基于BIM和三維掃描的鋼箱梁分段頂推滑移精確拼裝技術(shù)研究

杜海云 朱蕊 莊云 豐榮良

摘要：該文基于范蠡大橋的鋼箱梁頂推滑移施工為背景，運用BIM和三維掃描技術(shù)，展開頂推滑移精確拼裝技術(shù)研究，并重點介紹了頂推滑移拼裝原理和頂推滑移拼裝過程控制措施，為鋼箱梁的精準拼裝和滑移提供了一種新思路。工程實踐表明，BIM和三維掃描技術(shù)應用可以加快橋梁鋼箱梁結(jié)構(gòu)工程施工進度、降低施工成本、提高安裝精度、節(jié)約施工場地，具有廣泛的應用前景。

關(guān)鍵詞：BIM三維掃面鋼箱梁同步滑移控制措施

中圖分類號：U442.5文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）11（c）-0000-00

Abstract： Based on the push slip construction of steel box girder of Fanli bridge， this paper studies the push slip precise assembly technology by using Bim and three-dimensional scanning technology， and focuses on the push slip assembly principle and the control measures of push slip assembly process， which provides a new idea for the precise assembly and slip of steel box girder. The engineering practice shows that the application of Bim and 3D scanning technology can accelerate the construction progress of bridge steel box girder structure， reduce the construction cost， improve the installation accuracy and save the construction site， which has a wide application prospect

Key Words： BIM; Three dimensional scanning; Steel box girder; Synchronous slip; Control measures

隨著國家經(jīng)濟和建設(shè)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)得到了迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)工程在橋梁領(lǐng)域的重要性和應用也愈加廣泛，結(jié)構(gòu)的跨度愈加巨大，造型要求愈加新穎[1，2]。由于橋梁結(jié)構(gòu)的特點、施工條件以及工程造價等多種影響，采用傳統(tǒng)的大型橋梁吊裝或者是機械直接進行橋梁吊裝或者安裝的建筑物施工技術(shù)手段已經(jīng)遠遠無法滿足建筑工程的要求，研究一種新型可靠的施工技術(shù)解決水上大型鋼箱梁的施工安裝方法成為一種趨勢。公司今年來承建多個內(nèi)河及內(nèi)陸橋鋼結(jié)構(gòu)工程，在鋼箱梁施工方面積累了豐富的建設(shè)經(jīng)驗，特別是在滑移施工技術(shù)運用方面形成了一套獨特的施工工藝。BIM技術(shù)可以使施工可視和智能化，把建筑構(gòu)造和信息參數(shù)一一聯(lián)系起來。目前，關(guān)于BIM和三維掃描技術(shù)的鋼箱梁分段頂推滑移精確拼裝技術(shù)的研究并不多，該文根據(jù)范蠡大橋的實際施工情況，通過BIM和三維掃描技術(shù)在鋼箱梁分段頂推滑移精確拼裝的應用，主要介紹了BIM和三維掃描的鋼箱梁分段頂推滑移精確拼裝施工方法，該技術(shù)的廣泛應用加快了橋梁鋼箱梁結(jié)構(gòu)項目施工進度、減少了施工費用、降低了施工成本、提高了安裝的準確性、節(jié)省了施工時間和場地，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益[3，4]。

1工程概況

范蠡大橋全長1 376 m，水面部分采用截面形式相同的鋼箱梁結(jié)構(gòu)，岸上采用30 m跨徑左右的現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。主橋采用雙塔橫向鋼索跨度82m+168m+168m+82m=500m的三跨雙塔單向跨索面結(jié)構(gòu)鋼箱梁鋼索斜拉橋，塔梁分離連續(xù)梁組成支撐體系，扇形索面式布置，邊塔兩側(cè)各7對索，中塔兩側(cè)各9對索。引橋主梁是一種分別采用3×30m、3×32m及2×45m三種不同長度跨徑的大型預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱型梁。

