跨越高铁线路桥梁构件转体信息化综合施工技术

王文明/WANG Wen-ming

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

随着铁路网建设的不断加密，邻近既有运营线路施工越来越多。当今新建铁路桥梁在跨越既有线路时，多采用转体桥梁结构，桥梁下部结构、梁部施工以及转体过程，都为既有运营线路带来一定的安全隐患，对既有线路的安全防护是转体桥梁施工过程的重中之重。京沪高速铁路是世界上最为繁忙的运营线路之一，平均3min 就有一趟列车高速通过，在此情况下邻近营业线施工风险非常大、安全隐患繁多。施工过程中除了需要对梁体浇筑和桥梁转体进行研究攻关外，新建桥梁工程和既有京沪高铁运营的安全防护更是属于重中之重，稍有不慎则有可能造成严重施工事故。

1 工程概况

鲁南高铁菏泽至曲阜段QHTJ-1 标蓼河特大桥100#-102#墩采用（56+56）mT 构预应力混凝土连续梁上跨京沪高速铁路，交叉处京沪高铁上行线里程为K542+816，夹角为86°。该桥梁设计长度为113.4m，转体长度113.4m，桥梁横断面宽度12.6m，逆时针旋转角度为92°，转体重量约5 968t。现浇梁体边缘距京沪高铁上行线路中心17.38m，距安全限界最小距离为10.89m，转体就位后梁底距接触网承力索2.1m，施工风险极高。

2 跨越高铁转体桥结构形式

1）基础形式 钻孔灌注桩基础，100#墩桩基数量9 根，桩径1.25m，桩长10～12.5m，101#墩桩基数量12 根，桩径1.5m，桩长9～17m。桩基型式均为柱桩。

2）承台形式 100#墩为单层承台，承台尺寸为8.0m（顺桥向）×10.4m（横桥向）×2.5m（高），承台基坑开挖深度靠近铁路侧为1.6m，远离铁路侧为1.1m；101#墩为T 构梁主墩承台，承台分上下承台，内装球铰，底层承台尺寸为10.8m（顺桥向）×12.8m（横桥向）×3.5m（高），顶层承台尺寸为8.2m（顺桥向）×10.2m（横桥向）×2.55m（高），承台开挖深度靠近铁路侧为1.5m，远离铁路侧为3.4m。

3）墩身形式 100#辅墩墩身采用圆端形实体桥墩，墩高为14.35m，101#主墩采用矩形刚壁桥墩，墩高为5.0m。

4）梁体形式（56+56）mT 构梁采用单箱单室变截面结构，中支点梁高6.3m，边支点梁高3.5m，边支座中心至梁端为0.7m。桥面宽12.6m，线路中心线距离防护墙内侧2m，轨道高度为0.754m。梁体采用顺京沪高铁线路方向悬臂施工。

3 新建转体桥与既有线路位置关系

1）该桥在DK256+348.26 位置跨越既有京沪高铁下行线K542+816，上部结构为1-（56+56）mT 构梁，与京沪高铁路基86°斜交。转体前现浇梁体边缘距京沪高铁上行线路中心17.38m，距安全限界最小距离为10.89m。

2）T 构梁主墩为101#墩，边墩为100#墩。101#墩中心距离既有京沪高铁上行线路中心23.5m，承台边线距防护栅栏最小距离为5.49m；100#墩中心距离既有京沪高铁下行线路中心27.1m，承台边线距防护栅栏最小距离为5.55m。

4 跨越高铁桥梁单T构转体施工技术特点

针对京沪高速铁路运营异常繁忙的实际情况，结合单T 构转体桥梁结构的施工难题和存在安全风险，本工法从营业线安全管控和转体桥施工技术指导两方面入手，全面引入信息化技术或系统，确保了整体施工安全和质量。

施工过程中高度重视既有线作业安全，将以物联网技术为核心的多项信息化监测手段引入至邻近既有线路施工中，分析研判施工风险，确保施工安全质量，关键技术如下。

1）施工前期利用BIM+无人机倾斜摄影技术整合模拟桥梁施工及转体全过程，实时反馈与既有京沪高铁的模型安全距离，对新建桥梁与既有线路的位置关系进行三维模拟，并与CAD 图纸进行对比验证，在施工之前排查施工问题，辅助现场进行安全防护措施方案制定，为现场施工质量管理、进度管理、安全管理等过程提供数据支持（图1）。

