鐵路連續梁節段裝配關鍵施工技術

丁衛林

（中鐵北京工程局集團第五工程有限公司，杭州 311215）

1 引言

連續梁節段懸臂拼裝施工最早出現在20 世紀60 年代的歐洲，70 年代該技術流傳到美國，80 年代末該技術逐漸成熟，并由歐美傳入中國[1-3]。隨著我國高速鐵路工程建設的快速發展，橋梁建設不斷向西部、山區、高原挺進；跨公路、河流、山谷等大跨度連續梁橋占比不斷提高[4]。傳統的大跨度連續梁橋施工主要以掛籃懸臂現澆施工為主，但是，該工法施工周期長、功效低，而且混凝土收縮徐變周期長，影響了混凝土質量和橋梁的線性控制；同時，較長的施工周期也增加了施工安全風險。為此，尋求施工周期短、施工質量便于控制的連續梁橋施工工法是高速鐵路橋梁施工進步的關鍵。

2 工程概況

中鐵北京工程局集團承建的連徐鐵路項目位于江蘇省徐州市新沂市雙塘鎮，與G2 京滬高速相交，其中跨大沙河962#～965#墩連續梁橋（32 m+48 m+32 m）共40 個節段，線路小里程與河流夾角為106°，連續梁全長113.5 m，節段箱梁平均高3.052 m，寬12.6 m，節段長度為2.4～3.25 m 不等，單塊節段箱梁最輕為74.8 t，最重為143.3 t。

3 節段拼裝的優勢

3.1 施工速度快

節段箱梁預制拼裝架設技術最顯著的優勢莫過于可大幅縮短橋梁施工工期，降低勞動成本，節段加工速率快，并可以多處分別施工，不會因橋梁節點或隧道貫通等問題而相互影響，節段生產和施工可單獨開展，互不影響，縮短工期。

3.2 安全、質量高、耐久性高

1）連續梁節段懸臂拼裝施工工序簡單，安全快捷。節段預制和安裝可分開進行，互不干擾，安全可控。

2）標準化及機械化作業程度高，質量易保證。該工法在鐵路工程中大規模推廣將提高橋梁規范化、智能化、統一化施工，保證橋梁安全和工人的生產安全。

3）梁體節段養護時間長，合龍后混凝土收縮情況少。此工法將大體積梁體分割成多個節段，不僅減少了大體積梁體的很多常見施工問題，而且混凝土養護周期長，梁體收縮徐變小，使橋梁整體線形更加明顯。

3.3 工法適應性強

1）不受地理條件限制，跨河谷、高山施工時，安全性相對大大提高。節段預制梁不受場地大小、橋墩高度、是否有河流和山谷以及墩跨間基礎好壞影響。

2）工程所在地全年溫差大，降水豐富，根據溫濕變化選取節段橋梁拼接結構膠。其溫度區間可覆蓋-10～45 ℃，適應春夏秋冬不同季節不間斷施工，同時雨季可在混凝土未完全干燥下施工。

3.4 經濟性強

該工法可提高環保性、減少占地面積、減少施工垃圾。以32 m+45 m+32 m 連續橋梁為例，對鐵路連續梁掛籃、支架現澆、架橋機懸拼、橋面吊懸拼等工法，從工期、利潤、質量、環保方面進行對比分析（見表1），從表1 可知，架橋機對稱懸拼和橋面吊懸拼工法更具優勢。

表1 不同工法經濟對比表

4 拼裝設備對比

依照跨大沙河連續梁橋的實際情況推薦的3 種設備為節段拼裝架橋機、橋面吊、門吊。對這3 種拼裝設備的綜合特性進行對比，如表2 所示。

表2 節段拼裝設備綜合特性對比

5 拼裝工法對比

根據不同的實際工程特點選擇架設方案，根據其規律大體可以分為逐跨裝配工法和懸臂平衡裝配工法。

5.1 逐跨裝配工法

該種工法為預制節塊裝配工法中縮短工期較為明顯的施工形式也是使用最頻繁的作業形式，一般適用于跨徑24～60 m的橋梁。

5.2 懸臂平衡拼裝工法

懸臂平衡裝配法是以一個墩身為參考，平衡并依次拼裝節段的橋梁施工方法。平衡懸臂法施工橋梁的每一節段與已施工完成的節段連成一體，并作為下一施工節段的拼裝前提。較橋梁懸臂結構而言，使用張拉工藝使梁體節段中的預應力鋼絞線去除預應力來保證其質量和牢固性。

