跨越高鐵線路橋梁構(gòu)件轉(zhuǎn)體信息化綜合施工技術(shù)

王文明/WANG Wen-ming

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

隨著鐵路網(wǎng)建設(shè)的不斷加密，鄰近既有運(yùn)營(yíng)線路施工越來(lái)越多。當(dāng)今新建鐵路橋梁在跨越既有線路時(shí)，多采用轉(zhuǎn)體橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁下部結(jié)構(gòu)、梁部施工以及轉(zhuǎn)體過(guò)程，都為既有運(yùn)營(yíng)線路帶來(lái)一定的安全隱患，對(duì)既有線路的安全防護(hù)是轉(zhuǎn)體橋梁施工過(guò)程的重中之重。京滬高速鐵路是世界上最為繁忙的運(yùn)營(yíng)線路之一，平均3min 就有一趟列車(chē)高速通過(guò)，在此情況下鄰近營(yíng)業(yè)線施工風(fēng)險(xiǎn)非常大、安全隱患繁多。施工過(guò)程中除了需要對(duì)梁體澆筑和橋梁轉(zhuǎn)體進(jìn)行研究攻關(guān)外，新建橋梁工程和既有京滬高鐵運(yùn)營(yíng)的安全防護(hù)更是屬于重中之重，稍有不慎則有可能造成嚴(yán)重施工事故。

1 工程概況

魯南高鐵菏澤至曲阜段QHTJ-1 標(biāo)蓼河特大橋100#-102#墩采用（56+56）mT 構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁上跨京滬高速鐵路，交叉處京滬高鐵上行線里程為K542+816，夾角為86°。該橋梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為113.4m，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度113.4m，橋梁橫斷面寬度12.6m，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度為92°，轉(zhuǎn)體重量約5 968t?，F(xiàn)澆梁體邊緣距京滬高鐵上行線路中心17.38m，距安全限界最小距離為10.89m，轉(zhuǎn)體就位后梁底距接觸網(wǎng)承力索2.1m，施工風(fēng)險(xiǎn)極高。

2 跨越高鐵轉(zhuǎn)體橋結(jié)構(gòu)形式

1）基礎(chǔ)形式 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，100#墩樁基數(shù)量9 根，樁徑1.25m，樁長(zhǎng)10～12.5m，101#墩樁基數(shù)量12 根，樁徑1.5m，樁長(zhǎng)9～17m。樁基型式均為柱樁。

2）承臺(tái)形式 100#墩為單層承臺(tái)，承臺(tái)尺寸為8.0m（順橋向）×10.4m（橫橋向）×2.5m（高），承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度靠近鐵路側(cè)為1.6m，遠(yuǎn)離鐵路側(cè)為1.1m；101#墩為T(mén) 構(gòu)梁主墩承臺(tái)，承臺(tái)分上下承臺(tái)，內(nèi)裝球鉸，底層承臺(tái)尺寸為10.8m（順橋向）×12.8m（橫橋向）×3.5m（高），頂層承臺(tái)尺寸為8.2m（順橋向）×10.2m（橫橋向）×2.55m（高），承臺(tái)開(kāi)挖深度靠近鐵路側(cè)為1.5m，遠(yuǎn)離鐵路側(cè)為3.4m。

3）墩身形式 100#輔墩墩身采用圓端形實(shí)體橋墩，墩高為14.35m，101#主墩采用矩形剛壁橋墩，墩高為5.0m。

4）梁體形式（56+56）mT 構(gòu)梁采用單箱單室變截面結(jié)構(gòu)，中支點(diǎn)梁高6.3m，邊支點(diǎn)梁高3.5m，邊支座中心至梁端為0.7m。橋面寬12.6m，線路中心線距離防護(hù)墻內(nèi)側(cè)2m，軌道高度為0.754m。梁體采用順京滬高鐵線路方向懸臂施工。

3 新建轉(zhuǎn)體橋與既有線路位置關(guān)系

1）該橋在DK256+348.26 位置跨越既有京滬高鐵下行線K542+816，上部結(jié)構(gòu)為1-（56+56）mT 構(gòu)梁，與京滬高鐵路基86°斜交。轉(zhuǎn)體前現(xiàn)澆梁體邊緣距京滬高鐵上行線路中心17.38m，距安全限界最小距離為10.89m。