图1 BIM+GIS地形模拟

2）在京沪高铁线路两侧安装自动化沉降观测装置，每10min 自动进行线路沉降监测并实时上传观测数据至相关站段，与站段形成联动，高铁线路沉降限值4mm，设定50%（2mm）、75%（3mm）、90%（3.6mm）三级超限报警阈值，达到超限报警值通过原因分析、暂停施工、停工等措施，整治恢复线路并制定预防措施，确保施工过程中京沪高铁线路稳定及运营安全。

3）既有线施工管理人员、作业人员及设备均安装超宽带高精度（UWB）定位系统，可在室内通过信息化系统实时查看人员及设备行动轨迹，便于人员管理，同时作业人员遇到危险可一键紧急报警；主墩基坑范围施工现场设立安全限界电子围栏区域，戴有定位系统的人员或设备越过限界后立刻发出警报提醒，保障施工安全。

4）施工现场在不同施工阶段均部署周界防护实时监测系统，既有线栅栏两侧（下部结构施工时）、梁面靠近线路一侧（梁体施工时）设置红外脉冲报警装置，当施工现场有人员、机械设备等侵限造成红外线脉冲中断立即报警警示，确保施工不影响高铁运营安全及高铁设备安全。系统对报警信息进行统计分析，避免安全隐患发生。

5）作业场所内安装视频球机，对现场进行360°无死角实时监控，并将视频接入相关站段和指挥部，视频监控客户端制作成二维码，各级检查人员可扫描下载，实时监控现场施工，遇到突发事件可在第一时间了解具体情况，启动应急预案，避免事故的发生和发展。

6）研发应用列车接近报警和风速报警两项技术，针对京沪高铁列车密集的实际，研发列车接近报警技术，列车从邻近车站发车，触发现场报警，代替传统的防护人员吹号角警示，有效缓解防护人员疲劳；针对邻近京沪高铁工点处于风口，设置风速测定仪，连接报警装置，设定风速限制阈值，达到阈值即报警警示，现场立即停止吊装等风险较高的作业，有效确保施工安全。

7）积极采用二维码技术，防洪应急预案、营业线施工安全手册、进场人员及设备报验、风险管控、技术交底、操作规程等施工资料制作成二维码在现场进行公示，各级管理人员及作业人员可随时扫描二维码进行查看并检查落实情况，强化了现场管理。

5 关键施工工艺

5.1 BIM模型建立

根据设计资料要求、初步制定的施工专项方案，建立蓼河特大桥100#-102#墩跨越京沪高速铁路转体桥梁的BIM 模型，进行图纸审核、碰撞检查、材料用量核对、三维可视化交底等工作，并做好施工全过程动画模拟，为作业人员提供参考指导。同时配以GIS 技术对新建桥梁与既有运营线路在施工全过程中的位置关系进行提前模拟，提前排查施工问题，为现场施工质量管理、进度管理、安全管理等过程提供数据支持。

5.2 信息化系统布设

1）施工前期，在现场安装全方位视频监控系统、视频监控屏幕、既有线路自动沉降观测系统等设备。

2）桩基、承台等基础作业时，划分安全作业范围，在桥墩基坑处设置安全电子围栏，在营业线栅栏处安装红外脉冲报警装置，作业人员配备UWB 定位系统。

3）梁部浇筑及转体施工时，设置列车报警、风速报警监控传感器，梁部同样设置红外脉冲报警装置。

5.3 桩基施工

1）邻近营业线路且地层中存在溶洞，桩基施工采用冲击钻成孔。

2）101#墩桩基中心与京沪高铁安全限界最小距离为12.76m，施工前应设计好钻机站位，防止钻机倾覆侵限。施工过程中钻机摆放要设置在远离京沪高铁一侧，防止钻机倾覆后倒向京沪高铁侧，钻机长边要垂直京沪高铁，101#墩靠近线路一排桩基钻孔时钻机应设置揽风绳。

3）钢筋笼吊装采用25t 汽车起重机完成入孔吊装作业，起重机作业半径12m，作业臂长17.6m，吊车面向京沪高铁布置，施工前应设计好起重机站位，防止倾覆侵限。

4）为减少冲击钻施工对路基的扰动，采用小冲程制孔，制孔时的泥浆要排放至远离高铁侧的泥浆池。其它工艺同普通桩基相同。

5.4 墩台施工

1）承台采用人工配合挖掘机施工，100#承台基坑开挖深度靠近铁路侧为1.6m，远离铁路侧为1.1m，101#承台开挖深度靠近铁路侧为1.5m，远离铁路侧为3.4m。基坑开挖按照1∶0.75 进行放坡，开挖从邻近铁路侧向远离铁路侧进行，开挖过程设备严禁靠近铁路侧摆放。开挖完成后及时施工基坑防护围挡措施，基坑开挖土方远离栅栏堆放并及时清运。基坑开挖过程中要重点做好对既有线路的自动沉降观测监控。

