节段预制拼装连续U型梁在城市轨道交通中的应用与展望.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 85 节段预制拼装连续U型梁在城市轨道交通中的应用与展望 吕金峰1 庄建杰1 李 慧2 王大鹏2 陈轶鹏3 1.河北雄安轨道快线有限责任公司，河北 雄安 071700 2.南京地铁建设有限责任公司，江苏 南京 210018 3.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100045 摘要：摘要：U 型梁系统以其环境友好、建筑景观适应性好、全寿命建设和运营成本低、系统高效率集成等优点在城市轨道交通工程高架区间广泛应用。以往在跨越路口或较大节点时多采用支架现浇主跨 4050m 连续 U 型盆式梁，随着轨道交通工程绿色建造的不断深入，支架现浇工法大大制约了 U 型梁系统的发展，一种质量好、施工快、绿色环保，对周边交通影响小的节段预制拼装预应力混凝土 U 型梁不断得到应用。以南京至句容城际轨道交通工程（30.5+50+30）m 预制节段拼装预应力混凝土 U 型梁设计为例，阐述了节段预制拼装预应力混凝土 U 型梁的发展历程，并结合工程实践，提出今后节段预制拼装 U 型梁发展的制约因素及发展方向，可对后续工程提供借鉴和参考。关键词：关键词：城市轨道交通；节段预制桥梁；连续 U 型梁 中图分类号：中图分类号：U213 0 引言 2005 年印度新德里轻轨 3 号线通车，长度 22.9公里，采用节段预制拼装 U 型梁2；2008 年台北捷运内湖线，全线 14.8km，采用预制 U 型梁+节段预制拼装连续 U 梁，最大跨度连续 U 梁 65m；2009 年 9 月迪拜红线一期工程完工，该工程包含长 42km 的高架桥，全线高架桥采用预应力混凝土 U 型梁，最大跨度连续 U梁 72m，节段拼装法施工，这种方法施工速度快，且最大限度地减小了对环境的影响2；2012 年通车的韩国京畿道议政府轻轨对节段梁的外形进行了变化，运行APM 系统。国内自 2009 年第一条 U 型梁线路通车以来3，节段预制拼装 U 型梁先后在上海 17 号线4、10 号线二期、南京宁句城际、天津 Z4 线进行了应用，随着U 梁系统在国内的广泛应用，以支架现浇工法施工的大跨度连续 U 型梁已经成为制约 U 梁系统发展的瓶颈。目前，国内外节段拼装技术蓬勃发展，为了解决城市内施工对交通的影响，上海、成都、南昌、郑州等城市在市政领域对节段拼装桥梁技术进行了多种尝试。轨道交通领域，高架段多处于郊区，但随着国家对绿色建造要求，采用更加绿色、与自然环境更加和谐、施工更加快速的节段预制拼装技术，定会在今后的市域铁路、都市快轨领域绽放光彩。1 工程概况 宁句城际轨道交通工程起于南京东部综合换乘枢纽马群站，终于句容高铁站。线路全长 43.602km，其中高架长约 26 km，设计速度 120km/h，市域 B 型车，全线高架采用 U 型梁系统，标准梁采用双 U 并置预制 U梁，节点桥采用连续 U 梁。HY37HY40-（30.5+50+30）m 节段预制拼装连续 U梁在 YK29+602 附近跨越黄东线立交。图 1 为桥位实景图，黄东线立交为句容西部干线与 S122 快速路的互通立交，经方案比选采用 LHPZ48 型节段拼装造桥机悬臂拼装施工。图 1 跨黄东线立交节段预制拼装连续 U 梁桥位实景 2 结构设计 2.1 结构构造 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 86（30.5+50+30）m 节段预制拼装连续 U 梁梁长110.3m，边支座中心距梁端 0.6m。标准节段长度 3m，全桥共计 2 个现浇 0 号段、32 个预制节段和 7 个湿接缝。全桥立面布置图见图 2。图 2（30.5+50+30）m 节段预制拼装连续 U 梁立面布置（单位：cm）墩顶截面采用 U 型与箱型组合截面，全宽 10.88m，主要由箱梁结构+U 型护栏板共同构成；跨中截面采用U 型截面，由底板及 3 个腹板组成。