鐵路連續(xù)梁橋智能施工關(guān)鍵技術(shù)研究

韋一凡

（蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

連續(xù)梁橋有著施工快、剛度大、伸縮縫少、抗震性強(qiáng)、車輛行駛平順舒適、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在目前的鐵路橋梁中連續(xù)梁橋這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，而當(dāng)前在我國正在建設(shè)的連續(xù)梁橋有上千座。在施工中，因有著較為繁雜的過程，使得每個(gè)階段的誤差都在不斷進(jìn)行累加，往往使得主梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、成橋線形和設(shè)計(jì)狀態(tài)不相符，進(jìn)而就會(huì)對(duì)橋梁的質(zhì)量以及使用壽命造成影響。所以，需要對(duì)施工的全過程采取信息化、智能化的方式進(jìn)行指導(dǎo)與監(jiān)控。在各項(xiàng)施工工序中，會(huì)有很多過程數(shù)據(jù)產(chǎn)生，包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)、影像和圖片資料等。為了提高施工控制工作的質(zhì)量與效率，讓其更加標(biāo)準(zhǔn)化，非常有必要建立連續(xù)梁橋的施工管控系統(tǒng)。鐵路連續(xù)梁橋有著較高的縱斷面標(biāo)準(zhǔn)及嚴(yán)格的線路平順性要求，使得建立鐵路連續(xù)梁橋更加全面、整體及智能化的管理方案有著重要的意義。

1 智能化施工框架

在連續(xù)梁橋的施工中，涉及比較多的施工工藝，比如懸臂澆筑法、移動(dòng)模架法、節(jié)段拼裝法、滿堂支架法及頂推法等。在鐵路連續(xù)橋梁中應(yīng)用最為廣泛的是懸臂澆筑法，該方法結(jié)構(gòu)整體性比較好、經(jīng)濟(jì)、施工速度快，并且對(duì)橋下和通航交通不會(huì)造成影響。這種方法采用對(duì)稱移動(dòng)掛籃分節(jié)段懸臂澆筑直至合攏，主要工序有0 號(hào)段施工、掛籃預(yù)壓、分節(jié)段澆筑、合攏段施工、支座安裝等。從基礎(chǔ)開始施工至體系轉(zhuǎn)換完成，涉及很多施工環(huán)節(jié)及工藝要求，比如支架及模板結(jié)構(gòu)檢算、合攏段施工臨床鎖定等，需要在施工過程中采用新技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)化，以此保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性行進(jìn)。在實(shí)際工程中，根據(jù)工程工序安排及施工工藝的要求，有針對(duì)性地采取智能控制方法，如下圖1所示。

圖1 連續(xù)梁橋施工環(huán)節(jié)與管控

2 智能化施工內(nèi)容

為了對(duì)連續(xù)梁橋的施工質(zhì)量進(jìn)行更好的控制及提高，需要采取智能化方式進(jìn)行管控，管理分為綜合管控和關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控。綜合管理包括原材料的管理、施工進(jìn)度管理、施工日志、影響留存的過程管理等，根據(jù)鐵路管理平臺(tái)來對(duì)質(zhì)量驗(yàn)收管理，進(jìn)度管理以及原材料管理進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。如下圖2 所示。關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控根據(jù)施工工序的規(guī)范來提出智能手段。如下圖3 所示。

圖2 綜合管控手段

圖3 關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控手段

2.1 綜合管控

綜合管控措施有施工日志、進(jìn)度管理、檢驗(yàn)批、影像、拌和站系統(tǒng)監(jiān)控等。連續(xù)梁橋的進(jìn)度管控思路與常見構(gòu)建物的思路是相似的，其主要對(duì)實(shí)際的進(jìn)度和計(jì)劃的制度進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)施工進(jìn)度指標(biāo)來編制計(jì)劃進(jìn)度，根據(jù)以往企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)來對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行編制，獲取每天的日志表示實(shí)際的施工進(jìn)度，把進(jìn)度圖和BIM 模型通過系統(tǒng)進(jìn)行展示。

