京雄城际铁路环保新技术应用探索：以装配式桥梁为例

葛辉凯，黄录峰

（1.武汉铁四院工程咨询有限公司 桥梁室，湖北 武汉430063；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京100081）

京雄城际铁路对雄安新区的发展、疏解北京非首都功能、推动京津冀一体化协同发展具有重要意义，该铁路是高起点规划、高标准建设的示范性工程。为打造“精品京雄、绿色京雄、智能京雄”，研究探索了高速铁路装配式桥梁建造技术，新技术的应用在节材、节能、环保方面取得了一定成效，为提高铁路行业劳动生产率、促进铁路行业节能减排和可持续发展发挥了积极作用。

1 装配式桥梁概述

装配式桥梁是指在传统施工工艺的基础上，将桥梁构件装配化，实现桥墩墩柱、盖梁、上部梁体等工厂预制、现场拼装的桥梁结构设计和建造技术[1]。

1.1 高速铁路装配式桥梁特征

高速铁路装配式桥梁因其自身结构形式的特殊性，具有以下特征。

（1）装配式桥梁与高速铁路建造生产的工业化进程和信息化紧密结合，将信息化技术和方法运用于建筑工业化产业链中的生产、设计、施工等各环节，体现了信息化与工业化的深度融合。

（2）装配式桥梁的中心理念集中体现了系统性和集成性的重要作用。对高速铁路整个产业链中整体技术进步起到积极的推动作用，可以对科研、设计、开发、生产、施工各个环节的相关资源进行有效整合，助力高速铁路施工生产方式的转型，提升高速铁路施工工艺水平。

（3）高速铁路装配式桥梁技术实现了桥梁主体结构全生命周期与节能节材、绿色施工的整合。通过装配式标准化设计，达到高效、低耗和环保的目的；现代工厂化方式的施工生产有效减少现场施工作业产生的污水、垃圾、扬尘等污染物的排放，降低了对铁路沿线周边生态环境的不利影响，提高了工程质量和工艺水平，确保工期稳定可控；通过现代互联网大数据技术对高速铁路装配式桥梁进行定量化和动态化统一管理，为后期养护运营工作提供了重要的参考价值。

1.2 高速铁路装配式桥梁施工工艺及流程

1.2.1 管桩施工工艺

实际工程中管桩的施工应根据现场地质情况采取相应的施工方法，高速铁路中沉桩施工工艺有以下3种。①直接打入法：在管桩确定位置后利用液压锤进行沉桩的施工工艺。②旋挖钻辅助引孔法：利用旋挖钻机辅助，降低锤击沉桩的难度，便于沉桩。③长螺旋钻机辅助引孔法：对于特殊地质或土层，为了降低由于特殊地质带来的锤击沉桩困难，利用特殊的长螺旋钻机进行辅助引孔。

1.2.2 墩身连接方式及施工流程

节段预制拼装式桥墩通过拼接缝将预制节段连在一起，拼接缝是保证桥墩性能的关键。工程应用中使用较多的方式包括以下几种。

（1）后浇湿接缝：用于墩柱与顶帽的连接或墩柱与墩柱的连接。

（2）灌浆套筒：应用于各部位连接，通过套筒将节段间钢筋连接，对施工精度、质量要求非常高。

（3）预应力连接：施加预应力能够增加接缝处的连接性能，提高接缝面的抗裂能力，但预应力桥墩的延性和耗能不足，不宜用于抗震设防度较高的地区。

（4）墩柱与基础承插式连接：应用于墩柱与基础之间，对承插式连接的机理、连接性能、抗震效果、连接方式的可靠性等需进一步研究。

（5）墩柱与顶帽灌浆波纹管连接：主要用于墩身和顶帽连接，与套筒相比，造价低、施工允许误差大，不足之处在于需要预留较长的锚固长度。

1.2.3 桥面系统施工流程

（1）梁体凿毛。当梁体混凝土强度达到10 MPa后，为了增加灌浆料与预制构件的摩擦力，对灌浆区域进行机械凿毛，使梁体露出新鲜混凝土面，用水冲洗掉表面残渣，保持接触面干净。

（2）安装螺杆。由现场专业施工人员对连接螺杆、调节垫片进行安装，并将调节垫片高度调整到设计高度。

（3）构件吊装。吊装时利用尼龙吊带吊装，并防止对棱角的破坏。构件预制时提前预埋吊装套筒以便进行四点起吊。预制块吊装完成后，现场施工人员将对应螺杆安装在预留孔中。

（4）封边模板安装。预制块内侧采用角钢作为封边模板，预制块箱梁翼缘板侧宜采用型钢钢管加工的简易装置进行封边。

（5）灌浆作业。根据灌浆料凝结时间，现场需将2个预制块作为一个整体进行灌浆。预制块四周的封边模板安装完成后，将计量设备、灌浆机具和配合比标识牌等准备就位。灌浆前施工人员需估算浆料体积，确保备料充足，保证一次完成。灌浆料实际用量与计算值不应产生过大误差，须预防出现中间缺浆的现象。搅拌前先将聚合物拌和液倒入搅拌容器中，随后将灌浆料缓缓加入，使用手持搅拌机进行搅拌，观察砂浆无结块现象则可开始灌浆，从其中一个灌浆孔灌入，从另一个灌浆孔对灌浆料的流动性进行观察，到内部全部充满为止。待灌浆料完成初凝且在2 h时抗压强度达到20 MPa即可对封边模板进行拆除。

