旧桥进行加固，或绕过旧桥，这样将增加运输距离，同时需修整便道，以提高便道等级，但以上两个方案均难以控制桥梁工程的建设费用和建设周期。综合考虑，该标段建设桥下预制场，把节段梁预制场的部分功能区如钢筋绑扎区、制梁区、修饰养生区和存梁区等设置在连徐高速铁路已经建好的桥墩之间，其他功能区如钢筋加工区、办公区和工人生活区等仍设立在现有预制场。

东海特大桥跨大沙河连续梁桥架设现场距离投入使用的新沂制梁场约4.7km，运输距离较近，已有道路通过整修和加固，可以满足节段梁的运输要求。因此，该标段将新沂制梁场的部分存梁区域改建成为节段梁的生产流水线，并利用新沂制梁场已有的其他功能区。该改建利用现有的制梁场，不仅减少了预制场的建设费用，也有利于控制预制场的建设周期。

3 节段梁施工技术

节段梁的预制的主要技术流程：（1）浇筑1号节段；（2）拆除1号节段模板，将1号节段移出作匹配梁，浇筑2号节段；（3）按照步骤二，完成3号节段的浇筑后，把2号节段梁运至修饰区进行修饰。节段预制的主要设备有模板系统、测量塔和起吊装置等。

3.1 节段预制顺序

桥梁整跨的总体坐标划分为节段梁接缝处的三维坐标后，一般采用跨中节段到墩顶节段或墩顶节段到跨中节段的预制顺序。

新建连徐高速铁路节段梁采用先预制完成所有的0#节段，然后预制完成所有1#节段，再依次预制后续节段梁，直至预制完成11#节段的预制顺序。同时，做好节段梁的编号、存储位置工作，便于节段梁快捷、顺利运输至架设现场。

3.2 施工技术流程

（1）由于每片节段梁都有三维坐标，利用精湛技术控制节段梁的预制质量。生产出的每片梁都是唯一的、不可替代的，因此每一片梁在预制过程中的施工误差都要控制在最小范围内，只有这样才能确保节段梁架设完成后的成桥线形满足设计要求。

（2）节段梁预制工作分解为一个个的施工阶段后，对每个施工阶段内可能引起节段梁施工误差的因素进行精准的分析研究，找出减小误差的最优方案，然后制定出合理有效的标准化施工操作流程，提高节段梁生产流水线的效率，降低成品梁的出错率。

（3）钢筋笼的绑扎可以和预制梁的浇筑平行交叉作业，在混凝土浇筑前绑扎好钢筋笼，然后再吊运至模板内。

（4）钢筋笼入模复测后，调整模板至误差允许的范围内后浇筑混凝土，控制好浇筑时间，浇筑按照底板、腹板、顶板和翼缘板的浇筑顺序。同时，振捣过程要严格按照规范要求，避免气泡无法排除，最终影响梁面的平整和美观。

（5）新浇筑节段梁等强期间，待混凝土初凝后再次精准测量，把测量结果反馈给线控团队，然后线控团队对测量结果进行分析，以便于将新浇筑节段梁在预制过程中出现的施工误差在下一块节段梁的预制中得到纠正。混凝土达到强度要求后拆模，脱模中要避免野蛮脱模造成梁端的破裂、损坏。最后，将节段梁移动至匹配位置处，作为新浇筑节段的匹配面，浇筑下一个节段梁。

（6）为减小节段预制过程中的误差，需要在测量装置、模板和预制施工3个方面来控制节段梁的生产质量。一是精准测量仪器，避免仪器测量精度原因造成施工误差。该工程测量仪器是徕卡超高精度TS60全站仪，其测量精度是0.5s，可以有效地将测量误差值控制在最小。二是节段梁模板的设计、安装方面，一定要保证误差在要求范围内。三是匹配梁的定位都必须在规范要求的范围内。

4 线形控制关键技术

节段梁预制施工控制的核心是对预制过程的误差进行分析、预测和纠正，减小误差对节段预制的影响。对节段预制、安装结构几何构件进行预测和控制，从而保证结构几何构型满足设计要求。精准测量和线形控制保证了桥梁的高质量线形[6]。

4.1 精确测量

在测量塔、模板安装完成并强制对中后，建立测量塔、目标塔和模板的位置坐标系，并且与三维控制坐标系保持一致。

节段梁施工两端平面位置的定位是由固定端模和移动端模来控制的，一共有6个监控点，固定端模和活动端模上分别3个，用以控制轴线和高程，两两对应，节段梁测钉埋设在靠近梁端10cm位置处。控制轴线2个监控点要求与2个测量塔连线形成的轴线重合，控制高程位置的监控点平行分布在轴线的两侧的固定端模和移动端模上。监控原点的平面位置由三维控制软件中设计的平面位置制定，在梁上埋设监控原点时从固定端模和移动端模上标识的2个对应控制点位形成的平行于测量塔轴线的直线向梁段内埋设，位置由三维控制软件中的设计位置而定，埋设时间为混凝土尚未达到初凝强度之前。

节段梁预制过程的精准测量有3次，分别为混凝土初凝时的测量、作为匹配节段梁时的测量、节段梁初凝时对匹配梁的测量。节段预制成型后，已形成的误差只能在后续节段预制过程中加以修正。将成型的节段控制点坐标录入控制系统，系统自动识别误差，若误差超过允许值，程序将自动在后续一个节段或几个节段的预制过程中一次或分次加以调整[7]。

4.2 线形控制

预制过程中，通过调整匹配节段梁坐标实现预期预制线形，对误差进行修正，减少误差对后续节段梁预制的影响。其中，误差识别和修正是重点，预制线形控制的好坏直接影响节段梁的拼装精度。

为了使节段梁完成拼接后的线形与整个桥梁的设计线形相符合，首先将整座桥的线形控制坐标分解成每个节段梁接缝处的三维坐标，同时把有限元软件计算出的桥梁预拱度体现在节段梁坐标总体中，每次浇筑时通过调整匹配节段梁的位置来建立新浇筑节段梁接缝处的三维坐标，最后所有构成桥梁的节段梁三维坐标闭合成整座桥梁的线形总坐标。各个节段梁和完成的桥梁结构之间的关系可以由以下参考系来确定：（1）总体坐标参考系，针对完成后的桥梁结构几何形状的参考坐标。在这个参考系中，每个节段都用其基本几何形状来描述、（2）局部坐标参考系，与节段梁模具相一致，并建立在模具固定端模板上面。（3）节段坐标参考系，建立在每个节段梁上，一般分解在节段梁间接缝处。在节段浇筑时，局部坐标参考系与节段坐标参考系重合。

短线法的匹配主要是通过匹配梁与新浇筑梁交接面的转动来实现，包含有绕接缝垂直中轴线的水平转动、绕接缝的垂直转动、绕接缝的横向扭转。线控中心提供理论数据来指导匹配节段的定位，从而达到线形要求。