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  • 论文摘要

     

    虎门二桥被誉为“世界第一跨度钢箱梁悬索桥”,是目前世界在建规模最大的桥梁项目之一,其多项数据刷新了国内和世界桥梁发展史上的新纪录。为建好这座“超级工程”,中交第二航务工程局有限公司(以下简称“中交二航局”)建设者引入装配式施工法,即将构件进行工厂制造、现场拼装的工艺,采用“短线匹配法”,顺利完成了超3000榀节段箱梁的安装施工,对虎门二桥建成通车,实现珠三角高质量发展、完善交通体系意义深远。

     

     

    虎门二桥设计全长12.891km,是世界上跨径最长的钢箱梁悬索桥(见图1)。作为珠三角核心区内重要的过江通道,它包含了2座超千米悬索桥,建成后将有力地改善广州南部跨越珠江的交通状况,打破珠江口两岸只有一个通道的“瓶颈”,有效缓解虎门大桥的通行压力,是争创“鲁班奖”“詹天佑奖”的世界级悬索大桥。

    中交二航局承建虎门二桥S3标段,主要施工内容包括大沙水道桥东塔、东锚、全线节段箱梁预制拼装、中引桥、海鸥岛互通桥及附属工程等。其中,全线3533榀混凝土节段箱梁的预制拼装具有箱梁结构复杂、安装位置多等特点。中交二航局采用“短线匹配法”工艺实现全桥节段箱梁的装配化预制拼装施工,以良好的安装进度及质量控制得到了业主、监理、设计等单位的高度认可。

     

    装配化之路

     

    何为装配化施工?它是一种将结构拆分为构件进行工厂制造、现场拼装的工艺,可以显著提高工程质量,加快现场施工速度,最大限度减少施工过程对既有环境及交通的干扰。

    虎门二桥S3标段涵盖的箱梁拼装区域横跨番禺区海鸥岛,分布三地,包括骝东互通主线桥、西引桥、中引桥、海鸥岛互通主线桥、东引桥共5个部分。如果采用传统的移动模架现浇工艺进行节段箱梁施工,势必会对珠江航道现有交通造成极大影响,同时点多面广的特点也使混凝土的质量难以得到保证,技术人员经过多方对比之后,决定采用装配化工艺中的“短线匹配法”进行节段箱梁施工(见图2)。

    “短线匹配法”装配化施工是指将整孔节段箱梁设计成若干个标准节段,在预制工厂的预制台座上,利用循环使用的模板系统逐榀匹配、流水预制,再利用船舶或车辆等运输工具将节段箱梁运至安装桥位,由架桥机、桥面吊机进行箱梁拼装,并通过预应力将节段箱梁现场连接成桥的先进技术(见图3,4)。

     

    引进技术 引领创新

     

    “短线匹配法”节段预制拼装技术最先由法国工程师提出,并于20世纪在欧美等发达国家应用。2004年,中交二航局在国内首次将这项技术大规模引入苏通大桥建设中,取得了非常显著的经济及社会效益,相比传统移动模架现浇工艺,缩短施工工期7个月,节省开支上亿元。通过苏通大桥的实践,中交二航局建桥团队深刻认识到,掌握“短线匹配法”这项新技术的核心机密,将有力推动我国桥梁技术的发展。功夫不负有心人,通过深入实践,在苏通大桥建设完成时,中交二航局已经掌握了“短线匹配法”施工控制技术并自主研发了相应软件,配制了性能优越的结构拼接胶,研发了系列化的架桥机产品等,一举打破了国外公司在该项技术上的垄断。

    也许是尝到了“短线匹配法”的甜头,也许是建桥人的那股韧劲,中交二航局建桥团队深知“不进则退”的道理。苏通大桥之后,中交二航局不断加快脚步,在随后的江苏崇启大桥、南京第四长江大桥、厦漳跨海大桥以及文莱大摩拉岛大桥等项目陆续采用了“短线匹配法”技术,并不断攻克“缓和曲线节段梁预制拼装”“超小曲线半径梁架桥机架设”“大跨径变截面节段梁预制及悬臂拼装”等难题。2012年,中交二航局“短线匹配法”节段拼装桥梁技术一举夺得国家科技进步二等奖。

    中交二航局将“短线匹配法”引入虎门二桥建设并成功运用,吸引行业内多家单位前来参观交流,中交二航局装配化建设桥梁的经验也因此得到推广。

     

    精细运筹 标准制作

     

    虎门二桥建设伊始,为确定最合理的箱梁构件划分,中交二航局建桥团队便开始对节段箱梁预制方案展开研究(见图5,6)。从混凝土配制、钢筋流水线绑扎到每个构件尺寸的确定,都需要做好详细的规划?;⒚哦哦斩ソ诙瘟喊岣袅?,如果整个箱梁构件采用一体式的方法预制,其重量将超过300t,而陆地区域需用汽车式起重机进行墩顶梁的吊装,如此大体量的箱梁吊装,施工安全风险极高,可谓不可能完成的任务。为完成这个复杂的施工方案,中交二航局技术中心与建桥团队通力合作,从多种方案中筛选出了“空心式墩顶块”的方案,在预制工厂完成墩顶节段梁外壳预制,吊装至墩顶后再浇筑填充部分混凝土。为确定混凝土外壳的合理厚度,技术人员采用1cm的迭代步骤计算了从20cm到50cm共几十种厚度方案,以最优化的结果作为实施准则,保证结构安全的同时也方便了墩顶节段梁起吊。