以跨大沙河（32 m+48 m+32 m）連續梁橋為例進行研究分析，開展架設設備以及架設工法研究。下方沒有存梁位置，不便于提梁，因此，選用架橋機針對架設提出以下幾種方案。

5.2.1 半聯整體膠拼施工

采用架橋機進行箱梁節段裝配施工，在962#～965#墩跨間拼裝臨時支墩，吊裝0#塊與963#墩錨固，安裝低中支腿，后支腿與964#墩錨固，在支腿及臨時支墩上直接進行架橋機拼裝，架橋機采用原位拼裝方式。架橋機具備架梁條件后，再將由制梁場運來的預制梁段運至架橋機指定位置，以架橋機承重梁為依托，以0#塊為中心向兩側吊裝，依次半聯后調整就位，整體涂膠裝配，穿放鋼絞線、一次張拉，即可完成墩頂原位成梁作業。

5.2.2 單T 構過孔膠拼施工

在963#、964#墩大里程側設置臨時支墩，原位拼裝架橋機，后支限支立在喂梁平臺上，使用架橋機兩個回轉天車把0#塊分別吊裝到963#、964#墩上并進行豎向錨固。吊裝兩個主支腿分別安裝至963#、964#墩上與0#塊進行錨固，與架橋機主梁進行連接，同時拆除兩處臨時支墩。

架橋機具備架梁條件后，再將由制梁場運來的節段梁段運至架橋機指定位置，以架橋機承重梁為依托，以963#墩、0#塊為中心依次向兩側逐節裝配，對稱懸拼24 m，調整就位，涂膠裝配，然后穿鋼絞線、張拉。962#～963#墩間剩余3 個節段逐節起吊、懸掛于架橋機上，進行一次性膠拼張拉。

利用主支腿動力系統，架橋機向965#墩移動，在965#墩大里程側搭設臨時支墩，在臨時支墩上設置架橋機前輔助支腿。964#墩和0#段兩側對稱懸拼24 m，步驟與963#墩相同，合龍跨中濕接頭。

5.2.3 三跨式雙T 構同步膠拼施工

由于該連續梁橫跨大沙河，且處在溝塹里，高差較大，雙向喂梁需要修出高標準便道或者棧橋，所以，不考慮橋面吊架梁。連續梁節段裝配施工采用滿跨上行式架橋機進行節段裝配。架橋機具備架梁條件后，再將由制梁場運來的節段梁段運至架橋機指定位置，以架橋機承重梁為依托，以0#塊為中心依次向兩側逐節裝配，調整就位，涂膠裝配，然后穿鋼絞線、張拉，即可完成墩頂原位成梁作業，節段裝配過程中，兩個T 構循環同步施工，可大大縮短工期。

綜上所述，選用上行式架橋機作為本項目的節段拼裝設備。

6 節段拼裝關鍵技術

6.1 0#塊定位及錨固

0#段梁位于連續墩主墩963#、964#墩墩頂，節段梁長3.0 m，底寬5.5 m，頂寬12.6 m，節段梁全重143.3 t。采取三維精調裝置調整將0#節段梁精確定位，0#段安裝調整好空間姿態后，進行臨時固結灌漿，等其強度達到要求后進行臨時張拉錨固。

其主要施工內容有：（1）墩頂操作平臺安裝；（2）臨時支座施工與支座安裝；（3）墩頂臨時支撐、調梁系統布置；（4）0#塊就位與精調（見圖1）；（5）永久支座及臨時支座灌漿；（6）0#塊豎向錨固。