2）T 構(gòu)梁主墩為101#墩，邊墩為100#墩。101#墩中心距離既有京滬高鐵上行線路中心23.5m，承臺(tái)邊線距防護(hù)柵欄最小距離為5.49m；100#墩中心距離既有京滬高鐵下行線路中心27.1m，承臺(tái)邊線距防護(hù)柵欄最小距離為5.55m。

4 跨越高鐵橋梁?jiǎn)蜹構(gòu)轉(zhuǎn)體施工技術(shù)特點(diǎn)

針對(duì)京滬高速鐵路運(yùn)營(yíng)異常繁忙的實(shí)際情況，結(jié)合單T 構(gòu)轉(zhuǎn)體橋梁結(jié)構(gòu)的施工難題和存在安全風(fēng)險(xiǎn)，本工法從營(yíng)業(yè)線安全管控和轉(zhuǎn)體橋施工技術(shù)指導(dǎo)兩方面入手，全面引入信息化技術(shù)或系統(tǒng)，確保了整體施工安全和質(zhì)量。

施工過(guò)程中高度重視既有線作業(yè)安全，將以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的多項(xiàng)信息化監(jiān)測(cè)手段引入至鄰近既有線路施工中，分析研判施工風(fēng)險(xiǎn)，確保施工安全質(zhì)量，關(guān)鍵技術(shù)如下。

1）施工前期利用BIM+無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)整合模擬橋梁施工及轉(zhuǎn)體全過(guò)程，實(shí)時(shí)反饋與既有京滬高鐵的模型安全距離，對(duì)新建橋梁與既有線路的位置關(guān)系進(jìn)行三維模擬，并與CAD 圖紙進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，在施工之前排查施工問(wèn)題，輔助現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全防護(hù)措施方案制定，為現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、安全管理等過(guò)程提供數(shù)據(jù)支持（圖1）。

圖1 BIM+GIS地形模擬

2）在京滬高鐵線路兩側(cè)安裝自動(dòng)化沉降觀測(cè)裝置，每10min 自動(dòng)進(jìn)行線路沉降監(jiān)測(cè)并實(shí)時(shí)上傳觀測(cè)數(shù)據(jù)至相關(guān)站段，與站段形成聯(lián)動(dòng)，高鐵線路沉降限值4mm，設(shè)定50%（2mm）、75%（3mm）、90%（3.6mm）三級(jí)超限報(bào)警閾值，達(dá)到超限報(bào)警值通過(guò)原因分析、暫停施工、停工等措施，整治恢復(fù)線路并制定預(yù)防措施，確保施工過(guò)程中京滬高鐵線路穩(wěn)定及運(yùn)營(yíng)安全。

3）既有線施工管理人員、作業(yè)人員及設(shè)備均安裝超寬帶高精度（UWB）定位系統(tǒng)，可在室內(nèi)通過(guò)信息化系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看人員及設(shè)備行動(dòng)軌跡，便于人員管理，同時(shí)作業(yè)人員遇到危險(xiǎn)可一鍵緊急報(bào)警；主墩基坑范圍施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立安全限界電子圍欄區(qū)域，戴有定位系統(tǒng)的人員或設(shè)備越過(guò)限界后立刻發(fā)出警報(bào)提醒，保障施工安全。

4）施工現(xiàn)場(chǎng)在不同施工階段均部署周界防護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，既有線柵欄兩側(cè)（下部結(jié)構(gòu)施工時(shí)）、梁面靠近線路一側(cè)（梁體施工時(shí)）設(shè)置紅外脈沖報(bào)警裝置，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)有人員、機(jī)械設(shè)備等侵限造成紅外線脈沖中斷立即報(bào)警警示，確保施工不影響高鐵運(yùn)營(yíng)安全及高鐵設(shè)備安全。系統(tǒng)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，避免安全隱患發(fā)生。

