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中交二航局和“短线匹配法”的故事

说起中交二航局的建桥技术,“短线匹配法”一定是绕不开的话题。

在20世纪下半叶,国际土木工程界最重大、最引人注目的成就之一,就是预应力混凝土桥梁节段预制拼装施工方法的形成及其施工技术的发展。1952年,法国的Jean Muller设计了世界上第一座节段预制拼装桥——美国纽约州Shelton桥,随后,节段预制拼装技术在美国和欧洲得到了广泛运用。我国在节段预制拼装桥梁施工方面起步较晚,1990年建成的福建洪塘大桥是国内最早采用节段预制拼装施工的桥梁。

 

混凝土梁桥的节段预制分为短线匹配法和长线匹配法。短线匹配法是将整孔箱梁设计成若干个标准节段,在预制工厂,利用循环使用的模板系统逐榀匹配、流水预制,再运至桥位,用架桥机现场组拼成桥。相较于长线匹配法而言,短线匹配法具有所需场地小、无需运行较长的轨道供钢模、浇筑位置固定、便于蒸养、整体规划较容易等优点。但由于需要通过调节已浇匹配梁的水平偏转和高差,来控制待浇段的结构尺寸,从而实现对成桥几何线形的控制。因此,短线匹配法对测量精度和预制质量的要求更高。

 

2004年至2006年,在苏通大桥建设过程中,二航局在国内首次将这项先进技术引入大桥北引桥B2标施工中,便取得了非常显著的经济效益和社会效益——相比传统工艺,工期缩短7个月,节约成本上亿元。

 

苏通大桥主桥跨径1088米,是世界首座主跨超千米的斜拉桥,其规模和建设难度均居国际斜拉桥之首。二航局承担了主桥C1标、主塔C3标和北引桥B1标、B2标四个重要标段的施工任务,施工轴线占整座大桥的73%。

 

认识到短线匹配法具有广阔的应用前景之后,二航局项目团队决心做“第一个吃螃蟹的人”,在苏通大桥项目上实现对传统技术工艺的变革,推进结构梁段标准化、工厂化、快速化、装配化生产及应用。

 

B2标箱梁节段预制厂工段承担着B2标和D1标共1070榀箱梁的预制任务,实现技术变革的重任就落在了这里。预制出来的梁段质量、精度能否达到工艺要求?采用短线匹配法预制75米跨径的连续梁并采用架桥机悬臂拼装,这在国内尚无先例,如何组织起安全、优质、高效的施工?一切都是未知。

 

B2标箱梁节段预制厂工段认为科技创新是解决问题最有效的途径,他们专门组建了创新小组,担负起短线匹配法预制工艺的攻关研究及在国内推广使用的重任。创新小组采用“走出去、请进来”的战略,时任B2标总工刘亚东曾三飞香港,对短线匹配法的预制工厂规划、梁段预制模板系统、钢筋台座及骨架吊运、梁段定位测量等关键技术进行考察和学习。然后,带领创新小组结合B2标工程实际,对其中的关键技术参数进行了研究,并及时转化研究成果,使预制工段逐渐掌握了此项工艺。

 

苏通大桥建设指挥部对此也非常重视,曾多次派技术干部去国外类似项目学习,并带回了大量珍贵的文献,与项目部一道研究,为大桥施工出谋划策。

 

2004年下半年,项目部精心规划,建起了布局合理、作业流水线清晰、运转极为高效的预制工厂,并进行了混凝土配合比及性能研究、箱梁预制工艺试验、梁段拼装面密封性能试验等,使试制箱梁节段一举成功!

 

为了精益求精,追求卓越,B2标箱梁节段预制厂工段还在梅花型垫块的使用、节段间波纹管接头处理、预应力锚头槽口处理等方面进行了改进和革新,进一步提高了梁段的预制质量和生产效率,使得苏通大桥的箱梁节段质量受到了中外专家和社会各界的高度赞誉,甚至被喻为“工艺品”,堪称“世界一流”。经过不断地刻苦钻研、实践完善,在大桥建成时,二航人已经完全掌握了短线匹配法施工控制技术并开发了自己的软件,配制了性能优越的结构拼接胶,研发了系列化的架桥机产品等,一举打破了国外企业对该技术的垄断。

 

苏通大桥采用短线匹配法精密匹配预制、精准程控悬拼75米大跨径预应力混凝土箱梁,是国内大规模桥梁工程首次按世界一流标准、采用装配化预制悬拼箱梁。一时间,短线匹配法成了“中国一绝”,吸引了多个工程项目效法,拉动了中国建桥“装配化”。

 

2008年7月1日,当时国内罕见的集跨海桥梁、海底隧道、围海造地、环保综合开发于一体的综合性工程——厦门集美大桥建成通车,二航局人创造了18个月建成一座跨海特大桥的新纪录。

 

在集美大桥施工过程中,二航人建设了一个20万平方米、当时亚洲最大的箱梁节段预制场,投入了6台亚洲最先进的上行式架桥机,采购拼装了46套先进的模板系统,设置了7条生产流水线同时作业,使集美大桥成为当时国内采用短线匹配法预制拼装规模最大的桥梁。

 

此外,二航局建设者还在世界上首创100米跨度连续梁采用短线匹配预制、TP50/75桥机安装工艺,先进的施工工艺使预制箱梁合格率达到100%,大桥拼装误差小于1厘米。如此浩大的工程,国际上平均建设工期要在3年以上,而二航局仅用18个月,创造了国内建桥速度新纪录。

 

2008年初,“短线匹配法预制悬拼”作为国内最先进的施工工艺,获批“国家级工法”,并正式向全国推广。

 

4年后,“短线匹配法节段预制拼装体外预应力桥梁关键技术”荣获国家科技进步奖二等奖。

 

此后,二航局将短线匹配法在上海长江大桥、江苏崇启长江大桥、福建厦漳跨海大桥、港珠澳大桥、珠海淇澳大桥、广州南沙大桥、珠海洪鹤大桥、五峰山长江大桥等多座特大型桥梁施工中成功运用,使其日趋成熟。在南京长江五桥,二航局将节段预制拼装技术与波形钢腹板组合结构桥梁相结合,有效克服了常规混凝土节段梁自重大、接缝抗剪性能差等缺点;在武汉双柳滑道项目,二航局将短线匹配法成功嫁接到井字梁预制中,开创了其在国内水下滑道施工领域运用的先河……一系列推广和更新,有力地推动了中国桥梁建设的“装配化”发展。