在施工期間，施工日志技術(shù)人員要每天進(jìn)行填報(bào)，根據(jù)施工日志能夠?qū)M(jìn)度信息進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，另外能夠?qū)ο嚓P(guān)技術(shù)措施的落實(shí)提供保證。在日志中，需要填報(bào)鋼筋綁扎、模板與支架預(yù)壓、支架安裝質(zhì)量、模板安裝質(zhì)量等情況，另外要把相關(guān)的影像資料留存好，做好原材料的試驗(yàn)記錄，上傳到鐵路施工管理平臺(tái)中。

2.2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控

2.2.1 樁基檢測(cè)

相比于整個(gè)橋梁的質(zhì)量來看，樁基的施工質(zhì)量對(duì)其有直接性的影響。在樁基施工中，樁基檢測(cè)是保證其質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前橋梁樁基質(zhì)量檢測(cè)方法有超聲波法、靜載試驗(yàn)法、高應(yīng)變及低應(yīng)變檢測(cè)法等。其中樁基的完整性需要提前在鋼筋籠上布設(shè)檢測(cè)管，通過超聲波進(jìn)行檢測(cè)；樁基的質(zhì)量通過千斤頂施加荷載進(jìn)行檢測(cè)；豎向抗壓承載力是否符合要求是根據(jù)高應(yīng)變來進(jìn)行判定，樁基的位置，缺陷以及完整性根據(jù)低應(yīng)變進(jìn)行判定。而這些方法是需要基于樁基檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。

樁基檢測(cè)系統(tǒng)包含現(xiàn)場(chǎng)和平臺(tái)兩個(gè)檢測(cè)端，而管理不同的檢測(cè)方法與結(jié)果是由平臺(tái)端進(jìn)行，把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新的結(jié)果共享給各個(gè)參建方，以此方便核查與管理，這對(duì)于加強(qiáng)鐵路工程的質(zhì)量檢測(cè)管理是非常有利的。而現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)端是要把數(shù)據(jù)傳輸模塊在樁基檢測(cè)儀上進(jìn)行安裝，把檢測(cè)程序在客戶機(jī)上進(jìn)行部署，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸及共享。

2.2.2 溫度監(jiān)測(cè)

水化熱引起的溫度應(yīng)力在大型橋梁的橋墩、基礎(chǔ)等大體積混凝土的施工中必須考慮。裂縫因溫度應(yīng)力導(dǎo)致其特點(diǎn)是上下貫通，這對(duì)結(jié)構(gòu)的防水性，耐久性以及承載力造成很大影響。在實(shí)際施工中，需要對(duì)大體積混凝土的應(yīng)力分布以及溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，利用溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)與控制大體積混凝土的水化熱，對(duì)混凝土內(nèi)外部的溫差及應(yīng)力保持在允許范圍之內(nèi)，這對(duì)于結(jié)構(gòu)性裂縫的預(yù)防、工程耐久性與可靠性的提升都是非常重要的。

2.2.3 施工模擬與方案優(yōu)化

0 號(hào)塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，要求施工質(zhì)量比較高，布置的鋼筋與管道較為密集，特別是支座附近非常不利于施工。通過對(duì)0 號(hào)塊模型進(jìn)行建立，包含支座、豎向預(yù)應(yīng)力、預(yù)埋件、縱向預(yù)應(yīng)力、普通鋼筋以及混凝土等，并進(jìn)行施工模擬，分析與審查普通鋼筋、梁體預(yù)埋件及預(yù)應(yīng)力管道的位置并進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，施工過程管理通過BIM 系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.2.4 模板監(jiān)測(cè)