5）作業(yè)場(chǎng)所內(nèi)安裝視頻球機(jī)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行360°無(wú)死角實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將視頻接入相關(guān)站段和指揮部，視頻監(jiān)控客戶端制作成二維碼，各級(jí)檢查人員可掃描下載，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工，遇到突發(fā)事件可在第一時(shí)間了解具體情況，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，避免事故的發(fā)生和發(fā)展。

6）研發(fā)應(yīng)用列車(chē)接近報(bào)警和風(fēng)速報(bào)警兩項(xiàng)技術(shù)，針對(duì)京滬高鐵列車(chē)密集的實(shí)際，研發(fā)列車(chē)接近報(bào)警技術(shù)，列車(chē)從鄰近車(chē)站發(fā)車(chē)，觸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的防護(hù)人員吹號(hào)角警示，有效緩解防護(hù)人員疲勞；針對(duì)鄰近京滬高鐵工點(diǎn)處于風(fēng)口，設(shè)置風(fēng)速測(cè)定儀，連接報(bào)警裝置，設(shè)定風(fēng)速限制閾值，達(dá)到閾值即報(bào)警警示，現(xiàn)場(chǎng)立即停止吊裝等風(fēng)險(xiǎn)較高的作業(yè)，有效確保施工安全。

7）積極采用二維碼技術(shù)，防洪應(yīng)急預(yù)案、營(yíng)業(yè)線施工安全手冊(cè)、進(jìn)場(chǎng)人員及設(shè)備報(bào)驗(yàn)、風(fēng)險(xiǎn)管控、技術(shù)交底、操作規(guī)程等施工資料制作成二維碼在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行公示，各級(jí)管理人員及作業(yè)人員可隨時(shí)掃描二維碼進(jìn)行查看并檢查落實(shí)情況，強(qiáng)化了現(xiàn)場(chǎng)管理。

5 關(guān)鍵施工工藝

5.1 BIM模型建立

根據(jù)設(shè)計(jì)資料要求、初步制定的施工專(zhuān)項(xiàng)方案，建立蓼河特大橋100#-102#墩跨越京滬高速鐵路轉(zhuǎn)體橋梁的BIM 模型，進(jìn)行圖紙審核、碰撞檢查、材料用量核對(duì)、三維可視化交底等工作，并做好施工全過(guò)程動(dòng)畫(huà)模擬，為作業(yè)人員提供參考指導(dǎo)。同時(shí)配以GIS 技術(shù)對(duì)新建橋梁與既有運(yùn)營(yíng)線路在施工全過(guò)程中的位置關(guān)系進(jìn)行提前模擬，提前排查施工問(wèn)題，為現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、安全管理等過(guò)程提供數(shù)據(jù)支持。

5.2 信息化系統(tǒng)布設(shè)

1）施工前期，在現(xiàn)場(chǎng)安裝全方位視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控屏幕、既有線路自動(dòng)沉降觀測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備。

2）樁基、承臺(tái)等基礎(chǔ)作業(yè)時(shí)，劃分安全作業(yè)范圍，在橋墩基坑處設(shè)置安全電子圍欄，在營(yíng)業(yè)線柵欄處安裝紅外脈沖報(bào)警裝置，作業(yè)人員配備UWB 定位系統(tǒng)。

3）梁部澆筑及轉(zhuǎn)體施工時(shí)，設(shè)置列車(chē)報(bào)警、風(fēng)速報(bào)警監(jiān)控傳感器，梁部同樣設(shè)置紅外脈沖報(bào)警裝置。

5.3 樁基施工

1）鄰近營(yíng)業(yè)線路且地層中存在溶洞，樁基施工采用沖擊鉆成孔。

2）101#墩樁基中心與京滬高鐵安全限界最小距離為12.76m，施工前應(yīng)設(shè)計(jì)好鉆機(jī)站位，防止鉆機(jī)傾覆侵限。施工過(guò)程中鉆機(jī)擺放要設(shè)置在遠(yuǎn)離京滬高鐵一側(cè)，防止鉆機(jī)傾覆后倒向京滬高鐵側(cè)，鉆機(jī)長(zhǎng)邊要垂直京滬高鐵，101#墩靠近線路一排樁基鉆孔時(shí)鉆機(jī)應(yīng)設(shè)置攬風(fēng)繩。

