祁向宇

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京　100038）

澳門輕軌高架連續(xù)剛構(gòu)橋節(jié)段預(yù)制拼裝施工及控制

祁向宇

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京100038）

澳門輕軌1號線高架橋穿越凼仔島中心區(qū)域，路線十分復(fù)雜，跨徑類型繁多，上部結(jié)構(gòu)采用短線匹配法預(yù)制和提梁機(jī)懸臂拼裝新型施工工藝。文章闡述了施工及控制的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)踐表明，節(jié)段預(yù)制拉裝技術(shù)在城市高架曲線橋梁中適應(yīng)性良好，對既有交通干擾少，施工效率高。

輕軌高架；連續(xù)剛構(gòu)；節(jié)段預(yù)制拼裝；提梁吊機(jī)；施工控制

1　概述

穿越凼仔島市中心的澳門輕軌1號線高架為多跨節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋，一聯(lián)通常由4～6跨組成，跨徑20.0～45.0m不等，主梁斷面為單箱單室（圖1）。上部結(jié)構(gòu)分為預(yù)制節(jié)段、濕接縫以及墩頂現(xiàn)澆段，其中預(yù)制節(jié)段共計(jì)652榀，節(jié)段長度一般為2.5 m，吊重不超過40 t。

預(yù)制節(jié)段在珠海梁場采用短線匹配法制造，后海運(yùn)至拼裝現(xiàn)場，通過濕接縫與已現(xiàn)場澆筑完成的墩頂段形成整體，預(yù)制節(jié)段則由提梁機(jī)對稱懸臂拼裝，節(jié)段間由環(huán)氧樹脂連接。與國內(nèi)外類似工程相比[1-7]，本項(xiàng)目高架橋節(jié)段預(yù)制拼裝存在以下難點(diǎn)。

1）路線復(fù)雜，曲線半徑小：線路所經(jīng)區(qū)域建筑物密集，道路彎曲狹窄，受地形限制，最小曲線半徑R=47m，遠(yuǎn)小于國內(nèi)規(guī)范規(guī)定。過小的曲線半徑疊加橋梁縱坡給節(jié)段梁匹配預(yù)制帶來難度，需不斷調(diào)整模板以適應(yīng)每榀梁段尺寸差異。

2）跨徑小且采用提梁機(jī)拼裝工藝：由于本項(xiàng)目曲線較多，國內(nèi)常用的架橋機(jī)整跨拼裝適應(yīng)性差，需采用提梁機(jī)進(jìn)行懸臂拼裝。為適應(yīng)該拼裝工藝需進(jìn)行必要調(diào)整，如懸拼過程中為避免底板開裂采用分批張拉懸臂鋼束而不是一次張拉到位；為解決合龍口永久預(yù)應(yīng)力張拉空間不夠的問題，在T構(gòu)最后一對懸拼梁采用臨時(shí)預(yù)應(yīng)力與已成梁段連接而不布置體內(nèi)懸臂束等；為使墩頂現(xiàn)澆段與1號懸臂節(jié)段匹配良好，兩節(jié)段間設(shè)置濕接縫，1號節(jié)段需在支架上方精確定位。拼裝過程中，需嚴(yán)格遵循工序并控制初次鋼束張拉，提高首節(jié)段1號定位精度，實(shí)時(shí)監(jiān)測拼裝線形以確保在無需壓重等調(diào)整措施下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)合龍。

圖1　節(jié)段總體布置及截面尺寸（單位：cm）Fig.1　Layoutof segmentand itssectionaldimension（cm）

2　小曲率半徑高架橋短線匹配法預(yù)制

采用短線法進(jìn)行節(jié)段預(yù)制，首先需要將橋梁劃分為若干合理的節(jié)段，每跨起始預(yù)制節(jié)段采用一端固定端模、一端活動端模進(jìn)行澆筑；其他梁段以已經(jīng)預(yù)制完成的節(jié)段作為其相鄰節(jié)段的匹配節(jié)段，完成混凝土的澆筑，如此循環(huán)完成所有預(yù)制單元的施工。澳門輕軌小曲率半徑段高架橋節(jié)段梁為空間扭曲箱梁，如何在預(yù)制臺座上重現(xiàn)相鄰梁段間相對的空間幾何姿態(tài)，是梁段預(yù)制過程中亟待解決的關(guān)鍵問題。