中支点处截面梁高 4.2m，底宽 5.6m，顶板厚度由0.36m 增加至 0.5m，底板厚度由 0.35m 增加至 0.67m，横隔梁设置 800 x800 进人孔；其他 U 型+箱梁组合截面顶板厚0.36m，底板厚0.35m；跨中U型截面梁高1.90m，底宽 9.148m，底板厚 0.36m，中腹板厚 0.63m；边支点U 型截面梁高 2.04m，底宽 9.73m，底板厚 0.5m，中腹板厚 0.63m；边腹板翼缘宽 1m，中腹板翼缘宽 1.4m。2.2 节段划分 梁体节段划分考虑造桥机的吊装重量及模板的重复利用，16#节段长度 3m，7#节段长度 2.9m，8#节段长度 3m，8#节段长度 2.5m，9#节段长度 2.3m。其中最重节段 1#节段重量 89.86t，最轻节段 8#节段重量43.93t。2.3 剪力键设计 剪力键设计原则：（1）腹板剪力键满足截面抗剪要求；（2）顶底板剪力键提供定位作用。剪力键的布置如图 3 所示。剪力键采用与预制节段一次成型的密键，由于 U型梁截面面积较小，且多布置有预应力孔道，因此除预应力孔道位置外，剪力键采取满布；对于 U+箱型断面，箱梁腹板满布剪力键，剪力键采用倾角 45梯形截面，键高 5cm（高度不小于混个凝土最大粗骨料粒径的 2 倍），剪力键根部高 15cm。位于剪压区的腹板与顶板、底板结合区，若无体内预应力钢束通过也设置剪力键5。图 3 剪力键布置图 2.4 锚槽设计 每一个节段张拉段均要设置张拉端锚槽，一般采用方形锚槽或圆锥形锚穴，方形锚槽一般开孔较大，会造成梁端横向钢筋截断，且影响临近波纹管成孔质量，圆锥形锚穴对脱模质量要求较高，因此本项目采用深埋锚，锚具与深埋套筒加工完成后，留在混凝土内，这样可以大大减小对周边钢筋、混凝土及波纹管的影响，保证梁端张拉槽口施工质量。深埋锚见图 4。图 4 深埋锚构造图 2.5 预应力管道定位及密闭性措施 节段预制阶段预应力管道的定位，以及拼装阶段预应力孔道的密闭性是影响节段预制拼装的施工质量的关键性因素。节段预制端模采用钢套筒堵头实现预应力管道精准定位，堵头与波纹管用胶带密封，防止浇筑混凝土阶段管道滑落，以及混凝土浆液进入管道。匹配端采用单锥形橡胶塞进行匹配面的孔道定位与密封。定位堵头见图 5。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 87 图 5 管道定位堵头 拼装阶段胶接缝处涂刷环氧密封胶，为避免预应力管道压浆液从接缝处漏出和梁体挤压时胶体进入预应力孔道造成孔道堵塞，需对接缝面预应力孔道接头采取可靠的构造处理措施。接缝面孔道密闭措施采用密封垫圈+涂胶方式（见图 6），密封垫圈采用闭孔发泡聚乙烯材料，弹性好、压缩量大，能与环氧密封胶协调变形，施工方便；涂胶采用单面涂胶，涂胶厚度 23 mm。图 6 管道密封措施 3 施工工法 3.1 短线法预制节段 结合梁场场地因素及施工进度，采用 2 套短线法节段预制台座，台座 1 负责 1#、2#、6#、7#共计 16个节段预制工作，台座 2 负责 3#5#共计 12 个节段预制工作。2 套台座按照 5 天/节段功效进行预制。短线法预制工法对线形控制要求严格，施工精度要求高。其是以一个邻接梁段作为浮动端模(匹配梁段)来控制待浇梁段线形，一侧为固定端模，要求其铅直(与大地垂直)，一侧为浮动端模(已预制完成的相邻节段)，通过对浮动端模(匹配梁段)进行三维调整来实现预制节段的三维线形，三维调整包含匹配梁段理论安装位置调整和制造误差的修正补偿两方面。短线法台座、模板及观测塔见图 7。图 7 短线法节段预制台座模板 3.2 节段拼装方案 采用 LHPZ48 型节段拼装造桥机，包括主梁、前中后及辅助支腿、天车、吊具、挂篮等，其主梁由铁路六四式军用梁组合而成，支腿由八三式轻型墩组合而成，天车额定吊重 160t，施工速度可达到 2 天/对。LHPZ48 型节段拼装造桥机立面布置图见图 8。