3）鋼筋籠吊裝采用25t 汽車(chē)起重機(jī)完成入孔吊裝作業(yè)，起重機(jī)作業(yè)半徑12m，作業(yè)臂長(zhǎng)17.6m，吊車(chē)面向京滬高鐵布置，施工前應(yīng)設(shè)計(jì)好起重機(jī)站位，防止傾覆侵限。

4）為減少?zèng)_擊鉆施工對(duì)路基的擾動(dòng)，采用小沖程制孔，制孔時(shí)的泥漿要排放至遠(yuǎn)離高鐵側(cè)的泥漿池。其它工藝同普通樁基相同。

5.4 墩臺(tái)施工

1）承臺(tái)采用人工配合挖掘機(jī)施工，100#承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度靠近鐵路側(cè)為1.6m，遠(yuǎn)離鐵路側(cè)為1.1m，101#承臺(tái)開(kāi)挖深度靠近鐵路側(cè)為1.5m，遠(yuǎn)離鐵路側(cè)為3.4m?；娱_(kāi)挖按照1∶0.75 進(jìn)行放坡，開(kāi)挖從鄰近鐵路側(cè)向遠(yuǎn)離鐵路側(cè)進(jìn)行，開(kāi)挖過(guò)程設(shè)備嚴(yán)禁靠近鐵路側(cè)擺放。開(kāi)挖完成后及時(shí)施工基坑防護(hù)圍擋措施，基坑開(kāi)挖土方遠(yuǎn)離柵欄堆放并及時(shí)清運(yùn)?；娱_(kāi)挖過(guò)程中要重點(diǎn)做好對(duì)既有線路的自動(dòng)沉降觀測(cè)監(jiān)控。

2）101#墩主墩承臺(tái)分上下兩層，承臺(tái)分3次進(jìn)行鋼筋安裝及立模澆筑，首先下承臺(tái)施工完成后安裝球鉸支架及球鉸下盤(pán)、砂箱、滑道等構(gòu)件，再安裝球鉸上盤(pán)及軸銷(xiāo)，然后在上轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)埋設(shè)牽引索，上轉(zhuǎn)盤(pán)施工完畢后施工上層承臺(tái)。

3）100#墩模板采用大塊定型鋼模，由鋼模板廠家加工，101#墩因高度較低（5m），且為矩形剛壁墩（異型），采用木模板。模板安裝前應(yīng)同樣考慮其吊裝位置，避免設(shè)備及模板傾覆侵限。模板安裝后設(shè)置4根纜風(fēng)繩，提高模板穩(wěn)定性能。

5.5 T構(gòu)連續(xù)梁懸臂澆筑施工

1）連續(xù)梁懸臂澆筑平行京滬高速鐵路施工，同常規(guī)工藝。首先搭設(shè)0#塊支架，完成T 構(gòu)0#塊施工；采用掛籃法依次完成1#-12#懸澆段的施工；完成地基處理搭設(shè)支架，先后完成邊跨現(xiàn)澆段和T 構(gòu)兩端合龍段的施工；最后按設(shè)計(jì)要求完成豎墻、遮板、欄桿等橋面附屬構(gòu)件。

2）梁部施工過(guò)程中要在靠近鐵路側(cè)的梁體邊緣設(shè)置好紅外脈沖報(bào)警裝置，避免人員、設(shè)備超出限界；梁體支架預(yù)壓、模板安裝、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序施工過(guò)程中要同樣做好設(shè)備站位設(shè)計(jì)，避免傾覆侵限。

5.6 橋梁轉(zhuǎn)體施工

1）轉(zhuǎn)體前做好現(xiàn)場(chǎng)清理工作，拆除上下轉(zhuǎn)盤(pán)間的固定裝置，將梁體重量全部作用于球鉸。準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)體所用千斤頂、液壓泵站及主控臺(tái)等設(shè)備。

