BIM技术大跨度变截面拼装悬臂式钢箱梁顶推施工应用

BIM技术大跨度变截面拼装悬臂式钢箱梁顶推施工应用

李伊萌   

中铁一局集团铁路建设有限公司    陕西咸阳市   712000

摘要：苏州市江陵路快速化改造一期工程JLLYQ-SG03标段跨苏嘉杭高速钢箱梁，分为左右两幅，跨径布置为40+65+40m，其中中跨70.2m为顶推段，标准段顶板宽 20.05m，标准段底板宽度为 13.532m，跨中断面处高度2.7m，悬臂长度 2.5m。采用全焊单箱三室断面，顶底板均倾斜形成单向2%横坡。各片中腹板等高设计，均铅垂布置，两侧边腹板斜置，斜率 2：1。因施工场地有限、难度高，故结合大跨度变截面拼装悬臂式钢箱梁顶推施工工艺特点，采用BIM技术进行图纸复核、钢箱梁预拼装、顶推施工模拟等，指导完成了该桥钢箱梁顶推施工，减少施工对苏嘉杭高速运营的干扰，取得很好的应用效果。

关键词：建筑信息模型（BIM）；钢箱梁；滑移顶推；预拼装；落梁

引言：受地形和地质条件的影响，在公路、铁路等交通工程修建过程中，需要涉及很多桥梁工程，而钢箱梁具有结构自重小、抗拉强度高、施工快速方便、抗震性能优越等特点，已成为当前桥梁主梁的首选结构。钢箱梁的施工方法有很多，但对于大跨径、变截面钢箱梁施工还存在着技术挑战。本文将依托苏州市江陵路快速化改造工程实例，全面系统地阐述了BIM技术在大跨度变截面拼装悬臂式钢箱梁顶推施工应用。

1工程概况

江陵路快速化改造项目位于苏州市吴江区江陵东路主干道，主线上跨苏嘉杭高速公路，钢箱梁重量约为50t，分为左右两幅，跨径布置为40+65+40m，其中中跨70.2m为顶推段。钢箱梁桥平面布置如图1所示。

图1  钢箱梁平面布置图

钢箱梁（跨径40+65+40m）采用全焊单箱三室断面，箱梁跨中断面处高度2.7m，顶板宽20.05m-21.799m渐变，底板标准段宽度为13.532m-15.281渐变，箱梁采用2.5m长度的悬臂，端部高度0.3m，根部高度0.7m。各片中腹板均铅垂布置；两侧边腹板斜置，斜率2：1。箱内纵向每3m左右设一道中间横隔板，同时在两道横隔板中间设腹板单侧竖向加劲。钢箱梁标准节段横断面布置如图2所示。

图2  钢箱梁标准节段横断面

钢箱梁平曲线为曲率半径R=3979.250m，竖曲线要求为-0.5%，钢箱梁纵断面如图3所示。

图3  钢箱梁纵断面

2 BIM建模

基于BIM建模软件，建立主线桥三维模型，优化钢箱梁顶推施工。主线桥施工三维示意图如图4所示。

图4  主线桥施工三维示意图

Revit系统族库内数量较少，大量族需要自行收集、创建，钢箱梁桥族类型差异性大，本项目下部结构为钢箱梁混凝土，上部结构为钢箱梁，包括临时支撑、滑移拼装平台等结构。项目不断积累，建立一套独立族库，减少族重复制作过程与工作，提高建模效率，节约运营成本。主桥结构三维模型如图5所示。

图5  主桥结构三维模型

3 BIM技术应用

（1）图纸复核

基于碰撞、审阅平台复核图纸，发现钢箱梁节段拼装时未考虑到曲线参数，箱梁预拼装后存在2cm的误差，同时发现桥墩支座与钢箱梁的横梁节段位置存在误差。钢箱梁竖曲线为0.5%的坡度，每节钢管支撑墩高度均不一样，通过建模发现，钢管支撑墩与钢箱梁有三处位置冲突。钢箱梁端部盖梁为高低墩结构，通过建模发现钢箱梁梁底后与盖梁有两处碰撞。

