李敬偉 趙前進，2

（1.中國鐵路昆明局集團有限公司，昆明 650000；2.中南大學，長沙 410083）

云南省是我國面向東南亞開放的重要橋頭堡。隨著“一帶一路”建設以及國家解決區(qū)域發(fā)展不平衡矛盾的深入推進，云南省交通事業(yè)步入快速發(fā)展階段，鐵路建設任務繁重。西南山區(qū)鐵路建設的橋隧占比高，跨越深谷河流的大跨度橋梁眾多［1-2］。此前，山區(qū)大跨度橋梁多采用拱橋、懸索橋、斜拉橋、鋼桁梁橋等橋型。拱橋通常受斷層帶等不利地質(zhì)條件制約。懸索橋與斜拉橋技術難度大，工程造價和運營維護成本高，且因剛度偏弱在鐵路橋梁建設中應用并不多。在“一帶一路”倡議重點工程玉（溪）磨（憨）鐵路元江雙線特大橋建設中，首次應用了上承式大跨度連續(xù)鋼桁梁。實踐證明大跨度鋼桁梁橋在西南山區(qū)鐵路建設中具有較強的技術、經(jīng)濟優(yōu)勢，適應性強。

1 橋梁設計概況

1.1 工程背景

元江雙線特大橋位于云南省玉溪市元江哈尼族彝族傣族自治縣境內(nèi)，是新建玉溪至磨憨鐵路的重點控制性工程之一。該橋跨越紅河深切“V”字形峽谷，橋址有背斜、斷層、順層、滑坡體等不良地質(zhì)。橋位從元江1#，2#滑坡體之間穿過，其中菠蘿山3號斷層從1#，2#墩之間穿過，菠蘿山1號斷層從2#，3#墩之間穿過，菠蘿山2 號斷層從3#，4#墩之間穿過。峽谷兩岸最大自然橫坡60°，地勢陡峭（圖1），施工場地狹窄，交通運輸困難。橋區(qū)雨季長達6 個月，峽谷瞬時風力最高達10級，施工和后期運營維護安全風險高，難度大。

圖1 橋址地貌

1.2 技術標準

①設計速度為160 km/h 的客貨共線線路；②正線數(shù)目為雙線，線間距4.2 m；③設計活載為中-活載；④軌道類型為有砟軌道；⑤地震動參數(shù)，地震動峰值加速度0.16g，地震特征周期0.4 s。

1.3 結構設計

采用拱形橋臺、鋼混組合雙柱剛架墩。墩身為鋼筋混凝土薄壁空心墩，雙柱通過鋼結構交叉橫聯(lián)桿件連接，最大墩高154 m。上部結構為上承式連續(xù)鋼桁梁，孔跨布置為（108.0+151.5+249.0+151.5+108.0）m。主桁中心間距為16.0 m，跨中桁高16.0 m，支點處桁高36.0 m，標準桁節(jié)長13.5 m，支點處變高桁節(jié)長15.0 m。行車道采用正交異性板，設置于主桁上弦頂面。橋面鋪裝層采用柔性保護層體系。橋梁全長768 m，鋼結構總質(zhì)量約2.1萬t。

2 建設管理

2.1 工程造價控制

受地質(zhì)斷層帶制約，橋位不適宜建造大跨度拱橋。通過對斜拉橋、下承式連續(xù)鋼桁梁［3-4］和上承式連續(xù)鋼桁梁3 種橋型方案進行經(jīng)濟性研究，選擇了經(jīng)濟性最佳的上承式連續(xù)鋼桁梁橋型。

2.2 設計技術創(chuàng)新

針對上承式鋼桁梁尚無現(xiàn)行設計標準的現(xiàn)狀，組織成立了由院士、國內(nèi)知名專家組成的設計咨詢團隊，多次組織論證設計方案。通過有限元數(shù)字仿真分析、實體模型實驗、車橋及風-車-橋耦合振動分析、地震作用計算與試驗等手段開展科研攻關，確保設計成果科學可靠。

2.3 施工技術創(chuàng)新

圖2 超高臨時墩構造（單位：m）

大橋采用133.10 m 超高臨時墩輔助（圖2）、124.5 m 長大懸臂懸拼架設。為解決架設施工技術難題，評估各階段安全風險，組織成立了由國內(nèi)知名專家組成的技術顧問團隊，對重大方案審查把關，并與高校聯(lián)合開展施工關鍵技術攻關，并委托第三方檢測和監(jiān)控單位對施工質(zhì)量控制把關，以確保施工方案科學合理、安全可靠。

3 方案優(yōu)化

3.1 橋式方案選擇

大橋橫跨紅河深切峽谷區(qū)，兩岸與深切河谷構成明顯的“V”形地貌，兩岸坡陡峻，橋高238 m。在初步設計階段對上承式拱橋方案、鋼桁梁斜拉橋方案及連續(xù)鋼桁梁方案進行了綜合比較。隨著地質(zhì)勘探的深入進行，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件不適合修建大跨度拱橋，而斜拉橋方案受制于地形條件，其塔高約245 m，并且山區(qū)斜拉橋的養(yǎng)護及維修較為不便，經(jīng)綜合比選連續(xù)鋼桁梁方案較為合理。