    为推进构件标准化制作,中交二航局建立了先进的预制工厂,包含钢筋绑扎区、液压模板区、预制构件养护区、构件存放区等划分,各区紧密有机衔接,保证预制构件的流水化生产。中交二航局技术团队还开发了基于BIM技术的节段梁预制厂生产管理系统,通过智能化系统对每个构件进行编号、定位,保证了预制质量的可追溯性及构件出运的合理性。

     

    科技为骨 高效控制

     

    预制构件拼装成完整结构,怎样保证其形状与最初的设计一致,也是建设团队面临的一大难点?;⒚哦趴绾E傅憾吻帕合咝畏浅8丛?,中引桥部分需在250m范围内将桥梁的横坡从2%变化到-3%,对于20m宽的箱梁来说,每1%的变化就是20cm的相对高差,这意味着虎门二桥的设计线形是肉眼可见的一种空间扭曲状,可形象称之为“游龙”。正是这种优美的曲线,让拼装成桥的每块节段箱梁都是不规则的。中交二航局建桥团队针对此种结构,耗费数月研究了预制台座模板的刚度与稳定性,以及拼装过程桥梁扭转刚度等因素对成桥线形的影响,并通过贯通“短线匹配法”整个生产链的技术整合来消除可能产生的误差。从模板系统的细化设计到结构胶的均匀涂抹,从匹配梁的位置调整方法到现浇混凝土连接等进行优化,实现预制拼装过程中工人操作难度与普通预制构件施工基本无差别。

    另一方面,为保证所有预制构件拼装过程满足高效、及时反馈的要求,建设团队采用了中交二航局自主研发的“短线法节段梁施工控制视窗系统3.0”进行全过程控制。从构件预制阶段开始,通过基于大数据分析的误差处理技术和互联网云端计算分析技术,精准控制每个节段的三维尺寸,使构件在便于制造的同时,可精确组装成完整结构,精细化的施工控制使装配式桥梁的施工如同“搭积木”一般简洁,可使建桥团队从容把握施工进度与精度。

     

    立得规矩 终成方圆

     

    虎门二桥采用悬臂拼装工艺的箱梁节段最大重量达173.9t,相当于120辆小轿车的重量,为节段箱梁吊装施工带来巨大挑战。采用逐孔拼装工艺的箱梁整跨重量达1662t,这些重量全部由支撑于桥墩顶部的架桥机承受。施工安全问题犹如悬在建桥团队头顶的利剑,即使已经对方案进行多方复核,对设备进行反复检验,但1000多t的箱梁悬空吊装,依然让建设团队战战兢兢、如履薄冰。桥梁构件体量大,严格的规章制度是施工安全的重要保障。在总结多方经验的基础上,经过业内专家多次审核,形成了中交二航局《节段梁预制拼装施工细则》。

    为提升和推广装配式桥梁施工技术,中交二航局技术人员采用理论分析、实际检验的方法对预制工厂的规划设计、构件预制方案流程、节段箱梁拼装架设、现浇混凝土节点连接、结构胶连接、装配式结构预应力等技术进行了研究,并联合同济大学、西南交通大学、中交公规院、交通部公路科研所等单位开展工作,提出各工艺方法的设计施工标准,主编了中国交建《短线匹配法节段预制拼装预应力混凝土桥梁设计施工技术规程》,参编了住建部《节段预制拼装混凝土桥梁技术规范》。在虎门二桥,中交二航局作为主研单位编制了广东省的地方标准《短线法预制拼装桥梁施工技术规程》,真正使“短线匹配法”设计施工做到有章可循。

    已故中国工程院院士范立础曾表示,短线法预制拼装技术的研发,突破国外技术壁垒,推动我国桥梁建设由传统的劳动密集型、作业松散型向工厂化、机械化转变。

    截至2018年8月,中交二航局建桥团队已成功完成超3000榀节段箱梁的预制拼装施工(见图7)。除成功运用“短线匹配法”实现虎门二桥装配化施工外,建桥团队积极创新工艺、创造施工亮点,在广东省锚碇锚固系统中首次大规模采用成品索、节段梁环氧体外索应用。在东锚碇施工中刷新此前的国内单次混凝土浇筑方量纪录。在海鸥互通主线桥中完成国内首次1300t架桥机纵移过现浇梁等。在虎门二桥建设中,中交二航局一直走在全线前列,在广东省交通集团虎门二桥分公司的4次年度综合评比中4次勇夺第一。装配化工艺“花开”虎门二桥,既体现了中交二航局先进的建桥技术水平,同时也为推动建桥行业技术发展做出了突出贡献。

    目前,虎门二桥项目进展顺利。桥梁基础、下部结构施工已基本完成,上构施工全面开展。大沙水道桥钢箱梁桥位焊接全部完成,涂装工作已完成,正在进行猫道拆除工作。坭洲水道桥钢箱梁吊装、焊接作业已完成,正在进行主缆防护作业,项目将于2019年上半年建成通车。

     

    文/中交第二航务工程局有限公司 张 政 巫兴发

     

     

     

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