高速铁路多跨56 m简支箱梁桥的施工方案优化

摘 要 以新建银西(银川—西安)高铁56 m简支梁为背景，介绍了大跨度简支梁的施工方法及主要特征。采用节段预制及支架现浇2种施工方法，分别制定56 m简支箱梁具体的施工方案。基于桥梁施工方案的优选原则，对比分析了2种施工方案的工程数量及工期;通过引入技术风险、质量保障难度、安全风险度等新的概念，定量对比分析了2种施工方案的质量保障难度和施工安全风险度。结果表明：支架现浇施工方案在工程数量及工期方面均明显优于预制拼装施工方案。支架现浇方案的安全风险度为0.75，低于预制拼装施工的1.00。考虑到工期方面优势巨大，同时可避开冬季施工，质量可控，支架现浇被选定为56 m简支箱梁的施工优选方案。

关键词 高铁桥梁；56 m简支梁；桥梁施工；技术风险；风险评估;节段预制;支架现浇

在高速铁路建设实践中，跨度适中的简支梁由于对地基沉降要求相对较低、受力简单、维护方便等优点被铁路桥梁广泛采用。箱梁具有抗扭性能好、纵横向刚度大、整体稳定性好等优点，现在已经普遍采用。在目前的高速铁路桥梁中，简支箱梁大部分采用20,24，32，40，56， m等几种跨度。但是在跨越深

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谷、通航江河、少占耕地时出于施工可行性、经济比选及通航的考虑，小跨度已经不能满足要求，大跨度的简支梁越来越多被运用于铁路桥梁中。目前大量简支梁结构采用沿线梁场预制、运梁车运输和架桥机架设的施工模式，少量简支梁采用移动模架、膺架法桥位灌筑法施工。桥梁施工方法的选择，受设计、机械设备、工程造价、组织管理等多方面影响。不同施工方式必须因地制宜，才能保证成本与效益的最优。因此，本文结合新建银西高铁银川机场黄河特大桥引桥56 m简

支梁桥的施工，采取合理的施工方案优化方式，科学制定最优施工方案，在保障工程质量、安全和环保等要求的基础上，进一步缩短施工工期，避免冬季施工，节约投资成本，可为银吴客专按期开通奠定坚实基础。

1 大跨度简支梁的施工方法及主要特征

随着预应力混凝土的应用、桥梁类型与跨径的增加以及构件生产的预制化等，桥梁上部结构施工方法有了较大的进步和发展，形成了多种多样的施工方法。但是从总体上来讲，桥梁施工方法主要分为支架现浇、节段预制拼装和预制整孔架设等3类。各自的主要施工特征如下：

1)支架现浇法：无需预制场地，而且不需要大型起吊、运输设备；无需做梁间或节间的链接工作，桥跨结构整体性好；施工质量受现场混凝土浇筑、预应力张拉等影响；施工中需搭设支架，支架控制和模板投入较大。适宜于桥梁高度

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较低、桥下无通航、泄洪等需求的平坦地区。

2)节段预制拼装：节段尺寸小、重量轻，运输方便，拼装施工速度快； 在预制场预制节段，混凝土质量容易控制，混凝土后期徐变挠度较低；施工前期投

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入较大，主要包括预制场地建设、运输设备、架梁设备等；节段之间以胶缝联结，胶缝现场处理的质量控制存在风险，如处理不好的话，大气中的水分和酸性成分渗入，导致结构的耐久性差；施工工序复杂，胶缝、预应力张拉、节段之间线形和高程控制等工艺要求高，技术难度大；施工的总体组织、协调的工作难度较大

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3)预制整孔架设：需专门的预制场，工厂化预制有利于确保构件的质量，便

于采用机械化施工；主梁构件在安装时一般已有一定龄期，可减少混凝土收缩徐

变引起的变形；架设需要大型运输和起吊设备，且适用于32 m及以下跨度高铁桥梁，56 m双线架桥机较少。

2 56 m简支梁施工方案研究

2.1 节段预制施工方案

本工程56 m简支箱梁若采用节段预制施工方案，拟短线匹配法预制、节段法拼装施工。需投入2台 2 200 t 造桥机,2台250 t运梁台车，1台用于桥下梁场向提升站运梁，1台用于桥上运梁。总体架设方向由17墩向30墩逐孔推

