多風區復雜環境下智慧造橋機關鍵施工技術

摘 要：智慧造橋機集液壓傳動、智能操控、信息化監測等多項技術于一體的新興技術，在智慧建造的大背景下，逐漸被應用。以新建鐵路深圳至江門鐵路廣中江特大橋-沙溪橋段上跨連續梁施工為依托，根據現場實際水文、地質、地形和氣象條件，從設計和施工兩方面闡述了智慧造橋機施工懸臂梁的關鍵施工技術。

關鍵詞：多風區；復雜環境；連續梁；智慧造橋

中圖分類號：U445.35" " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）02-0034-04

1 工程概況

1.1 工程簡介

新建鐵路深圳至江門鐵路廣中江特大橋-沙溪橋段上跨連續梁（72+135+72） m起訖里程為DK093+948.2～DK094+2290，全長280.5 m。梁體為單箱單室、變高度、變截面結構。全橋箱梁頂寬12.2 m、底寬7 m，頂板厚0.48 m局部加厚至0.98 m，腹板厚為0.60～0.75 m按折線變化，底板厚0.49～1.1 m，按曲線變化全聯在端支點、中支點、中跨中處設橫隔板。

1.2 地質條件

連續梁施工區域地層巖性較復雜，根據鉆探揭露、結合區域地質資料對比分析，橋址區表層為第四系全新統（Q4ml）人工土及第四系全新統（Q4mc）沖積、海積層。人工土以素填土為主，沖積、海積層以黏性土、細砂為主。主要有素填土、粉質黏土、細砂、全風化花崗巖、弱風化花崗巖。

1.3 水文條件

場區鉆孔揭露深度內地下水類型主要為賦存于第四系松散堆積層中的孔隙潛水、下伏基巖中的風化裂隙水及接觸帶中的構造裂隙水。第四系松散土層孔隙潛水為主，其富水性及透水性受構造和風化作用影響，具有明顯的區段性和不均勻性，其補給條件、涌水量大小及徑流規律主要受地質構造及裂隙發育程度控制。

1.4 氣象條件

多年平均降水量在1 700～2 600 mm，最大年降水量4 555 mm（大坑站1973年），最小年降水量905.8 mm（黃沖站1977年）。汛期降水量主要集中于5～8月，占年總量的60%以上。

該區年平均主導風向為南風。每年4～10月受熱帶氣旋影響，實測最大風速均由熱帶氣旋引起。

2 智慧造橋機設計

2.1 結構設計

造橋機主要包括承重桿件、模板系統、液壓系統、智能系統、平臺防護系統、后退系統等。智慧造橋機整體結構圖如圖1所示。

2.1.1 承重桿件

承重桿件在使用過程中承載混凝土及施工載荷，其將大部分受力桿件設計在梁面以下，再通過結構將受力傳遞到梁面以上。承重桿件主要包括后上橫梁、C型掛腿、主吊架錨固系統、主桁架、前上橫梁、底籃系統、行走系統、吊掛系統等。

后上橫梁由Q355型鋼板組焊成鋼箱形式，兩端設計有法蘭板與C型掛腿連接，后上橫梁與C型掛腿間采用10.9級M20高強螺栓連接。C型掛腿由Q355型鋼板組焊成鋼箱形式，其位于造橋機主桁架中部側面，上端通過端部法蘭與后上橫梁連接，下端在走行過程中與主吊架接觸，承擔并傳遞走行過程中梁面以下造橋機的自重。后上橫梁與主桁架間通過主吊架錨固系統連接，其中主吊桿采用直徑為80 mm的40Cr鋼棒，主吊架銷軸為直徑為118 mm的40Cr銷軸。在澆筑過程中主桁架載荷通過主吊架以及主吊桿傳遞至梁面上。

主桁架上下弦桿采用Q355型鋼板組焊成鋼箱形式，豎桿及斜桿采用矩管加工。前上橫梁采用2H350型鋼加工而成，前上橫梁與主桁架之間采用10.9級M20高強螺栓連接。底籃系統主要包括11根H400型鋼制成的縱梁與2根H390制成的橫梁，側向步行板上設計有張拉結構，在脫模時輔助外模脫模。

