汉中汉江特大桥节段梁拼装技术报告.doc

鉴定技术文件之二 技术报告技 术 报 告1 项目背景1.1 工程概况1.1.1.工程地点汉中汉江特大桥位于陕西省汉中市汉台区与南郑县交接处，横跨汉江，全长4.9Km。位于直线及R=8000m的曲线上。汉江主河槽采用12-64m简支箱梁，跨越94#106#桥墩。1.1.2.计划投资12-64m节段拼装梁施工工期共计14个月，工程总造价为4495万元。1.1.3.设计情况本桥64m箱梁采用在制梁场分段预制，在移动支架造桥机上整体拼装，浇筑预制梁段间湿接缝，整体张拉预应力钢束的施工方法。一孔64m梁全长为66.3m，计算跨度为64m，梁高5.6m，梁端悬臂外伸各40cm。分为15个节段，从两头往中间共有8种节段为预制梁段，分别重1#段156.5t、2#段158.3t，普通段128.3t（不含锯齿块），梁段间现浇湿接缝梁段从梁端至跨中依次重40.6t、27.5t，26.3t，该箱梁每孔重达2626t，创国内双线客运专线简支梁同类跨度全国最重。1.1.4.地震动参数本工点地震动峰值加速度为0.105g（相当于地震基本烈度七度）地震动反应谱特征周期为0.45s，场地类型为场地。1.1.5.交通(含通航)条件普遍为土质道路，宽为2.5米，水泥路为6米，汉江航道等级划分为白河-安康（级），安康-汉中（级）。级航道标准为净宽18m，净高4.5m。1.1.6. 气候、水文汉中地区属亚热带气候，年均气温在14.24.6，最低温度-10，最高温度40。一年中冬春两季较小，夏秋较大，南北承接水汽不等，降水量分布悬殊，多年平均降水量为7001700mm之间。汉江为长江水系，水面宽度为100150m，水深15m，水量随季节性雨水而涨落，汛期和枯水季节水量变化剧烈。水质良好，对圬工无腐蚀性。1.2 工程特点本工程具有极大的技术难度，对管理人员、施工作业人员的技术水平及施工水平均提出了较高的要求，其难度主要体现在：施工工期“紧急”：汉中汉江特大桥主桥为12孔64m节段拼装预应力混凝土双线简支箱梁，每孔箱梁具有15个节段，14个湿接缝，施工工序繁多、施工工艺复杂，要在短短的14个月内完成全部预制、架设施工任务，平均架设周期达到20天/孔，工期压力极大；跨度大：客运专线节段拼装预应力混凝土双线简支箱梁64米跨度属于目前国内同类型桥梁跨度最大，无相关施工参考资料，需要重点攻关；桥梁整体线型控制要求高：西成客专设计时速250Km/h，预留350Km/h提速空间，汉中汉江特大桥主桥位于半径8000m的圆曲线上，因此桥梁线型的控制要求极高，而主桥为64m大跨简支箱梁，其施工过程中的预拱度控制，张拉前后的线型控制均为技术重难点。大跨度大吨位自行造桥机的设计、拼装、过孔等在国内均属首次，技术要求高，安全风险大。1.3 国内外（或行业内外）技术水平现状随着我国客运专线发展，高速铁路节段预制拼装简支箱梁桥正在越来越多的得到推广运用，其已经成为跨河海、跨沟谷的一种非常重要的桥型，但相对于国外已经非常成熟的节段拼装简支箱梁施工技术，我国节段拼装技术，尤其是在预制节段逐跨拼装技术方面还是存在一定差距。在国内铁路箱梁节段预制拼装施工中，最大跨度均为64m单线，48m双线，近期也出现了双线54.9m的节段预制拼装箱梁，但均为普速铁路上予以采用，双线64m节段拼装预应力混凝土简支箱梁在客运专线上采用尚属首次。双线64m节段拼装预应力混凝土双线简支箱梁创国内双线客运专线简支梁跨度最大和拼装重量最重两项之最。因此，随着汉中汉江特大桥大跨径双线高速铁路箱梁节段预制拼装施工技术的研究及成功完成，其总结成果必将为今后众多类似桥梁施工提供有益的借鉴。1.4 需解决的重难点及关键技术（请将重难点与关键技术区分开）重难点施工工序繁多，工艺复杂，且无相类似的施工经验可供参考，需要边研究、边施工、边优化的进行。桥梁整体处于R=8000m的曲线上，其设计通行时速250Km/h的高速动车组，且需要预留进一步提速的空间，因此对于桥梁的线形、平顺性要求极高；而对于跨度64m的简支梁，其相对传统32m简支梁曲线折角变大，如何在箱梁架设过程中保证精准的线形控制则成为桥梁施工的重难点。客运专线64m节段拼装简支箱梁的拼装架设施工使用国内首次设计并投入使用的SX64/2700型移动支架造桥机，此型号造桥机自重1300T，额定起重能力2700T，其全部施工过程为高空作业，施工风险大，需要对造桥机的施工过程进行全过程监控。