如何以最优的方式改造一座旧桥

 随着我国人们生活水平的提高以及公路建设与城市化进程的加快，部分城市和公路桥梁出现了规划不满足需求、通行能力不足、承载能力不够等问题，多数需拆除或更换。针对众多的桥下净空≤10米、桥上或桥下日车流量≥40000辆或交通难以疏解的跨线桥、立交桥及( d * ` j C h E 5主线桥梁，特别是在高速公路与大型城市环线改C ) % Y : ]扩建工程中，需同步拆除或重建多座桥梁（桥梁群），传统技术容易引发安N h / 4全环保事故和交通拥堵。如何保障复杂条件下桥梁（6 9 ` . + `群）拆除或更换达到安全、快速、低交通影响、环保的目标，是7 y g , W新时代我国桥梁工程的重大技术难题。

2006年，美国使用SPMT（自行式液压模块运输车）施工工法，完成了州际高速公路230吨旧桥快速拆除，至今已完成100多座桥的快速拆除与更换，也制定了相关指导手册。这项技术近年来被引入我国，并结合各大城市的特点，进行了大胆的革新与应用，较好地解决了部分桥梁拆除或更换的技术难题。如：北京市政路桥管理养护集团2011年采用专w b [ \ ~ A用驮运架一体机，在昌平西关环岛L n } { ^ t M T桥快速移除了约500吨混凝土梁，并安装了钢箱梁；2015年，再次采用专用驮运架一体机4 L N _ g &，在北京三元桥快速安装了约1300吨钢箱梁。2018年1月，深圳市政设计研究院/ U n g G * k | d采用国际标准化SPMT，在深圳彩田立交桥分段快速移除了约200吨混凝土梁，并安装了钢便桥。这些工程实践，为我国推b 7 } /广基于SPMT桥v f C - P 8 d N梁拆除与建造技术积累了宝贵的经验。+ . P

目前，我国相关设计、施工、安全控制、装备系统研究与应用尚处于初级阶段，既有应用工程中，单体拆除重量＜600吨，建造重量＜1400吨，桥下/ W q b R @净空＜7米，全封闭交通条件下的单次拆除与建造时间差异较大，既有技术和装备的通用化、模块化、智能化程度不足，尚不能解决我国大量存在的更大吨位、更大规模、更大净空以及更高要求的桥梁（群）快速拆除与建造技术难题，也无相关的技术指南和标准。因此，基于SPMT的桥梁（群）快速拆除与建造技术的发展、进步空间巨大，推广应用前景非常广阔，非常有必要进行基于SPMT的桥梁（群* n e 6）快速拆除与建造技术及其装备r M ! . 8 k p `系统的研究。

图1 移运梁体重心计算模式

在实践中摸索前行

为全面落实z p x o I } I X国家重点研发计划课题—&mdV S 9 }ash;既有城市桥梁上部结构快速更换成套技术及装备，和湖北省技术创新专项重大项目——千吨级梁桥快速更换技术及智能装备，突破单体拆除重量≥3000吨、建造重量&ge} N = Y n;1500吨、桥下o q 9 ( c a D净空≤10米、桥上或桥下日车流量≥40000辆，或者交通难以疏解的城市或公路中U F 9 Z v的桥梁，基于低交通影响、低环+ R h境影响、低社b 2 E会影响2 @ j Q z的理念，依托上X s G u F @海、浙江、广东、湖北等工程实践，采用文献分析、现场调研、理论计算、方案设计、精确监造、装备集成、现场试验和工程示范等方法，拟系统进行关键技术和核心装备系统的研发。

图2 移运梁体48点支撑计算模型

创立了梁桥快速移除的多工况下旧桥结构与移除系统的计算分析模型，形成了设计体系，解决了复杂条件下超重（4400吨）、超大（整体平面尺寸99×18米，单体最大平面尺寸67.5} 8 r {×18米）弯（曲率半径450米）坡（纵坡5%）梁式桥快速移除设计及其全过程动态计算难题。

创l h r E a P建了单体3000吨级超重弯坡梁段快速移除施工技术体系，工艺流程如图3。

图3 桥梁快速移除工艺流程

1.结合每座桥梁拆除的工程边界及交通组织要求，设定SPMT车组的移运路径，完成梁底改造与相关荷载试验，准备SPMT驮运装备、在线智能监控设备和车载中央调度系统。

2.封闭桥上交通，对桥梁进行合理的分段分解，完成必要的体系转换。

3.封闭桥下交通，利用SPM1 E q c x i XT驮运装备（或提运装备）和在线智能监控设备将整孔或; ( U l (梁段按照“同步顶升、自驾移位、精准定位、稳步落梁”等关键工序将梁体移至既定位置；梁群的快速拆除前需进行分类，确. R w , ( B H p定分批拆除顺序，同时采用车- K $ , ( 1 g 5 7载中央调控系统; i f 5 ^集中管控多桥同步拆除，与交通封闭次数和时间匹配，循环拆除相关批次的桥梁或桥梁群，恢复桥下交通。