2）進(jìn)行稱(chēng)重平衡試驗(yàn)，測(cè)試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數(shù)等參數(shù)，按照稱(chēng)重結(jié)果實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體的配重要求，配重采用混凝土試件。

3）正式轉(zhuǎn)體前首先進(jìn)行試轉(zhuǎn)，試轉(zhuǎn)角度為8°，以檢驗(yàn)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)運(yùn)行功能，試轉(zhuǎn)完成后橋梁外側(cè)與京滬高鐵上行線AF線最小距離為3.14m，梁體嚴(yán)禁在試轉(zhuǎn)時(shí)入侵鐵路限界。試轉(zhuǎn)完成后在反力支座設(shè)置橫向工字鋼，并采用鋼抄手在撐腳下部進(jìn)行抄墊固定，作為臨時(shí)固定裝置，防止箱梁活動(dòng)。

4）試轉(zhuǎn)結(jié)束后一天進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體施工，施工過(guò)程中要及時(shí)做好線形和高程的精確控制。轉(zhuǎn)動(dòng)到位后對(duì)球鉸結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖定，采用C50 微膨脹混凝土封閉。

5）在T 構(gòu)兩側(cè)安裝橋梁支座，澆筑主梁邊墩支承墊石，墊石達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除臨時(shí)支撐，張拉剩余預(yù)應(yīng)力鋼束，使主梁支承在支座上，完成受力轉(zhuǎn)換。

6 施工控制要點(diǎn)

1）所有信息化監(jiān)控系統(tǒng)要專(zhuān)人負(fù)責(zé)，實(shí)時(shí)查看，確保有效發(fā)揮信息化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全。

2）鋼筋籠在運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后用起重機(jī)吊入孔內(nèi)，吊裝時(shí)鋼筋籠一端由起重機(jī)固定，另一端安裝繩索，人工配合吊裝并輔助鋼筋籠走向，以防止傾覆或擺動(dòng)造成侵限。

3）現(xiàn)場(chǎng)施工剩余的竹膠板、邊角料等要放入特制的盤(pán)扣支架拼裝的廢料框內(nèi)，框體四周捆扎鋼絲防護(hù)網(wǎng)，防止竹膠板及邊角料被風(fēng)吹起卷入線路。

4）針對(duì)施工需要使用波紋管等輕型材料及小型工機(jī)具，采用鋼筋焊接外框內(nèi)襯竹膠板封閉進(jìn)行固定并捆扎牢固，靠近線路側(cè)盤(pán)扣支架使用鋼絲防護(hù)網(wǎng)全面封閉，嚴(yán)防易漂浮物被吹入線路影響行車(chē)。

5）轉(zhuǎn)體兩組微調(diào)反力座和臨近的兩組撐腳做好防超轉(zhuǎn)措施，確保轉(zhuǎn)動(dòng)位置精確。

6）轉(zhuǎn)體控制系統(tǒng)在運(yùn)行前一定要經(jīng)過(guò)空載聯(lián)試，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后方可投入使用。

7 結(jié)語(yǔ)

魯南高速鐵路蓼河特大橋100#-102#墩跨京滬高速鐵路56+56m 單T 構(gòu)轉(zhuǎn)體橋梁施工過(guò)程中，通過(guò)開(kāi)發(fā)應(yīng)用集既有線路自動(dòng)沉降觀測(cè)、超寬帶高精度（UWB）定位系統(tǒng)、安全限界電子圍欄、周界防護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、列車(chē)接近報(bào)警和風(fēng)速報(bào)警技術(shù)、全方位視頻監(jiān)控于一體的基于全方位信息化管控的鄰近繁忙鐵路轉(zhuǎn)體橋安全防護(hù)施工技術(shù)，確保了營(yíng)業(yè)線路施工作業(yè)安全；同時(shí)利用信息化BIM 技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)體連續(xù)梁橋進(jìn)行三維可視化建模、材料工程料統(tǒng)計(jì)、四維虛擬施工模擬等功能進(jìn)行應(yīng)用，有效提高了工程施工質(zhì)量和速度，避免返工，提高了項(xiàng)目精細(xì)化管理水平。O