2頂推滑移拼裝原理

由于鋼箱梁的外形尺寸相對較大、重量相對較重，胎架位置承載能力大，為了避免胎架產(chǎn)生過度或局部變形影響到整體拼裝的質(zhì)量，將胎架分別安設(shè)在鋼箱梁的各個分段具有縱、橫向隔板位置。根據(jù)胎架布置的原則，運用BIM技術(shù)進行了分塊拼裝和仿真，合理地布置了各個胎架，并對各個胎架進行了編號，要求各個胎架只能擁有唯一的編號。經(jīng)過BIM模擬后確定各個的坐標，現(xiàn)場操作胎架時按照模擬中的坐標選擇方法采用全站儀器進行測量和放樣。

鋼箱梁分段吊裝上胎架后，通過全站儀器進行測量和定位，同時運用三維激光掃描技術(shù)掃描已滑移單元節(jié)段節(jié)口，用于校準后節(jié)段拼裝，在鋼箱梁分段邊緣選取定位點，每個分段選取 4 個定位點，保證節(jié)段節(jié)口精確拼裝。

滑靴支座是一種作為連接鋼箱橋和梁兩個滑移傳動單元的一種專用承重變速器的轉(zhuǎn)換傳動支座，通過轉(zhuǎn)動滑靴和作為鋼箱梁的兩個滑移單元軌道之間轉(zhuǎn)換來直接進行變速滑動。每個隔板滑移驅(qū)動單元上各自分別設(shè)置8個自動滑靴，滑靴高度布置的固定位置均為預設(shè)在每個鋼箱梁上的橫隔板上的固定位置，滑靴高度設(shè)置可以根據(jù)每個鋼箱梁的預起拱線型來進行確定?；サ木唧w布置操作方式如圖1所示。

液壓頂推器是作為一個控制鋼箱梁上的滑移式單元進行滑移的一種動力設(shè)備。液壓頂推器一般布置于滑移式單元的后端，共配備4臺60 t重的液壓頂推器，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3頂推滑移拼裝過程控制措施

3.1滑移軌道及拼裝平臺布置

滑動的軌道由鋼管樁、軌道梁、軌道、拼裝平臺等構(gòu)件組成，根據(jù)現(xiàn)場實際的情況把這些構(gòu)件進行合理的布置和組合而形成的滑動軌道。根據(jù)滑移單元的位置確定鋼管樁的間距，經(jīng)過計算確定鋼管樁的樁長，再根據(jù)橋的整體線型確定鋼管樁頭標高，然后將軌道梁及拼裝平臺置于鋼管樁上，將軌道布置于軌道梁上，所有組件均通過焊接連接。

滑移與拼裝平臺支撐鋼管樁采用φ609×10鋼管，鋼管樁之間均可采用豎向水平支撐或者是斜撐方式進行搭接連接，從而有效地提高了鋼管樁之間的強度和整體穩(wěn)定。總共設(shè)計了4排豎向鋼管灌注樁。縱向兩排鋼管樁分別沿著橋中心線兩側(cè)對稱地布置，每側(cè)兩排鋼管樁分別距離該橋中心線5.55m 與7.95m 。鋼管樁縱向的基本間距為 9.6m。與土建圍堰施工區(qū)域局部將間距拉大到11.5m。在索塔承臺區(qū)域內(nèi)的鋼管樁均在混凝土澆筑前設(shè)置鋼管樁支撐埋件，支撐鋼管樁直接設(shè)置在索塔承臺埋件上。在安裝鋼管樁上方面還應適當設(shè)置便于滑移軌道梁，以便箱梁上的滑靴能在移動時將全部荷載傳遞到鋼管樁上。軌道梁采用焊接 H 型鋼（H900×300×16×28），軌道梁間的焊接應全部熔透。相鄰滑移軌道梁間焊接連系梁，以便于增強滑移梁整體上的穩(wěn)定性。