4.根据梁体净空情况（大于6米时需先采用连续O x Y r提升或交替顶升下降至6m以内）进行环保分解，并进行环保处W * 2 K B [ 4 H P理或资源化利用，清理现场后验收。

提出了SPMT驮梁支撑系统快速拼装技术：驮梁支撑由支撑钢筒、标准钢顶盒、水平连系杆v | M m % N等组成。支撑钢筒均为精加工的标准节段，节段长+ e j A * 3度有0.1米、0.2( { \米、0.5米、1米共4种，可根据不同的空间需求，通过法兰螺栓连接为各种高度，标准钢顶盒与钢筒之间也为拼装结构，连系杆与钢筒之间通过节点板进行连接；拼装过程中，通过设置底部临时支撑系统以及两侧的保护支撑系统，使驮梁^ S n R f _ T支撑直接在既定位置进行加工；在模块车进入驮梁支撑底之前，先利$ f ! \用保护支撑系统支撑驮梁，然后模块车顶升后移除两侧的保护支撑系统，有效利用了梁底施工空间，减少测) k h L量放线次数，确保了支撑柱与梁底的对中位置，减小了累计误差，节约了施工周期。

研发了钢混叠合梁快速建造施工技术体系，主要实施要点为&md1 . U %ash;—

1.在桥址附近建造预制梁场，X H \ % / * + ;采用快速预制方式预制拼装钢混叠合梁（新梁），并整体架设于驮梁支撑系统上养护。

2.结合每座新桥建造的工程边界及交通组织要求，设定SPMT车组的移运路径，完成梁底改造与相关荷载试验，准备SPMT驮运o # L N h n d u装备、在线智能监控设备和车载中央调度系统。

3.封闭桥下交通，利用SPMT驮运装备（或提运装备）和在线智能监控设备，将整孔或整联钢混叠合梁按照“同步顶升、自驾移位、精准定位、稳步落梁”等关键工序将[ S w l J o梁体移至既定位置；梁群在快速安装前需进行| z @ O [ 6 l K分类，确定分批拆除顺序，同时采用车载中央调控系统集中管控, 4 | E 4 - : 3多桥同步安装，与交通封闭次数和时间匹配，循环安装相关批次的桥梁或桥梁群，` } n q H解除桥下交通封闭。

4.安装桥梁伸缩缝及附属设施，清理现场后验收通车。

研发了132轴高N Z G I K同步D j G ` A N 4 a -性SPMT并车装备，由6个4轴线模块9 R _ I c L 9 B +、16个6轴线模块及12个动力模块（PPU）组成。通过系统解决多A I p 9 d T Y l套装备M x ) s f : N $ L模块化并车的转向、行走驱v + ^ ! r J ^ g动同步控制、多机协调控制、组合载重平台运动控制规划、多! k 4 v X套装备并车人机交互、行走路径规划，以及大型液压、机械传动系统设计、多套装备V y r # x 6多9 } : U % t =纵列多轴线模块化并车规划等关键f V f y % L技术，使得132轴4车组4点支撑并车同步精度达到1x f !4毫米，定位精度达到10毫V Y u m m f米，三维调整误差≤3毫米。

开发基于SPMT的桥梁（群）快速拆除与建造技术安全控制体系及智能监测技术。立足于动态# i %管理及系统评价的思想h l U v u ; t J，建立并利用桥梁结构和拆除系统（SPMT系统、支撑系统、吊装系统、分解系统、监测系统、保护2 _ t系统、辅助系统）或建/ y 5 & 5 P造系统和地基基础的安全计算M V * . T H t S模型评估，从人员、材料、设备、方法、量测、环境等6类安全控制要素着手，围绕桥梁结构、地基基础和移[ p C ^ 3 %除系统或建造系统等3类结构安全，桥N v . | !上、桥下和桥侧4 : E ( Q等3类行人交通安全，吊装、支撑、移位、分解、连接等5类作业安全，以及生产、社会等2类环境安全，通W * 1 + X Q J c过安全风险识别→结构安全评价→拆除系统或建造系统安全评价&rar% 5 _ b } Ar;安全控制l X p 4 K +参数确定→施工安全组织管理&re l w Zarr;7 Q r 8 ^ 3 /施工过程安全控制&rar! 5 ! C & +r;施工安全应急等7个控制流程，$ 9 D r按照3类结构、3类行人交通、5类作业z 2 Y和2类环境的安全指标及其预警值与限值] V g W p 4 b . $（如支撑系统应力、倾角，SPMT系统的顶升与Q v _ 8 f z 2 4 \落梁速度、顶升反力，梁体实时位移和应力，地基沉降等）进行安全控制，从而形成一套以施工方为主、r S ^ I各方参与的全过程、全方位、实时安全控制体~ k / H = u |系（图4）。