行走系統由軌道、卡軌器、滑座、反頂輪、限位輪、墊梁等組成，澆筑狀態時，懸臂造橋機載荷主要載荷通過滑座與墊梁傳遞至橋面。走行狀態時，滑座與軌道接觸，通過卡軌器對走行過程進行控制。在主桁架后端設計有反頂輪與限位輪，分別對主桁架提供豎向以及橫向支反力，以保證造橋機平穩走行。

造橋機底籃前吊點均采用t20吊帶轉直徑50 mm的吊桿形式，底籃腹板外側后吊點采用t20吊帶轉直徑50 mm的吊桿形式，腹板內側采用t30吊帶將載荷傳遞至已澆筑梁體底板。

2.1.2 模板系統

模板系統由側模、內模以及底模組成，主要用于混凝土成型。

側模設計有橫向、豎向調節結構，結合液壓系統及智能輔助系統，可實現橫向、豎向全自動調節，在澆筑時，側模通過螺桿將載荷傳遞至主桁架，側模橫向及豎向調節結構不承擔施工載荷。

內模背架設計有橫向移動結構，可根據實際情況實現自動調節腹板寬度，同時內模側邊設計有收合模裝置，實現自動化收合模。由于在部分節段橋梁內腔存在齒塊，內模頂部角模設計成小型可拆裝模板結構，方便不同節段施工使用。內模與側模采用對拉桿對拉。拱頂模板后端錨固在已澆梁段上。對拉桿均為PSB830Φ25精軋螺紋鋼。各模板均分塊制作，采用M16螺栓連接。

2.1.3 液壓系統

液壓系統主要由液壓油缸、液壓泵站、液壓管路等組成。造橋機泵站分為外模泵站及內模泵站，其中外模泵站置于左右兩側主桁架后側，內模泵站置于內模平臺處。

造橋機設計有走行油缸，實現對造橋機走行驅動，有后上橫梁頂升油缸、后頂升油缸、主吊桿油缸實現對造橋機姿態的調整。設計有底籃前后吊點，可以調節油缸實現對底籃標高的調節，設計有側模橫向及豎向油缸，實現對側模位置的調節。還有內模橫向及收合模油缸實現對內模的收合模操作。

2.1.4 智能系統

智能系統包括智能監測系統、智能控制系統、噴淋系統等。智能監測系統實現了對后上橫梁、C型掛腿、底籃前部吊桿受力情況的監測，也能監測主桁架傾斜角度，實時掌控造橋機姿態。智能控制系統包括造橋機同步走行、側模脫合模控制、內模收合模控制、造橋機姿態調整控制、底籃標高控制等，實現更安全、更高效、更優質施工。噴淋系統包括噴淋頭、噴淋管道、噴淋泵、溫濕度傳感器以及控制部分等，可以根據實際需要控制噴淋時間與噴淋范圍，為混凝土梁體養護提供幫助。

2.1.5 平臺防護系統

平臺防護系統包括后上橫梁平臺、C型掛鉤平臺、外模平臺、主桁架平臺、前上橫梁平臺、前端步梯、內模平臺、底籃平臺張拉平臺，為施工人員提供了全方位的安全保障。

2.1.6 后退系統

后退系統包括后退軌道、后退C型掛腿、后退橫梁等，輔助造橋機后退至0#塊完成造橋機下放。

2.2 設計特點

2.2.1 復合式滑座

造橋機采用復合式滑座結構，前移和澆筑工況為一體結構，但是受力分開，使結構緊湊，行走工況懸臂短，減小造橋機整體變形。

2.2.2 自動卡軌結構

造橋機采用自動卡軌結構，造橋機前移與軌道前移時只需人工更換一次插銷位置，卡軌鎖舌自動與軌道鎖定，無需每次人工更換限位結構。自動卡軌結構示意圖如圖2所示。

2.2.3 反頂輪多輪十字鉸結構

造橋機后頂輪主要在走行過程中承擔主桁架后支點反力，設計成多輪十字鉸結構確保了每個滾輪均勻受力，增加了受力面積，減少對混凝土的壓痕。

2.2.4 雙吊桿主吊架結構

造橋機主吊架采用雙吊桿，減少了預留孔數量，也降低了預留孔精度要求，吊桿采用直徑為80 mm40Cr鋼棒結構，減小了澆筑時的變形。

2.2.5 可微調側模結構

造橋機在主桁架上安裝有用于調節側模地橫移油缸、頂升油缸以及位移傳感器，通過輸入調節距離對側模進行微調。

2.2.6 液壓內模結構

造橋機內模有橫向移動結構，可根據實際情況實現自動調節腹板寬度。內模側邊設計有收合模裝置，實現自動化收合模。同時內模齒塊采用互換塊的形式，提高對現場特殊節段施工的適用性。