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进。

根据现场实际情况，在17，18墩之间布置1台固定式250 t跨线大型门

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吊，在线路左侧18墩附近布置56 m简支箱梁节段预制场。为了不影响工期，

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梁场投入短线制梁台座6套，双层存梁台座33个。1台 34 m 跨250 t大型门吊，1台22 m跨20 t简易门吊。

根据架设要求，预制顺序由小里程向大里程逐孔预制。每孔梁预制时，先分别在2个制梁台座上预制1及13节段，然后再将1及13节段分别做为匹配预

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制2及12，最后再将1及13节段吊入存梁台座存放，将2及12分别吊往其

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余台座，做为匹配梁预制下一节段，最后将同片梁的6及8同时吊入同一台座做

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为7梁的匹配梁预制7梁段。

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结合线路桥址地形地貌及水文地质条件，对银川机场黄河特大桥17—30

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墩13孔箱梁的施工方案进行仔细研究，拟定的总体施工步骤如下：

1)在17墩顶设置混凝土临时支墩，17—18孔安装造桥机。

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2)运梁车将待架梁段运至造桥机正下方，通过天车提梁，进行17—18孔胶

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拼施工。

3)造桥机过孔至18—19孔，在17—18孔之间拼装提升站龙门吊机。

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4)运梁车将箱梁节段运至提升站，提升上桥，桥上运输至架桥机尾部喂梁架设，逐孔施工18—30孔。

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根据节段预制拼装施工工艺特点，该工法适用于中等跨径(30～50 m)、桥梁总长度较长的海上、大型河流湖泊、山区桥梁以及城市高架与轻轨等上部结构箱梁施工，并且工期紧的工程采用最为合适。但该施工方案不仅需要考虑施工过程中梁段混凝土、预应力、胶缝、线形、预拱度控制等因素，同时还需考虑施工机械投入和施工安全等因素。56 m箱梁桥采用预制拼装施工方案有必要进行进一步的优化。

图1 浇筑状态模板横断面(单位：mm)

2.2 支架现浇施工方案

采用支架现浇方案时,箱梁模板采用整体式钢模板和带有走行纵梁的液压

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内模(见图1)，每个循环设置4套箱梁底模、1套箱梁外侧模、1套箱梁全液压

收缩式内模、1套钢筋绑扎胎具。施工顺序依次为底模→外侧模→内模→端模板。支架施工完，第1孔至第4孔底模及外侧模铺设完成后，对第1孔支架进行预压，同时在第2孔支架上拼装外侧模，待第1孔支架预压完成，对第1孔箱梁底模按预压数据进行标高调整；然后外侧模滑移至第1孔就位。第2孔支架进行预压，预压完成后调整底模标高，而后在第2孔箱梁底模上拼装内模板；待第1孔箱梁底腹板钢筋绑扎完成及波纹管定位完成，内模滑移就位，同时在第2孔支架上拼装钢筋绑扎胎具；胎具拼装完成以后开始第2孔箱梁底腹板钢筋绑扎及波纹管定位施工。第3孔支架开始预压。第1孔箱梁混凝土浇筑完成后，待强度达到要求，滑移钢筋绑扎胎具至第3孔支架上；下落及外移外侧模，滑移外侧模至第2孔就位，收缩内模，内模滑移至第2孔就位。依次循环，至13孔箱梁全部施工完成。

3 施工方案的比选

3.1 桥梁施工方法的优选原则

确定桥梁的施工方法，需充分考虑桥位的地形、地质、环境、施工方法的安全性、经济性、施工速度等。因此，在桥梁设计时就要对桥位条件进行详细调查，掌握现场的地理环境、地质条件及气象条件等。在选择施工方法时，桥梁的类型、跨径、施工技术水平、施工设备条件等等也是相当重要的因素，同时必须考虑施工过程中桥梁结构的应力变化。桥梁设计时往往预先假定施工方法，并在设计上考虑施工全过程的受力状态。因此，施工方案的确定应充分考虑设计时假定的施工方法，并考虑其他相关因素的影响。桥梁施工方法的选定，可依据下列条件综合考虑。