高支模安全事故發(fā)生的主要原因是鋼構(gòu)件的失效，導(dǎo)致整體傾覆或局部坍塌，發(fā)生安全事故。在施工當(dāng)中，主要監(jiān)測(cè)墩柱和梁的高支模。對(duì)梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要是因?yàn)閼?yīng)用移動(dòng)模架法在澆筑過程中因?yàn)闈仓痪猓瑢?dǎo)致受力不均勻發(fā)生，從而使得模板傾覆出現(xiàn)。墩柱施工一般采用現(xiàn)澆澆筑，特別是在對(duì)高墩進(jìn)行施工時(shí)，底層模板受力會(huì)隨著澆筑進(jìn)行而出現(xiàn)增大的情況，這使得底層模板很容易發(fā)生爆模的情況。高支模的變形一般采用傳統(tǒng)的光學(xué)儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在各個(gè)部位進(jìn)行布點(diǎn)，觀測(cè)間隔時(shí)間為30 分鐘，這只能觀測(cè)到外圍的變形情況，而且間隔時(shí)間長，如果有變形超限出現(xiàn)，來不及撤離。

高大模板支撐系統(tǒng)的立桿軸力、支架變形以及模板沉降，通過無限高支模數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和采集設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)無線通信與傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，上傳至鐵路工程管理平臺(tái)上，以此實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)情況的報(bào)警目的，假如發(fā)生異常情況，聲光報(bào)警器會(huì)立馬進(jìn)行預(yù)警，從而能夠提醒各級(jí)管理者，該系統(tǒng)在基坑開挖、建筑物結(jié)構(gòu)變形以及高大模板支撐系統(tǒng)澆筑施工等安全檢測(cè)領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用。

3 應(yīng)用情況及效果

在京雄城際鐵路、京張高速等項(xiàng)目試點(diǎn)中應(yīng)用連續(xù)梁橋智能化施工方案及綜合管控系統(tǒng)，對(duì)該方案的先進(jìn)性、可靠性以及有效性得到了充分驗(yàn)證，對(duì)連續(xù)梁的施工質(zhì)量及智能化應(yīng)用水平等得到了提升，降低返工率，有效縮短了施工工期，極大地提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

根據(jù)連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主要施工控制環(huán)節(jié)，提出了智能化的施工方案，提出了關(guān)鍵環(huán)節(jié)的管控及施工綜合管控的智能化框架體系。通過在京雄鐵路、京張高鐵等項(xiàng)目中的應(yīng)用，較大幅度地提高了施工質(zhì)量及生產(chǎn)效率，得到了較好的預(yù)期效果。

（1）連續(xù)梁橋綜合管控措施有施工日志、進(jìn)度管理、檢驗(yàn)批、留存影像、拌和站生產(chǎn)管理系統(tǒng)監(jiān)控等。對(duì)于工期管控通過工效指標(biāo)進(jìn)度來進(jìn)行科學(xué)方便的計(jì)劃，采用填報(bào)日志的方式對(duì)進(jìn)度進(jìn)行跟蹤，從而對(duì)施工過程實(shí)現(xiàn)了有效的管控。

（2）施工過程通過規(guī)范化的檢驗(yàn)批、隱蔽工程影像保留等措施，來對(duì)工程的質(zhì)量進(jìn)行保證。通過系統(tǒng)把數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，確保數(shù)據(jù)真實(shí)有效，并且還能實(shí)現(xiàn)多部門協(xié)調(diào)工作，使得檢測(cè)管理工作更加高效和規(guī)范。

（3）為預(yù)防結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，使用大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，對(duì)施工過程中的溫度指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，指導(dǎo)施工方案，使溫度和應(yīng)力均在允許范圍內(nèi)，有效保證了大體積混凝土的施工質(zhì)量。

（4）通過建立0 號(hào)塊的BIM 模型，對(duì)鋼筋、預(yù)應(yīng)力等進(jìn)行碰撞檢查，優(yōu)化了構(gòu)造設(shè)計(jì)，從而保質(zhì)保量提升效率。

綜上，通過對(duì)連續(xù)梁建立智能化的管控體系，對(duì)主要施工工藝和工序的環(huán)節(jié)進(jìn)行指標(biāo)化的監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)于保證施工質(zhì)量、提升施工效率有著重要的作用。