滑移軌道一般設(shè)置在鋼箱梁滑移單元的軌道梁上，滑移軌道的功能主要是承擔鋼箱梁滑移單元頂推器的豎向荷載，并為頂推器提供一個反力點，在其滑移的方向上也可以提供一個順暢的路徑通道。在鋼箱梁錨箱兩側(cè)縱腹板部位共設(shè)置 4 條滑移軌道，沿橋梁中心線兩兩對稱，軌道中心線距橋梁中心線分別為 5.55m 和 7.95m。軌道的中心線偏差要求控制在 10mm 內(nèi)，同一斷面內(nèi)的軌道梁頂面標高控制在 5mm 內(nèi)。

3.2頂推滑移穩(wěn)定性控制

鋼箱梁頂推滑移過程中，有多種穩(wěn)定性控制性問題需要解決，包括液壓穩(wěn)定性滑移、液壓頂推力控制、滑移過程中同步控制等，為保證施工速度和精度，對上述穩(wěn)定性控制性問題給出如下解決辦法。

對于液壓滑移的穩(wěn)定性，采用雙主回路和雙比例系統(tǒng)，可以實現(xiàn)滑移的連續(xù)性和穩(wěn)定性;針對液壓頂推力額控制，基于BIM模型預先分析出鋼箱梁在滑移過程中的頂推反力值，把荷載信息輸入主控計算機，主控計算機根據(jù)輸入額荷載信息和姿態(tài)信息決定整個滑移系統(tǒng)的頂推力和調(diào)節(jié)量[5];對于滑移過程中的同步控制，通過控制同步滑移系統(tǒng)，把某一滑移點設(shè)定為主令點，其余點為跟隨點，設(shè)定主令點的恒定電流，引起主令點液壓泵站比例閥開度恒定，導致主令點的伸缸速度恒定，主令點按一定的速度滑移，其余跟隨點通過主控計算機根據(jù)主令點的滑移速度來控制滑移速度，實現(xiàn)了在整個滑動同步時程中各點位移的滑動同步。

4應用效果評價

范蠡大橋采用BIM和三維掃描的鋼箱梁分段頂推滑移技術(shù)施工后，與傳統(tǒng)鋼箱梁頂推滑移技術(shù)相比，水中定位分塊數(shù)量減少，施工速度加快，施工周期縮短2個月;大部分工作在水中拼裝平臺上拼裝完成，精度和質(zhì)量相對較高，安裝難度降低;臨時支撐數(shù)量減少，節(jié)約輔材約 1200 t;縮短大型浮吊的使用周期，節(jié)約機械租賃費約 300 萬元;施工過程中，大型浮吊固定于水中拼裝平臺兩側(cè)，與過往船只互不干涉，減少交叉作業(yè)安全施工風險[6-7]。

5結(jié)語

該文提出了一種基于BIM和三維掃描技術(shù)的鋼箱梁分段頂推滑移精確拼裝技術(shù)，并在范蠡大橋的施工中進行了運用和驗證，為BIM和三維掃描技術(shù)在鋼箱梁分段頂推滑移的研究中提供了有效的支持。該方法的應用可以加快橋梁鋼箱梁結(jié)構(gòu)工程施工進度、降低施工成本、提高安裝精度、節(jié)約施工場地，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] 羅水勇.鋼箱梁支架法滑移施工技術(shù)的應用與分析[J].廣東公路交通，2019，45（4）：149-151，156.

[2] 覃亞偉，石文潔，肖明釗.基于BIM+三維激光掃描技術(shù)的橋梁鋼構(gòu)件工程質(zhì)量管控[J].土木工程與管理學報，2019，36（4）：119-125.

[3] 唐宸.曲線連續(xù)鋼箱梁橋頂推施工和抗傾覆分析[D].長沙：中南林業(yè)科技大學，2020.

[4] 趙佩銘.三維激光掃描技術(shù)在鋼橋梁構(gòu)件加工與安裝中的應用研究[J].測繪地理信息，2019，44（2）：113-115.

[5] 陳光輝，張傳浩，倪堂超.跨鐵路大橋鋼箱梁頂推施工技術(shù)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（S1）：1160-1162.

[6] 孫興漢.跨既有高架橋鋼箱梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2021，48（19）：48-49.

[7]曹樟海.鋼箱梁橋頂推施工安全分析與控制研究[D].長沙：湖南大學，2018.