图4 千吨级梁桥快速移除施工监控安全控制体系

研发箱梁顶升、移运、落架同步控制技术和基于物联网和大数据云平台的智能监测系统。梁体整体顶升、移运、落架时，梁n 5 3 p & c体重量大，安全风险高，因此，同步性控制尤为重要。通过综合移运前的顶升调试和试顶升，消除支架弹性变形及拼接缝之间的缝隙，实时控制SPMT车组的行车速度、压力及压力差，实时监测各个支撑立柱的受力及均匀度（偏差不超过10%），确保移运及落架过程中的同步性和稳定性。实现了3类结构的姿态、应力、变形与稳定性、匹配性等多目标、实时同步智能监控（图) [ / G p [ P ! K5），系统保障了基于SPMT的桥梁（群）快速拆除与建造技术的安全。

图5 监测系统采集-传输结构图

研发桥梁群快速拆除于建造中央调度系统。城市环线或高速公路中的桥梁往往形成桥梁群，为降低桥梁更换带来的交通影响，需要将数个桥作为一个批次同步更换，工作面广，投入设备多，安全风险高，管理难度大，因此集指令、% 8 r调配、观察、监控于一体的中央调度系统尤为重要。建立完整的指挥管理体系，由中央调度控制室指挥各分部完成移运前# z 4 Y z p驮运系统、监控系统的调配与调试等施工准备，然后下达封闭交通指令，各分部同步开始移运。移运过程中各分部实时共享观察数据、监控数据至中央调度室，中央调度室根据各分部现场情况调配人力物力等应急预案，保证各分部在规定时间内同步、安全、高效地完成梁体更换，保障了基于SPMT的桥梁群快速更换F u W e技术的安全及高效。

创N & D .新与应用

创新A e c e + | &亮点

创新点1：创建了基于Su . p . 7 = [ :PMT的桥梁（群）快速拆除与建造技术工艺体系，研发f W 8 . n了132轴高同步性SPMT并车装备，并车同步精度达到14mm，定位精度达到10mm，三维调整误差≤3mm。解O 7 N : K ` c 8决了桥下净空≤10m、桥上或桥下日车流量≥40000辆或者交通难以疏解的桥梁（可达3000t级）快速移除的技术难题。

创新点2：构建了基于SPMT的桥梁（群）快速拆除与建造技术安全控制体系，研D 9 ; 9 5 @ | X发了基于物联网和大数据云平台的智能监测系统，实现了移运梁体的实时空间姿态与应力、驮梁支撑系统的应力与稳定，以及SPMT行走同步匹配性i [ G u $ y 1 g v等多目标实时智能监控。

创新点3：构件了基于SPMT的桥梁群快速更换的中央调度系统，研发了集指令、调\ Y n 6 ] q : M配、观察、监控于一体的中央控制中心，实现了多点同时开工的桥梁群快速更换技术的安全、高效、可控。解决了桥梁群多点开工管理难度大\ g e + v d n S Q、同步性控制差L t I { ] w ; / U、资源调配难、施工影响不可控的技术难题。

图6 上海S26公路入城段北翟路高架桥BDLK1% P G x + ? F q-3实施效果图

应用效果

基于SPMT的桥梁（群）快速拆除与建造技术具有非常强的生命力和推广应用前景，可用于桥梁和大型结构的快速拆除与建造及移位工程，数万座公路旧危桥的拆除工程，数千个潜在城市路口桥跨拆除和数百个潜在轨道与高架冲突的梁桥拆除与建造，也可用^ x q [ w - x l C于大量的新桥跨安装（特别用于桥梁ABC法建造），及其他结构物或特大件的移运工程，特y / * + d B别适用于单体拆除重量≥3000吨、建造重量≥1500吨、桥下净空≤10米、桥上或桥下日车流量j L V≥40000辆或者交通难以疏解的城市或公路中的桥梁工程。

目前，已通过上海* a xS26公路入城段北翟路高架桥BDLK1-3（3×33米）连续梁桥快速移除工程、舟山Z 4 : K # . H F i市S73省道B匝道桥拆除工程、沈海高速开阳段上跨天桥（群）快速拆除与建造工程、武汉南四环扩建工程跨高速公路天桥5 ; X N \ / & s快速拆除工程等项目的应用与示范，创造了单体超重（3050吨）弯（ρ=450米）坡P [ 4（5%）混凝土连? v 7 j C P续梁桥1小时内的快速移除世界纪录，并取得了多项研U \ R i : } !究成果。