3.2 主桁結構選擇

主桁結構研究時，對下承式方案（圖3）和上承式方案（圖4）進行了對比研究。上承式方案較下承式方案的最大墩高度減少16 m，橋梁結構重心更低，且材料用量更少，能夠更好地滿足橋梁抗震性能，因此選用上承式鋼桁梁方案。

圖3 下承式鋼桁梁方案（單位：cm）

圖4 上承式鋼桁梁方案（單位：cm）

3.3 鋼混組合雙柱剛架墩的應用

由于主桁較寬，結合支座布置、施工場地等要求，限定墩頂橫向?qū)挾葹?4 m，縱向?qū)挾葹? m。墩的結構形式可以采用雙柱式橋墩和圓端型空心墩2種。若主墩均采用獨柱式的圓端空心墩，比采用雙柱式空心墩墩身混凝土圬工量多約8 200 m3，且對樁基要求高。采用雙柱式鋼筋混凝土空心橋墩通過墩頂橫梁和中間鋼結構橫向連接系的結構形式（圖5）可以將其承受的彎矩轉(zhuǎn)化為2墩柱的軸向力，結構受力較好。

圖5 鋼混組合雙柱剛架墩方案

3.4 橋面系優(yōu)化

考慮主桁在鐵路橋梁中首次創(chuàng)新性地采用上承式結構，且橋位處于高山峽谷，橋面橫風影響大，根據(jù)車橋及風-車-橋耦合振動分析研究結論，為提高列車運營安全性、舒適性，在橋面系設置導風和防風功能為一體的導風欄桿。導風欄桿能有效減小橫向風力，同時將橫向風力部分轉(zhuǎn)化為縱向力，從而減小風力對高速列車行車安全的影響。

3.5 基于BIM模型數(shù)字化智造技術的應用

對于鋼桁梁構件加工制造，組織施工單位開展基于BIM 技術數(shù)字化智造研究與應用［5-6］。采用Tekla建立全橋信息模型，對全橋鋼結構進行深化設計，并基于模型輸出數(shù)控文件進行排版套料，實現(xiàn)了“模型→數(shù)控程序→自動切割下料或鉆孔”的數(shù)字化加工流程，提高了制造精度。采用三維激光掃描技術對成品桿件進行掃描采集數(shù)據(jù)，與BIM 模型中理論值進行分析和對比，能夠快速發(fā)現(xiàn)制造偏差，及時調(diào)整加工工藝。借助BIM 模型進行可視化、數(shù)字化預拼裝，模擬建造過程，指導工廠拼裝及檢驗拼裝構件質(zhì)量。工廠采用二維碼管理系統(tǒng)，給每個零件每根桿件賦予二維碼信息，實現(xiàn)項目及構件的原料、設計、生產(chǎn)、合格品入庫、庫存、發(fā)貨、物流跟蹤、收貨、施工驗收全流程的信息化管理，實現(xiàn)項目進度的實時管控，具有項目管理信息化、產(chǎn)品身份標識化、構件全程可跟蹤、收發(fā)貨憑證化等特點。

3.6 架設施工方案優(yōu)化

原施工方案（圖6）為：在玉溪臺側(cè)設置存梁場，跨峽谷設置纜索吊機用于水平運輸，磨憨臺側(cè)懸拼作業(yè)面通過纜索吊機由小里程岸側(cè)運輸供梁，鋼桁梁大懸臂懸拼采用扣索塔架輔助調(diào)整線形和合龍口。

圖6 原施工方案示意

考慮橋址山坡陡峭，施工便道修建難度大，纜索吊塔架和后錨實施困難；且橋位處于峽谷風口，常年風力大，扣索塔架安拆施工安全風險極大。經(jīng)過反復論證，對原施工方案進行了優(yōu)化。優(yōu)化施工方案（圖7）為：取消原方案中的纜索吊機和扣索塔架系統(tǒng)，在磨憨臺側(cè)增設鋼結構鋼梁拼裝場，并兼作存梁場，同時配套設置提梁龍門吊和運梁臺車運輸供梁；各墩頂增設鋼桁梁高位預拼裝及三維千斤頂同步起落梁系統(tǒng)，輔助調(diào)整懸拼線形和合龍口。

圖7 優(yōu)化后總體施工方案

4 結語

在“一帶一路”倡議重點工程——新建玉溪至磨憨鐵路元江特大橋建設中，中國鐵路昆明局集團有限公司協(xié)調(diào)組織攻關，首次創(chuàng)新性地應用鋼混組合雙柱剛架墩和大跨度上承式連續(xù)鋼桁梁橋，成功解決了橋位跨越地質(zhì)斷層帶的技術難題，有效降低了工程造價和建造技術難度。

在鋼桁梁構件工廠加工制造中應用基于BIM 模型的數(shù)字化智造技術，采用三維激光掃描技術對成品桿件進行掃描采集數(shù)據(jù)，與BIM 模型進行對比分析，提高了鋼桁梁加工制造精度，質(zhì)量驗收更有保障。

元江特大橋的成功實踐，為山區(qū)大跨度上承式連續(xù)鋼桁梁橋建設提供了參考和借鑒。