基于模型工程量统计进而复核图纸工程数量，通过对钢箱梁、临时支撑、桥墩等结构精准建模，发现图纸工程量存在近45万成本的误差。

（2）施工现场布置

江陵路快速化改造项目施工环境复杂，工程范围内涉及到燃气管线3根、高压铁塔1座、城市弱电管线若干。从安全施工、场地限制和经济可行等角度考虑，在离岸墩侧设置6个拼装临时支墩，18个滑移临时支墩，作为钢箱梁顶推临时设施。

通过BIM场地布置模拟施工现场的具体环境，包括施工设备具体位置、工具摆放部位、材料堆放位置、工棚位置、交通导改线路和进出口设置等。根据施工计划和方案进行模拟施工，为施工现场提供有力参考。

在进行模拟施工时，根据实际的施工实施要求，对现场进行合理规划，保证施工的安全性和经济合理性。

（3）施工动画模拟

钢箱梁顶推施工，空间小、作业时间有限，上穿苏嘉杭繁忙交通线路，为使钢箱梁顶推过程安全，质量满足涉及要求，基于BIM技术进行模拟。

1）钢箱梁吊装

考虑钢箱梁节段划分位置应尽量靠近1/4/跨径位置，避开跨中的墩位处，并结合钢箱梁施工工艺、运输、现场吊装的能力，单幅钢箱梁划分为46个施工节段。本工程因占路施工、施工场地有限，空间紧张，车流量较大不可断交，上跨苏嘉杭保护难度大。利用BIM技术对钢箱梁的吊装进行仿真模拟，辅助三维交底和可视化专家评审，优化吊装方案，为工程安全施工提供有力保障。

2）钢箱梁滑移顶推

钢箱梁为左幅、右幅线性结构复杂，制造及顶推施工难度大。通过BIM顶推法施工模拟，加强顶推施工测量监控，做到每一阶段安装及顶推位置正确，确保安装误差最小，支架上设置精调和微调装置，保证钢箱梁竖曲线正确。全过程进行监控量测，通过液压爬行器的调整使得顶推过程中梁的运行轨迹准确，加强顶推过程中临时墩的监测，确保临时墩在顶推过程中的结构安全。

施工现场中采用液压滑移式顶推，存在着顶推力不易控制、左右行进不匀速、极易造成偏位现象。应用BIM技术提前进行模拟顶推施工，多次演练工作，将施工中可能遇到的实际问题一次性解决。

3）钢箱梁定位落梁

顶推施工中的落梁是钢箱梁顶推到位，拆除导梁，通过循环拆除临时墩垫块，最终将钢箱梁均匀地降落在永久支座上。落梁是顶推法施工中最危险、最关键的环节。

通过BIM技术进行模拟卸载点的选取及设备布置，同时进行落梁流程的推演，根据模拟现场情况确定测量监控方案，优化落梁方案，保证钢箱梁在落梁过程中接触受力均匀，精准落在支座上。

4结束语

江陵路快速化改造项目钢箱梁顶推施工，具有上跨繁忙高速公路、作业空间有限、施工环境复杂、顶推跨境大、纵向坡度大，钢箱梁变截面等施工特点。通过对临时支墩合理的布置和设计、顶推过程中精确控制和有效的预防措施，保证了施工的顺利进行。2022年12月项目钢箱梁已顺利完成顶推施工。钢箱梁顶推施工技术在上跨苏嘉杭高速公路中的成功应用，表明该施工技术安全可靠、经济合理、节能环保。

因施工现场可利用空间有限、作业时间严格限制，给施工造成极大困难。基于BIM技术，对钢箱梁桥图纸复核、工程量精准统计、临建场地规划布置、钢箱梁顶推施工进行施工模拟，解决了施工难题，为类似工程建设提供参考。

参考文献：

[1]杨磊.BIM技术在钢箱梁施工中的应用.建筑技术科学,2022-09.

[2]员利军.大跨度钢箱桁梁斜拉桥步履式顶推施工关键技术.建筑设计及理论,2017-12.

[3]薛超.大跨度市政立交桥梁钢箱梁步履式顶推施工技术.建筑技术科学,2018-12.

[4]刘剑兴，赖睿智，吴尽。BIM技术在建筑施工企业的应用思路 [J].重庆建筑，2019,18（12）：59-60.

[5]梁靖涵。 对基于BIM技术的4D建模及其应用的探讨 [J].中国住宅设施，2019（11）：16-17.