图 8 LHPZ48 型节段拼装造桥机立面布置图 节段拼装采用悬臂拼装，每次对称拼装1个节段。主要施工步骤如下：（1）天车吊机在提梁点提升 1#块，空中转体后移动到中墩大里程侧，待小里程侧 1#块就位后，下降就位，临时固定后，进行钢筋连接及湿接缝模板安装，浇筑湿接缝，待湿接缝混凝土达到设计强度后，张拉本节段预应力束。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 88（2）天车吊机在提梁点提升 2#块，空中转体后移动到中墩大里程侧，待小里程侧 2#块就位后，下降就位，试拼对孔、施胶、张拉临时预应力，通孔，张拉本节段预应力束。（3）依次对称吊装、拼接第 n 段预制节段，并张拉相应节段的预应力束。完成两个T构段的拼装施工。（4）搭设边跨支架，拼接边跨现拼段，调整线形，安装合龙段挂篮。（5）浇筑边跨合龙段，待湿接缝混凝土达到设计强度后，张拉边跨和龙段钢束，张拉完成后拆除边跨合龙段挂篮。（6）调整接缝线形，浇筑跨中合龙段，待湿接缝混凝土达到设计强度后，张拉剩余预应力钢束。（7）拆除中跨合龙段挂篮，拆除边跨支架，拆除架桥机设备，解除中墩临时固结，完成体系转换。预制节段现场拼装如图 9 所示。图 9 预制节段现场拼装 3.3 施工工艺控制 节段预制模板需满足高度、宽度偏差不大于 3mm，长度偏差不大于 5mm；预制节段拆模时混凝土抗压强度不应小于 22MPa，吊离台座时混凝土抗压强度不应小于26MPa；节段出场应满足长度偏差在-2mm 以内，断面尺寸偏差不大于 5mm；胶结面涂抹厚度不大于 3mm，节段缝隙不大于 2mm。4 展望 随着轨道交通建设的快速发展，尤其是市域铁路、都市快轨的蓬勃发展，传统支架现浇的连续 U 型梁已不能满足绿色建造的需求。交通强国建设纲要构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系，打造一流设施、一流技术、一流管理、一流服务，建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国，为全面建成社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴中国梦提供坚强支撑。由整孔预制 U 梁向大跨度节段拼装 U 梁转变，是未来 U 梁系统的发展趋势，学习国外先进的桥梁建造技术，采用节段预制胶拼工艺，是响应我国交通强国的具体行动。为了更好的发展节段预制拼装 U 梁系统，对后续的工作提出一下建议：（1）继续对节段预制拼装连续U梁系统进行研究，积累试验数据，为方案的适用性提供支撑。（2）探索体内体外束结合的方案可行性，为后期运营的绿色安全提供解决方案。（3）加强对节段预制产业的培育，工人的培养，为节段预制拼装提供质量保证。（4）继续开展预制节段拼装预制装备、架桥机的开发于研究，提高节段预制的质量与效率，拓展架桥机节段拼装的方式与精度，提高施工效率与质量。（5）开展轨道交通预制管桩、预制桥墩、预制桥面系设计及施工研究，提高桥梁预制拼装率。5 结语 节段预制拼装连续 U 梁优势明显，能满足城市快速施工的要求，最大限度地减小对周边交通的影响，在桥梁工业化与绿色建造的背景下，具有广阔的应用前景。今后，还要加强对轨道交通预制装配技术的系统研究，从设计、预制、施工、维护全生命周期考量，形成系统性规范，为大力发展绿色智慧化轨道交通贡献力量。参考文献 1 裴新.预制节段拼装梁技术在印度高架地铁工程上的应用J.中华建设,2019(21):0284-0285.2朱琛.迪拜地铁线轻轨高架桥设计J.世界桥梁,2011(02):1-4.3 阙孜,白唐瀛,张宏杰.城市轨道交通U型梁系统简介J.都市快轨交通,2010(04).4方亚非,洪浩,张剑英.轨道交通新型节段预拼桥梁受 力 特 性 研 究 J.城 市 道 桥 与 防洪,2016(7):286-287.5张雷,季伟强,苏伟.高速铁路预应力混凝土连续梁节段预制胶拼法建造技术研究 J.铁道标准设计,2019,63(08):79-84.