关键技术客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁梁段预制施工技术；客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁梁段拼装架设施工技术；客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁拼装工艺与线形控制技术；大跨度节段拼装简支箱梁SX64/2700型移动支架造桥机设计；大跨度节段拼装简支箱梁SX64/2700型移动支架造桥机应用施工技术；通过以上施工工艺的研究，形成一整套客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁综合施工技术，并总结节段拼装施工过程中过程控制重点及施工工艺工法，为今后客运专线大跨度节段拼装简支箱梁施工提供系统借鉴。2 研究的主要内容由于64m双线节段拼装预应力混凝土箱梁为首次应用在高速铁路客运专线上，其施工工艺复杂，施工安全风险巨大，为了确保施工安全、质量和工期，因此必须进行科技攻关。公司与集团公司签订科技立项合同书进行试验研究，研究工作从2013年6月至2014年12月，历史一年零六个月，研究的内容主要如下：从梁场建设、配置设施、梁段预制施工工艺、工序衔接等几个方面对箱梁预制梁段施工进行研究，总结大跨简支梁节段预制施工综合技术。经过多年的施工积累，大型预制梁场的建设已经形成固定模式，但对于小型的节段拼装预制梁场，其参考设计方案较少，因此需要对梁场建设进行整体设计，并进行方案优化，以利于梁段的预制、架设准备等施工作业。梁段预制采用梁段钢筋加工厂内弯制成型，钢筋绑扎胎具上进行钢筋绑扎，穿橡胶棒，拼装端头侧模，后整体吊装至制梁台座，进行梁段混凝土浇筑施工，待混凝土强度达到拆模要求后进行拆模，打磨完毕后即可吊运至下一施工台座进行梁段预制施工作业。从造桥机选型、施工工艺、配置设施、工序衔接等几个方面对简支梁节段拼装施工进行研究，总结大跨简支梁节段预制施工综合技术。选用以87式军用抢修梁为基础发展而来的SX64/2700型移动支架造桥机，采用上承悬吊的方式进行梁段拼装。此造桥机具有结构简单，整体结构刚度大，跨越能力强，稳定性高，架设周期短，承重能力大等特点。可架设64m箱梁，或同时架设两孔32m箱梁。梁段拼装施工可分为梁段悬吊、梁段调整、湿接缝施工、预应力张拉等几个施工过程。梁段通过运梁小车运送至造桥机尾部进行喂梁，使用移动支架造桥机上回转天车进行梁段的吊运、下放、回转等作业流程，至设计位置处，使用吊杆进行悬吊，后进行梁段的粗调、精调作业，保证梁段的线形。悬吊完成的梁段进行湿接缝的钢筋绑扎、预应力筋穿束、钢筋绑扎、拼装湿接缝模板、浇筑湿接缝混凝土等。通过对每孔节段拼装直至湿接缝浇筑完成作为第一个施工周期，全过程进行造桥机机械结构，混凝土箱梁结构的信息化监控，使用应变检测仪采集传输相关结构相应数据，在整个施工周期中对各环节进行监测分析，实时调整造桥机与混凝土箱梁之间的关系，总结跨径64m节段拼装简支梁拼装工艺及线型控制施工技术。通过对造桥机拼装、梁段吊装、节段线型调整、湿接缝浇筑阶段、张拉阶段、解除约束成孔落梁阶段等各施工阶段进行信息化监测监控，对监测监控数据、荷载试验数据进行综合分析研究，对整个桥梁的设计参数予以校核和优化。通过对造桥机的过孔过程进行数字化监控，先利用有限元分析软件进行建模，模拟造桥机过孔过程进行全过程，得到造桥机在各种工况下的各结构杆件及部件的应力状态，以及各主要截面的造桥机扰度，并取一定的安全系数，以保证移动支架造桥机的安全使用。3 重点采用的研究及试验方法关于移动支架造桥机：移动支架造桥机设计过程主要以利用有限元分析软件midas/civil进行建模，模拟各个施工过程，分析出各工况下造桥机的各部分应力、应变等情况，以保证梁段架设施工过程中造桥机的安全稳定。现场施工过程中，在移动支架造桥机整体拼装完成后，在造桥机整体预压过程中（即移动支架造桥机整体承受最大荷载的情况下），对造桥机的主要桁架杆件粘贴应变片，并采用全站仪测试各控制截面的扰度情况，并与设计模拟计算的结论相对比，保证造桥机可以满足正常安全施工作业的要求。关于梁段预制架设施工：梁段预制采用预制梁场内工厂化预制施工，厂区整体设计，各结构的坐标、高程均由一对观测塔进行强制控制。梁段预制采用短线法进行施工，对梁段预制模板合理配置，节约梁场占地面积的同时亦可便于梁段的后期架设施工，保证箱梁整体结构线形。梁段架设过程中，使用压力传感器，调整梁段吊杆杆力，使梁段受力均匀。湿接缝施工过程中在湿接缝腹板位置处埋设应力计，用以监控箱梁施工过程中的梁体应力状态。箱梁张拉过程中使用压力传感器，用以控制预应力的施加，保证张拉力能够满足设计要求。