2.2.7 自動調節結構

造橋機設計有自動調節結構，包括側模脫合模調節、內模收合模調節、造橋機姿態調節、底籃標高調節等，通過位移傳感器與液壓油缸的反饋控制，實現對造橋機整體狀態的控制調整。自動調節結構示意圖如圖3所示。

2.2.8 預壓結構

在造橋機按要求安裝到位后，安裝好預壓結構，預壓過程中有如下3點要求。

第一，檢查并確定造橋機各錨桿、吊桿及止推均正確安裝后方可進行造橋機預壓試驗。第二，造橋機預壓需按照梁體節段施工順序分階段進行，預壓采用混凝土預制板預壓，按照60%、100%、120%逐級加載，兩側預壓采用分級對稱、逐級進行，每級加載完成并穩壓1h后檢查各桿件的情況有無裂縫，同時記錄力與位移的關系，第三級加載后靜停24h后開始分級卸載。在支架搭設及觀測點埋設完畢后，現場技術員檢查無誤后，必須上報監理。一同到現場進行復核確認。不得一次性加載和卸載。第三，造橋機預壓荷載必須按梁體實際情況布置，不得隨意集中加載，否則將影響造橋機的安全性及預壓結果的準確性。

3 智慧造橋機拼裝

3.1 地面預裝

造橋機在地面按上述步驟完成主桁、前上橫梁、主吊架、外模、底籃及相應的平臺防護系統、吊裝錨桿等結構的預裝，預裝時需嚴格按照造橋機總圖執行，必要時可臨時固定相關結構件，以保證吊裝過程中造橋機的平穩。

3.2 起吊

在安裝好需整體吊裝結構后，通過0#塊預留孔對相關結構件進行整體吊裝，吊裝至梁面后進行錨固，再進行下一步安裝作業。

3.3 梁面安裝

在梁面安裝走行系統、后上橫梁、C型鉤、內模及相應的平臺防護系統等，待確認各結構安裝到位后，拆除吊裝錨桿，準備下一步作業。

3.4 行走

造橋機行走可大致分為以下8個步驟： ①混凝土澆筑完成待混凝土強度符合要求時，準備造橋機前移工作。②混凝土養護、脫模、張拉主橋預應力。③軌道前移到位，造橋機前滑座力系轉換。④主吊桿取出，主吊架下放至C型掛腿。⑤主桁架反頂輪頂升到位，限位輪調整至伸出狀態。⑥頂升結構、主桁架后支點油缸調整至縮回狀態。⑦確認內模滑架安裝到位，拆除內模吊架錨桿。⑧啟動走行系統，控制造橋機移動指定位移。

造橋機行走施工具體要求如下：造橋機行走時，應事先做好測量標志，以控制兩邊主桁行走步調一致，位移差不得大于50 mm，并保持其中心線與箱梁中心線平行。

3.5 預壓

檢查并確定造橋機各錨桿、吊桿及止推均正確安裝后方可進行造橋機預壓試驗。造橋機預壓在前后支點、上下橫梁、后橫梁等部位的兩側及中部相應位置，單側共計12個點。加載前，應監測記錄各監測點初始值。按照梁體節段施工順序分階段進行，預壓采用混凝土預制板預壓，按照60%、100%、120%逐級加載，兩側預壓采用分級對稱、逐級進行，每級加載完成穩壓1 h后檢查各桿件的情況有無裂縫。