圖1 0#塊安裝

6.2 墩頂操作平臺安裝

墩頂操作平臺主要用于墩頂施工作業，包括支座安裝、墩頂0#塊安裝就位操作、臨時錨固的安裝與拆除等。墩頂平臺采用小型鋼組焊成塊，采用銷軸進行連接，便于安裝和拆除。安裝時采用天車安裝與拆除。

6.3 臨時支座施工與永久支座安裝

錨固用臨時支座采用長2.6 m，寬0.6 m 的現澆C40 混凝土塊，中部灌注10 cm 厚的40 號硫黃砂漿，臨時支撐澆筑時注意4 個點頂面高程達到預設高程且位于同一平面。臨時支座在完成體系轉換后及時鑿除，布置位置如圖2 所示。節段縱移到位后，及時使用全站儀復測墊石高程；并對墊石施工質量全面檢查；檢查完成后再進行支座吊裝作業。并將永久支座安裝于0#段梁底。

圖2 臨時支座布置示意圖

6.4 墩頂臨時支撐、調梁系統布置

6.4.1 臨時支撐施工

設置臨時支撐墊塊是為了避免節段落梁時直接落在千斤頂上形成機械設備的損傷。臨時支撐為厚度18 mm 鋼板焊接而成，主要受壓、受拉部位增設加勁板；所有臨時支撐，加工完成后需在壓力機上進行荷載試驗，保證承壓能力不低于1 000 kN；支撐梁段時，需在楔塊頂部墊設膠皮，保證梁體不被磕碰。

6.4.2 三向調節千斤頂布置

墩頂塊的調位采用4 臺手持式三向坐標橫移鎬（以下簡稱調位千斤頂），布置與墩頂四角位置，千斤頂泵站為小型手持式的泵站。圖3 所示為三向千斤頂調節裝置。

圖3 三向千斤頂調節裝置

6.5 0#塊就位與精調

精調原理：如圖4 所示，依照生產梁時預埋在兩側的控制點E、F 來安排梁段軸線，使E、F 與平分中失軸線折疊，參考梁頂高程水準點（B、C、D）相對于A 點的高差從而調整梁頂高程。最后觀測E、F 點有沒有發生移動，如果不與平分中失軸線折疊，再次反復以上過程，使中線誤差控制在0.5 mm 以內，相對高程誤差在1 mm 以內，則以完成精調就位。

圖4 梁體測量定位點

精調流程如下。

1）墩旁托架安裝、形成墩頂作業平臺后，在墩頂布置臨時支撐及三向千斤頂。

2）用回轉天車將0#段就位。

3）0#段根據墊石十字線與梁段的縱、橫軸線將節段粗略就位，支座板錨栓套入墊石預埋螺栓孔時（可掛線鉈輔助），落梁于臨時支撐的千斤頂上，完成節段的初定位。

4）調整三向調位千斤頂，使豎向油缸與梁底相接，均衡起升使梁體遠離臨時支撐，利用縱、橫移動油缸進行平面方位操作，豎向油頂進行高程的調整。

5）測量0#段頂面水準點坐標，將檢索的記錄與監控命令比較，反算出梁段移動記錄，利用4 臺調位千斤頂，對梁段高程、方位循環調整，直到到達指令條件，結束精調過程。

6）精調完成后將三向千斤頂鎖定，使之承受梁段重量，對梁段空間姿態鎖定，并采集最終目標數據。

6.6 永久支座灌漿

采取先安裝支座，后灌漿的施工方法，具體步驟如下：（1）梁段精調到位并鎖定；（2）檢查支撐墊石質量是否滿足羅梁要求；（3）施工支座灌漿模板；（4）拌制支座灌漿料。采用將原材料吊至墩頂進行機械拌制；（5）在高強灌漿料固化后，再次旋緊地腳螺栓。