2.1小曲率半徑節(jié)段匹配預(yù)制

曲線節(jié)段預(yù)制時(shí)，根據(jù)擬合的各線段間夾角，將節(jié)段從澆筑位置移動到匹配位置上，在相應(yīng)水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動角度α，以形成需要的折角（圖2（a））。新澆節(jié)段的端模位置不動并使其與節(jié)段軸線垂直，而新澆節(jié)段的匹配端面采用斜面，以便于鋼筋骨架制作、剪力鍵設(shè)置和節(jié)段外形調(diào)整。對于本項(xiàng)目，每跨T構(gòu)的首榀節(jié)段梁（1號塊）均預(yù)制為直角梯形，其后所有匹配節(jié)段也可近似為直角梯形，梁面上6個測點(diǎn)如圖2所示。在首節(jié)段預(yù)制時(shí)，梁面測點(diǎn)處于同一水平面，當(dāng)該T構(gòu)后續(xù)梁段處于橋梁縱坡時(shí)，由于圓弧外側(cè)梁長較內(nèi)側(cè)大，安裝時(shí)2號塊6點(diǎn)高程必將比5點(diǎn)高程大，因而在匹配預(yù)制該節(jié)段時(shí)需將匹配梁（即1號節(jié)段）進(jìn)行扭曲，同樣后續(xù)梁段預(yù)制時(shí)也需將匹配梁進(jìn)行扭曲調(diào)整。

圖2　小半徑曲線梁段匹配預(yù)制示意圖Fig.2　M atching p recast of sm all radius cu rve beam section

2.2預(yù)制線型控制

在預(yù)制過程中，依據(jù)幾何控制理念制定小曲率半徑段梁段預(yù)制控制方案及相應(yīng)的誤差調(diào)整方法。在梁段預(yù)制開始前，先按照設(shè)計(jì)圖紙及施工方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，確定制作預(yù)拱度和梁段尺寸；根據(jù)箱梁中心線，建立幾何數(shù)據(jù)庫。在預(yù)制過程中，通過已澆筑梁段控制點(diǎn)的實(shí)測坐標(biāo)，經(jīng)過專用軟件系統(tǒng)計(jì)算出節(jié)段梁控制點(diǎn)在匹配位置處的空間坐標(biāo)。

項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，為滿足合同工期要求，預(yù)制梁廠共配制10套模板，節(jié)段梁的生產(chǎn)速度達(dá)到3～4榀/d。

3　提梁機(jī)懸臂拼裝

3.1總體拼裝工藝流程

提梁機(jī)懸臂拼裝即以1個橋墩為中心，對稱拼裝節(jié)段，該工藝通常用于大跨徑橋梁或曲線橋梁。對于澳門輕軌高架橋，邊墩T構(gòu)節(jié)段梁及中墩墩旁1號塊均由汽車吊吊至支架上方進(jìn)行安裝，中墩T構(gòu)其余節(jié)段則由專用提梁機(jī)進(jìn)行拼裝。典型拼裝工藝流程為：

1）邊跨在支架上方拼裝，后安裝中間墩墩旁支架，開始懸臂拼裝。

2）第2跨，由起重機(jī)起吊安裝首階段，并澆筑墩頂節(jié)段旁濕接縫，張拉預(yù)應(yīng)力鋼索。

3）第2跨，安裝提梁機(jī)，開始懸臂拼裝預(yù)制節(jié)段先后張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力、永久預(yù)應(yīng)力。

4）安裝合龍段支撐，澆筑濕接縫，張拉永久預(yù)應(yīng)力，重復(fù)以上步驟，直至全聯(lián)施工完畢。

3.2懸臂吊機(jī)及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段拼裝

1）節(jié)段梁提梁機(jī)

為適應(yīng)小曲率半徑節(jié)段梁懸臂拼裝，專門研制節(jié)段梁提梁機(jī)。提梁機(jī)由主框架、縱橫移機(jī)構(gòu)、滑輪及吊具組件、錨固系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)組成。提梁機(jī)自重24 t，最大起重量為48 t。提梁機(jī)具備梁段調(diào)位功能，可通過起重小車上的橫向水平千斤頂微調(diào)節(jié)段梁的橫向位置，通過吊具上的千斤頂調(diào)整節(jié)段梁的縱橫向傾角。

2）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段拼裝

節(jié)段梁懸拼作業(yè)是在墩頂0號塊現(xiàn)澆后并與左右1號塊進(jìn)行濕接，使墩梁固結(jié)，組成墩頂平臺，在平臺上安裝提梁機(jī)，向左右橋跨內(nèi)逐塊對稱懸臂拼裝。待0號塊與兩1號塊濕接、張拉完成后，在墩上拼裝2臺提梁機(jī)，2臺提梁機(jī)機(jī)尾相聯(lián)一體，互為平衡，起吊2號塊時(shí)兩端必須同時(shí)起吊，待2號塊節(jié)段梁拼裝完成后，解開提梁機(jī)機(jī)尾，各自向前縱移到位，自行錨固，完成其他梁段懸拼作業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段拼裝工藝流程為：節(jié)段起吊運(yùn)輸至拼裝位置→節(jié)段試拼→移開節(jié)段塊件，在拼接面涂刷環(huán)氧樹脂→節(jié)段拼接靠攏，正式定位，張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋→相對節(jié)段安裝完成，張拉永久鋼束→懸拼吊架吊點(diǎn)松鉤。