（6）坐浆作业。坐浆时宜采用普通砂浆。拌和前先倒水，随后缓缓加入浆料，使用手持搅拌机进行搅拌，直至观察到砂浆搅拌均匀且无明显结块现象，说明坐浆搅拌完成。宜在试验台顶面坐浆区域铺一层厚度大约为3 cm的砂浆层，整体形状为中心高、四周低。采用吊机起吊预制块，利用螺栓的导向约束作用，精准落位，随后上紧螺母，完成预制块的装配作业。

2 高速铁路装配式桥梁优势

装配式桥梁为高速铁路桥梁建设的新型建造方式，与传统高速铁路桥梁建造方式相比，具有施工工期短、环保、节能、节材等优势，已在高速铁路建设领域逐渐推广并应用[2]。相较于传统现浇桥梁技术，在高速铁路桥梁工程建设中应用装配式桥梁技术在环境保护、管理方式、人员和设备、节材、节能等有诸多优势，详细比较如表1所示。

表1 装配式桥梁与传统现浇桥梁优势比较

（1）节材和节能优势。高速铁路装配式桥梁技术不仅有利于提高桥梁施工的效率和质量，同时也有利于节能和提高材料的利用效率。传统桥梁施工需在桥墩搭设脚手架及临时支护，易导致施工材料循环使用效率不高，而装配式桥梁预制构件主要在预制工厂内流水线加工，不仅可以提高生产机器和模具的循环利用效率[4]，而且可以有效避免材料的浪费，降低资源消耗量。

（2）标准化优势。装配式桥梁的主要构件生产方式是统一的工业化生产，利用各种机械化设备进行现场拼装，有助于提高桥梁工程建设的标准化、专业化、信息化和智能化管理水平[5]。同时，采用工厂标准化生产的装配式桥梁，能够提高施工质量；主要施工工序在工厂内进行，工人的作业环境得到极大改善；采用大规模机械化生产，能够有效控制人工成本，可减少现场施工作业人员30%左右[1]。

（3）环保优势。高速铁路装配式桥梁在施工、材料加工降低能耗的同时也减少了对生态环境的不利影响、污染少，该技术的应用满足国家节能降耗、环境保护的总体目标，符合将京雄城际铁路打造成为“绿色京雄、精品京雄、智能京雄”的要求。

3 效果分析

3.1 环境保护效果分析

（1）大气环境。装配式桥梁可有效降低施工现场对周边大气环境的影响，减少现场焊接施工工序。工厂化焊烟收集装置(见图1)可减少废气排放，有效降低焊烟对空气质量的不利影响。装配式桥梁工厂化制作后，较传统现浇桥梁施工技术可减少各种材料的运输，降低汽车运输过程中扬尘对沿线大气环境的影响。

图1 焊烟收集装置

（2）水环境。装配式桥梁施工技术可减少施工现场洒水降尘和施工生产用水，因而可减少生产废水的产生量。在装配式桥梁组装场地，施工产生的废水可通过场地设置的五级沉淀池(见图2)进行沉淀后回用于场地洒水降尘和绿化，可节约用水。施工人员产生的生活污水经过膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)(见图3)、智能一体化污水处理设施(见图4)处理后回用。

图2 五级沉淀池

图3 MBR污水处理设施

图4 智能一体化污水处理设施

（3）生态环境。装配式桥梁施工技术的应用可有效减少铁路建设对沿线土地资源的占用，可以在设置的大临场地内完成桥梁前期工序，避免传统现浇桥梁施工需要征用临时用地，从而减少铁路建设对沿线植被和生态系统的影响。

（4）固体废物处置。装配式桥梁施工产生的生产垃圾在施工场地内定点收集存放，并委托有资质单位定期进行处理。

装配式桥梁施工与传统现浇桥梁环境保护效果对比情况如表2所示。

表2 装配式桥梁施工与传统现浇桥梁环境保护效果比较

3.2 节能效果

京雄城际铁路建设从全生命周期角度出发，在设计阶段采用低能耗设计技术。通过BIM技术与绿色建造技术相结合，有效降低能耗，节省材料，缩短工期。装配式桥梁施工将施工区域分散到工厂、施工现场2个区块。施工人员可在工厂中对桥梁构件进行统一的拼装，拼装完成后将其运输至各施工现场，并对其进行快速拼装。采用此法施工，可有效降低铁路建设对电力资源的需求量，符合绿色京雄的要求，对高铁工程经济效益的提升较为有利。另外，此法同样可有效降低耗油量，实现对石油能源的节约[3]。

4 结束语

京雄城际铁路装配式桥梁施工技术的应用减少了对铁路沿线的生态环境影响，该技术的应用满足国家节能降耗、环境保护的总体目标，符合将京雄城际铁路打造成为“绿色京雄、精品京雄、智能京雄”的要求；可以节约各类生产材料使用量和能源的消耗量，降低铁路建设成本，提高建设效率，缩短建设工期。京雄城际铁路装配式桥梁施工技术的应用为高速铁路环保新技术的发展和推广提供了经验。