4 技术研究成果由于64m双线节段拼装预应力混凝土箱梁为首次应用在高速铁路客运专线上，其施工工艺复杂，施工安全风险巨大，为了确保施工安全、质量和工期，施工过程中采用科技攻关措施，采用新工艺、新材料、新设备以及全新的施工理念，取得以下科技成果：总结了客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁梁段预制施工技术，对梁段预制施工进行质量控制，为后续梁段架设的线形控制提供先决条件；总结了客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁梁段拼装架设施工技术，为今后同类型、或相似类型的桥梁拼装施工提供系统的参考资料；总结了客运专线64m双线节段拼装预应力混凝土简支箱梁拼装工艺与线形控制技术，为桥梁整体线形控制提供施工工艺工法，保证梁体线形；进行了大跨度节段拼装简支箱梁SX64/2700型移动支架造桥机设计，其设计过程可以为类似型式造桥机的设计提供系统资料；总结了大跨度节段拼装简支箱梁SX64/2700型移动支架造桥机应用施工技术，为今后同类型的桥梁造桥机使用提供详细资料。5 技术创新点（请详细叙述，具体指标、参数、过程）5.1 新设备客运专线64m节段拼装简支箱梁施工过程中，使用SX64/2700型移动支架造桥机，此型号造桥机为为国内首次设计并在施工应用。造桥机结构尺寸宽为12.29m，自重达到1300T，额定起重能力达到2700T，能够架设跨度64m以内，纵坡小于3%，曲线桥梁半径大于2500m的节段拼装简支箱梁，其适应环境能力强，工作效率高；在工作状态下，梁段起落能力可达1m/min，起落最大高度可达20m，并可纵移，旋转梁段；造桥机非工作状态下课自身移位过孔，在桥面铺设临时轨道，通过卷扬机牵引过孔，其最快过孔速度可达1.5m/min。同时在梁段悬吊、预应力张拉施工过程中使用压力传感器，数字化显示，保证吊杆杆力均匀，张拉力达到设计值；湿接缝施工过程中使用应力计，时刻监测梁体内部应力状态，保证节段拼装梁的施工质量。使用以上的先进设备，足够保障对施工过程中的安全、质量控制，体现出先进科技的巨大优越性。5.2 新技术客运专线64m节段拼装预应力混凝土双线简支箱梁为国内首次应用，其架设施工重量可达2600t，满足大跨度、大自重的节段拼装需求。其施工理念先进，梁段采用工厂化预制，且运输方便，减小现场施工作业量，占地面积小，起重设备要求小，在江海、沟谷等地域具有绝对的施工优势。大跨度节段拼装的出现，将会对我国高速铁路发展起到推动作用。在首次施工过程总进行技术总结和优化，为今后的大跨度节段拼装梁施工提供技术支持。5.3 新材料在梁体湿接缝施工过程中使用弱膨胀性高性能混凝土，保证梁段间的湿接缝混凝土具有足够的连接性，增强梁体的整体结构同时，又保证湿接缝混凝土不会产生过度膨胀。5.4 新理念在进行施工前，利用有限元分析软件对移动支架造桥机进行建模，模拟移动支架造桥的各个施工状态，得出各工况下的移动支架造桥机的应力状态和桁架扰度；施工过程中使用应变仪，对移动支架造桥机各结构部位进行检测，并利用全站仪对主要截面进行扰度检测，收集以上检测数据，与理想状态下的数学模型模拟结果进行对比，互相验证计算、检测结果，保证移动支架造桥的安全使用。6 应用效益6.1 经济效益（具体节省工期、成本等请详细说明）客运专线64m节段拼装预应力混凝土简支箱梁施工技术的总结，可以促进大跨度简支箱梁在客运专线的发展应用。与常规32m简支箱梁使用方式对比，64m节段拼装预应力简支梁可减少超过一半的线下墩台基础结构物，减小施工难度；与等跨径的连续梁施工对比，其施工过程完全为高空作业，不受地面结构物、水域等影响，减小土地使用费用，且施工周期短、速度快，其理想施工周期可达到20天/孔，梁段全部在预制厂内预制施工，工厂化施工程度高，具有更强的适应能力。此施工方法可以降低整体的工程造价及施工难度，并可缩短施工周期，适合施工难度大、施工工期受限的控制性节点工程。 6.2 社会效益（具体情况，有无相关新闻报道、报纸刊物发表等，请写实际的社会影响）汉中汉江特大桥64m节段拼装预应力简支箱梁施工过程中，多次受到西成客专陕西有限责任公司、铁路质检站表扬，并给予绿牌一张以供奖励。汉中市政府、汉中市电视台等单位多次到我单位施工地点考察，并进行新闻报道。同时中铁建股份有限公司、中国日报、新华网、网易新闻等单位及媒体均进行过采访报道，为客运专线64m节段拼装预应力混凝土简支箱梁的施工发展提供了良好的舆论氛围。随着我国铁路客运专线建设事业的蓬勃发展，桥梁施工技术的发展也突飞猛进，本课题将依托汉中汉江特大桥大跨径双线混凝土节段预制拼装简支箱梁的施工技术进行研究，通过试验