6.7 臨時支座灌漿

為使臨時支座與墩頂0#段間密貼，確保受力均勻，臨時支座在墩頂現澆時即比梁底設計標高略低3 cm，該部分間隙在完成墩頂梁段的調位、鎖定后，通過梁底預留孔進行支座灌漿料灌漿銜接。其灌漿施工步驟與支座灌漿一致。在臨時支座灌漿料強度達到70%后，拆除臨時支撐墊塊上的三向調位千斤頂，轉由永久支座、臨時支座承擔后期墩頂塊傳遞的荷載[5]。

7 架梁線形控制

節段在加工廠內制作時，加工場依據線路的給定數據在待加工節段的頂面預埋軸線基準點、高程加密點等6 個點的坐標。

7.1 起始節段量測調整

操作全站儀調整使其6 個控制點符合參數標準，并用限位連接裝置使節段與混凝土成橋、墩身相接，使其成為整體結構。

7.2 其他節段操縱

以往經驗來講，起始節段梁的位置可準確就位，并架設在永久支座上，而后續節段的調整均以此為參照。

7.3 整體箱梁量測控制

當梁體結束永久預應力束張拉后，用對該跨的軸線和標高進行復核，如若標高與軸線與設計值偏差不滿足小于10 mm時，則需重新對軸線和標高調整復核。

預拱度的精確建立是在作業過程中調整梁體高差使得梁體在橋梁充分完成混凝土收縮和徐變后的最終線形與基準線形保持一致。

8 梁端拼接結構膠的質量控制及選取

環氧樹脂膠的抗拉強度、抗剪強度、濕熱老化（90 d）等各項性能指標通過第三方試驗，均符合設計和GB 50367—2013《混凝土結構加固設計規范》有關規定。

連徐鐵路項目試驗人員在常規溫度條件下（15～35℃），將拌制好的環氧樹脂膠在20 min 內涂刷完畢，從開始抹膠計，60 min內拼裝完成，溫度與可操作時間的對應關系如表3 所示。

表3 環氧樹脂膠的試驗結論

梁端拼接結構膠選取：市面上常見的節段梁拼接結構膠主要有PolyconTM-PJ10 型預制構件拼接膠、卡本CBMR-AB橋梁拼接專用膠以及JGN808 懸拼架橋結構膠。

根據各種節段梁拼接結構膠的技術說明，結構膠的可操作時間（工作時間）對環境溫度的依賴非常大，同時混凝土基面未完全干燥條件下施工，會對界面黏結強度產生很大影響。據統計近9 年來徐州天氣可知，徐州的氣溫區間在-10～40 ℃，平均月降水占1/3，很難保證施工前后24 h 內無降雨。3 種拼接結構膠的主要參數對比見表4。

表4 拼接結構膠技術參數對比

可以看出，PolyconTM-PJ10 節段梁拼接結構膠性能優異，更適用于該工程。

9 臨時張拉及質量控制

臨時張拉采用可安拆鋼構件移動臺座，移動臺座通過布置在梁板上的預埋件和螺栓與梁體進行連接，采用10 根φ32 mm 精扎螺紋鋼進行對拉，頂板6 根，底板4 根，臨時張拉力根據接縫面最小壓應力進行確定，設計要求不小于0.32 MPa。臨時張拉對稱同步進行，張拉完成后及時做好清理工作，防止膠液進入孔道造成孔道堵塞，此工序極其重要。

10 結語

通過技術創新，依托連徐鐵路項目特大橋962#～965#墩連續梁項目，總結出一套針對鐵路橋梁的節段拼裝施工方法，該施工方法在應用中具有諸多優勢：

1）提高工程施工效率，并保證工程質量，同時可縮短工期，降低企業勞動成本；

2）改善現場施工條件，提高工程安全保障，促進工程向精細化、標準化方向發展；

3）符合國家提倡的綠色施工，施工中盡可能地降低對周圍生態環境的干擾，營造出一個現代綠色資源節約型的建筑環境。