3.3起始節(jié)段及邊跨梁段拼裝

起始節(jié)段及邊跨節(jié)段梁架設(shè)均采用支架進(jìn)行施工，節(jié)段梁節(jié)段采用汽車吊進(jìn)行吊裝。支架基礎(chǔ)采用鋼管樁，鋼管樁頂設(shè)分配梁，分配梁上布置墊塊及千斤頂，以調(diào)整節(jié)段標(biāo)高及平面位置。在拼裝時(shí)，為了消除支架的構(gòu)造變形，支架在施工完畢后先進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載包括支架上全部載荷總重的1.3倍，預(yù)壓時(shí)間不少于3 d。

3.4節(jié)段梁合龍

連續(xù)剛構(gòu)合龍段為20～50 cm的濕接縫，在合龍段澆筑前應(yīng)調(diào)整兩端中線標(biāo)高，完成勁性骨架的焊接，合龍順序?yàn)橹鹂绾淆?。合龍段混凝土施工是連續(xù)結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵工序，為避免因溫度、早期收縮徐變等因素使新澆筑混凝土受拉、設(shè)計(jì)采用剛度較大的工字鋼作為合龍段勁性骨架，混凝土采用微膨脹混凝土。

3.5懸臂拼裝線形控制

預(yù)制節(jié)段的懸拼線型主要依靠節(jié)段預(yù)制質(zhì)量來控制，拼裝期還需嚴(yán)格控制1號塊定位精度，同時(shí)對懸拼階段進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，以滿足施工期安裝精度及成橋線形設(shè)計(jì)要求。

1）首節(jié)段的安裝定位

由于首節(jié)段決定后續(xù)節(jié)段的趨勢，故需借助全站儀精確控制軸線及高程，且對箱梁進(jìn)行偏差測算并反饋給班組直至精確就位。考慮到首節(jié)段在臨時(shí)支架上方進(jìn)行定位，必須對支架進(jìn)行預(yù)壓，消除殘余變形，掌握彈性變形的規(guī)律，以供確定該梁段安裝理論值。首節(jié)段安裝允許誤差如表1。2）懸臂拼裝階段的安裝目標(biāo)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)監(jiān)控將預(yù)制節(jié)段控制點(diǎn)在預(yù)制局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)輸入至控制軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)會自動將該坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到節(jié)段安裝整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，生成節(jié)段安裝指令，指導(dǎo)節(jié)段安裝。拼裝控制測點(diǎn)與其在預(yù)制時(shí)所用的幾何控制測點(diǎn)相同，如圖3所示。

表1 基準(zhǔn)塊安裝允許誤差Table1　Perm issibleerror for installing the referenceblock

圖3　安裝階段線形控制測點(diǎn)Fig.3　Linear controlstation in the installation phase

在安裝過程，將安裝實(shí)測數(shù)據(jù)輸入至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動識別，若誤差超過規(guī)定允許值，系統(tǒng)將提出節(jié)段安裝調(diào)整方案，保證節(jié)段安裝線形滿足設(shè)計(jì)要求。由于最后一對懸拼梁采用臨時(shí)預(yù)應(yīng)力與已成梁段連接，拼裝線形調(diào)整措施僅限于墊片調(diào)整而不能采用壓重等常見措施。

3）懸拼線形控制效果

為了驗(yàn)證線形控制效果，以第四聯(lián)為例，將成橋之后采集的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)理論線形進(jìn)行對比，軸線及高程誤差均控制在±20mm內(nèi)，如圖4。

圖4　懸臂拼裝線形控制高程誤差Fig.4　Linear controlelevation error of cantilevered assembly

4　結(jié)語

針對短線匹配預(yù)制、提梁機(jī)懸臂拼裝工藝在澳門輕軌高架橋的應(yīng)用難題，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造、工藝流程以及研發(fā)專用裝備等，形成了小曲率半徑連續(xù)剛構(gòu)橋節(jié)段預(yù)制拼裝關(guān)鍵技術(shù)，可為今后城市擁擠地段軌道交通高架橋提供可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)在城市高架曲線橋梁中適應(yīng)性良好，且具有對既有交通干擾少，施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見，節(jié)段預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)在城市橋梁建設(shè)中的應(yīng)用將越來越多。

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Construction and control of segmental precast assembly for continuous rigid frame viaduct in M acao LRT

QIXiang-yu
（China Civil Engineering Construction Corporation,Beijing100038,China）

The viaductofMacao LRT line 1 passes through the central region of TAIPA,the route is very complicated and the span type is various.Itsupper structure adoptnew construction techniques of short-linematching prefabrication and cantilever erection by erection crane.We introduced the key technology of construction and control.The practice has proved that the segmental precast assembly technology has good applicability in the urban viaduct curved bridge,less disturbance to the existing traffic,and high construction efficiency.

light rail viaduct；continuous rigid frame；segmental precast assembly；erection crane；control technology

U448.28；U445.4

B

2095-7874（2016）10-0069-04

10.7640/zggw js201610016

2016-04-12

祁向宇（1984— ），男，遼寧朝陽人，工程師，主要從事工程施工及技術(shù)管理工作。E-mail：qixiangyu@ccecc.com.cn