記錄力與位移的關系，測量掛籃變形值，全部加載完畢后靜停24 h后，每隔1 h測量一次每個測點變形值，連續預壓4 h，當最后測量時間段的兩次變形量之差小于2 mm時即可結束，后開始分級卸載，按分級加載的相同質量逐級卸載并測量各級卸載后的變形量。造橋機預壓荷載必須按梁體實際情況布置，不得隨意集中加載，否則將影響造橋機的安全性及預壓結果的準確性。

3.6 懸澆段澆筑

造橋機在進行澆筑施工時，主要施工步驟如下：①確認造橋機行走到位。②內模吊架錨桿安裝到位。③主桁架后支點油缸伸出到位。④頂升結構伸出到位，反頂輪調整至收回狀態。⑤安裝主吊架鋼棒到位。⑥后上橫梁油缸頂升，墊梁放置到位。⑦后上橫梁油缸調整至收回狀態。⑧調整側模、內模至澆筑狀態，安裝好錨桿。⑨調整底籃標高。⑩按照施工需求完成對節段橋梁的澆筑。

3.7 后退及拆除

在完成造橋機懸澆段澆筑后，將造橋機調整至后退狀態。主要步驟如下：安裝后退結構（C型掛腿、橫梁、軌道、滑座等）到位→將底籃外側前吊點掛在主橫前吊耳上，并將底籃下放到位→拆除內模、前上橫梁→主吊桿取出，主吊架下放至C型掛腿→主桁架反頂輪頂升到位，限位輪調整至伸出狀態→頂升結構、主桁架后支點油缸調整至縮回狀態→控制造橋機后退至前一節段→在后退結構橫梁下放置千斤頂→調整后上橫梁油缸、千斤頂伸出，將軌道后退到位→調整后上橫梁油缸、千斤頂至縮回狀態→重復上述步驟，直至退回至可拆除下落節段→安裝吊裝錨桿到位→利用起重機將后退C型掛腿吊起，拆除后退C型掛腿與后退橫梁之間的螺栓，拆下后退橫梁及后退C型掛腿→利用吊車將C型掛腿吊起，拆除C型掛腿與后上橫梁之間的螺栓，拆下后上橫梁及C型掛腿→利用千斤頂緩慢將造橋機下放至梁面下。

3.8 注意事項

注意事項具體有以下5點：①外模安裝時需注意進行臨時固定，防止在吊裝過程中側翻，調節外導梁螺桿保證外模在順橋向水平，且需保證每根螺桿都與目標桿件接觸。②起吊前需將主桁后頂輪油缸、主桁后支點油缸調整至縮回狀態，將限位輪調整至縮回狀態。③各吊裝錨桿同時起吊，保證起吊過程中造橋機的平衡。④C型掛腿安裝時，先將C型掛腿穿入主吊架安裝孔，再與后上橫梁連接，在拆除主桁錨桿前需將C型掛腿限位角鋼安裝到位。⑤將滑座與后上橫梁連接后，將后上橫梁吊裝至滑座墊梁上，不可直接將后上橫梁放置在軌道上。

4 設備優點

智慧造橋機結構簡單、受力明確，組裝拆解便捷，較傳統掛籃組裝、安裝耗時小、工期短，實現了懸臂現澆梁節段鋼筋骨架整體入模。節段鋼筋骨架在梁面工廠化加工，整體吊裝入模，將鋼筋綁扎由流水工序變為并行工序，節省可觀的人力物力。

智慧造橋機集液壓傳動、智能操控、信息化監測等多項技術于一體，在降低施工風險同時，加快了施工進度，節約了工程成本，且其傾覆風險大幅降低。通過地面完成整體預裝，降低吊裝作業風險。行走時，傳統掛籃設備需人工拖曳掛籃前移，而懸臂智慧造橋機不僅可以自動走行，還可以實現模板自動開合、自動噴淋養護。

5 結束語

新建鐵路深圳至江門鐵路廣中江特大橋-沙溪橋段上跨連續梁智慧造橋機的設計和施工，為未來多風地區復雜環境下連續梁懸臂段的施工積累了很多優秀寶貴經驗，對于類似工程，或者是大型設施移動工程都有很好的借鑒意義。方案的成功實施說明此種施工方法對于多風地區復雜環境下連續梁懸臂段是適用的、安全的、有效的，并且能較大程度的節省施工成本，也為后續施工奠定了良好基礎。