2）101#墩主墩承台分上下两层，承台分3次进行钢筋安装及立模浇筑，首先下承台施工完成后安装球铰支架及球铰下盘、砂箱、滑道等构件，再安装球铰上盘及轴销，然后在上转盘内埋设牵引索，上转盘施工完毕后施工上层承台。

3）100#墩模板采用大块定型钢模，由钢模板厂家加工，101#墩因高度较低（5m），且为矩形刚壁墩（异型），采用木模板。模板安装前应同样考虑其吊装位置，避免设备及模板倾覆侵限。模板安装后设置4根缆风绳，提高模板稳定性能。

5.5 T构连续梁悬臂浇筑施工

1）连续梁悬臂浇筑平行京沪高速铁路施工，同常规工艺。首先搭设0#块支架，完成T 构0#块施工；采用挂篮法依次完成1#-12#悬浇段的施工；完成地基处理搭设支架，先后完成边跨现浇段和T 构两端合龙段的施工；最后按设计要求完成竖墙、遮板、栏杆等桥面附属构件。

2）梁部施工过程中要在靠近铁路侧的梁体边缘设置好红外脉冲报警装置，避免人员、设备超出限界；梁体支架预压、模板安装、混凝土浇筑等关键工序施工过程中要同样做好设备站位设计，避免倾覆侵限。

5.6 桥梁转体施工

1）转体前做好现场清理工作，拆除上下转盘间的固定装置，将梁体重量全部作用于球铰。准备好转体所用千斤顶、液压泵站及主控台等设备。

2）进行称重平衡试验，测试转体部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系数等参数，按照称重结果实现桥梁转体的配重要求，配重采用混凝土试件。

3）正式转体前首先进行试转，试转角度为8°，以检验转体系统运行功能，试转完成后桥梁外侧与京沪高铁上行线AF线最小距离为3.14m，梁体严禁在试转时入侵铁路限界。试转完成后在反力支座设置横向工字钢，并采用钢抄手在撑脚下部进行抄垫固定，作为临时固定装置，防止箱梁活动。

4）试转结束后一天进行正式转体施工，施工过程中要及时做好线形和高程的精确控制。转动到位后对球铰结构进行锁定，采用C50 微膨胀混凝土封闭。

5）在T 构两侧安装桥梁支座，浇筑主梁边墩支承垫石，垫石达到设计强度后拆除临时支撑，张拉剩余预应力钢束，使主梁支承在支座上，完成受力转换。

6 施工控制要点

1）所有信息化监控系统要专人负责，实时查看，确保有效发挥信息化技术优势，确保现场作业安全。

2）钢筋笼在运至现场后用起重机吊入孔内，吊装时钢筋笼一端由起重机固定，另一端安装绳索，人工配合吊装并辅助钢筋笼走向，以防止倾覆或摆动造成侵限。

3）现场施工剩余的竹胶板、边角料等要放入特制的盘扣支架拼装的废料框内，框体四周捆扎钢丝防护网，防止竹胶板及边角料被风吹起卷入线路。

4）针对施工需要使用波纹管等轻型材料及小型工机具，采用钢筋焊接外框内衬竹胶板封闭进行固定并捆扎牢固，靠近线路侧盘扣支架使用钢丝防护网全面封闭，严防易漂浮物被吹入线路影响行车。

5）转体两组微调反力座和临近的两组撑脚做好防超转措施，确保转动位置精确。

6）转体控制系统在运行前一定要经过空载联试，确认无问题后方可投入使用。

7 结语

鲁南高速铁路蓼河特大桥100#-102#墩跨京沪高速铁路56+56m 单T 构转体桥梁施工过程中，通过开发应用集既有线路自动沉降观测、超宽带高精度（UWB）定位系统、安全限界电子围栏、周界防护实时监测系统、列车接近报警和风速报警技术、全方位视频监控于一体的基于全方位信息化管控的邻近繁忙铁路转体桥安全防护施工技术，确保了营业线路施工作业安全；同时利用信息化BIM 技术对转体连续梁桥进行三维可视化建模、材料工程料统计、四维虚拟施工模拟等功能进行应用，有效提高了工程施工质量和速度，避免返工，提高了项目精细化管理水平。O