1)使用条件：桥梁的类型、使用跨径、桥墩高度、桥墩形状、梁下空间的、平面场地的等。

2)施工条件：工期要求、施工设备条件、施工技术水平、施工管理能力、材料供应情况、施工经济核算等。

3)自然环境条件：山区或平原、地质条件及软弱层状况、对河道的影响、运输线路的等。

4)社会环境影响：对施工现场环境的影响，包括公害、景观、污染、架设孔下的障碍、道路交通的阻碍、公共道路的使用及建筑限界等。

3.2 工程数量及工期对比

1)工程数量对比：分别对56 m简支梁进行节段预拼和支架现浇2种施工方案的设计，在满足桥梁使用性能要求的前期下，可获得2种设计方案的工程数量。通过从单孔梁工程数量、大临工程数量等方面的对比，支架现浇施工方案明显优于预制拼装施工方案。

2)工期对比：通过对比，若采取预制拼装施工方法，施工工期合计为661 d，而改为支架现浇后工期为386 d，缩减了275 d，支架现浇具有明显的工期优势。由于本工程工期的总体安排，施工需在2017年11月3日前完成，预制拼装不能满足总工期的要求。一旦施工中有不可控因素造成延误，难以通过增加投入来确保总工期。支架原位现浇方案由于不受架桥机、预制场、接缝施工等外部环境影响，施工工期更容易控制。因此，从工期角度考虑，支架现浇方案是最优方案。

3.3 质量及安全控制对比

预制拼装和支架现浇方案由于施工工序不同，安全控制的要求和标准亦不相同。依据铁建设[2010]162号《铁路建设工程安全风险管理暂行办法》及GB/T 50326—2006《建设工程项目管理规范》中关于工程安全风险等级的划分及界

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定标准，可对2种方案的安全控制要点及安全风险级别进行对比。为了定量评价2种施工方案的安全风险，引入安全风险度D的概念，表达式为

式中:n为安全控制核心要素数量;Si为第i项风险类型的风险等级;Pi为第i项风险发生的概率。

2种施工方案的安全控制要点、风险等级及风险概率，以及施工总体方案的安全风险度如表1所示。

由表1可以看出，预制拼装施工主要有3大潜在的安全风险源：①节段拼装方案中需要1台 2 200 t 架桥机，1台450 t跨线提梁机，2种机械均为大型起重设备，施工过程中存在较大安全隐患；②预制场提梁、存梁、运梁等操作过程中均存在较大安全隐患；③西北地区春季风力较大，尤其该桥桥址宽阔，春季大风预警几乎天天都有，对于节段拼装架桥机工作安全和效率影响较大。

表1 安全风险度比较

注：Ⅰ为可忽略风险；Ⅱ为可容许风险；Ⅲ为中度风险；Ⅳ为重大风险；Ⅴ为不容许风险。

与预制拼装相比，支架现浇施工中的主要安全风险源为支架系统，且控制要素在一般桥梁施工中较为常见，可通过支架专项方案进行有效的控制。而预制拼装施工由于涉及架桥机组装和作业、架桥机吊装、现场胶缝预拼等多个施工工序且相互影响较大，安全控制的难度较大，因此施工潜在的安全风险较大。

通过对2种施工方案安全风险度的定量对比可知，支架现浇方案的安全风险度为0.75，低于预制拼装施工方法的1.00。

3.4 成本控制对比

预制拼装和支架现浇方案的成本控制对比分析如表2所示。

表2 成本控制比较 万元

综上统计，移动式整体现浇施工方案共计节约资金911万元。比预制拼装施工方案少投入40%劳动力以及 30%的施工机具设备。

通过综合比较，考虑到移动式整体现浇在工期、成本以及安全等方面的优势，同时可避开冬季施工，质量可控，因此，56 m简支箱梁的施工方案优选为支架现浇方案。

4 结论

针对银西高铁银川机场黄河特大桥引桥56 m简支箱梁，制定了预制拼装及支架现浇2种施工方案。通过对比分析2种施工方案的优缺点，优选了适合于该工程的施工方案，得出的主要结论如下：

1)高速铁路56 m双线箱梁由于梁体重量大，整孔预制架设工艺不能满足要求，支架现浇和预制拼装是该类型箱梁的合适施工方案。

2)基于桥梁施工方案的优选原则，通过对比2种施工方案的工程数量、工期、质量控制、安全控制及成本，可认为鉴于该桥的建设环境条件，支架现浇为该工程最优的施工方案。不仅可缩短工期275 d，同时可节约资金911万元。

3)通过对2种施工方案安全风险度的定量对比，支架现浇方案及预制拼装方案的安全风险度分别为0.75，1.00。支架现浇方案的安全风险较低，56 m简支箱梁的施工方案优选为支架现浇方案。