基于SPMT的高速公路天桥拆建技术研究

文章编号：1009—4539(2021)05—0092—05
基于SPMT的高速公路天桥拆建技术研究
张上伟
(中铁十二局集团第一工程有限公司陕西西安710038)
摘要：沈海高速公路水口至白沙段T2标段项目采用了SPMT快速整体同步拆建天桥的施工工艺，并通过研究完善了梁体切割移运相应关键技术，使得在天桥拆建施工过程中，仅需封闭交通3h,即可完成单座天桥的整体拆除重建。

该项目设计了一种旧桥切割防卡绳装置以代替传统的塞垫钢板，应用于绳锯切割作业中，使得施工更加安全高效;通过整体移运路径模拟提出了合理的旧桥梁体切口形状，有效避免了碰撞现象及现场二次切割，加快了施工进程;设计了一种临时固定装置，防止梁体移运作业中支座产生脱空现象，可有效降低梁体应力，保障施工安全。

在运用SPMT快速整体拆建天桥的基础上，研究并改善了跨线天桥快速整体拆建的关键技术，既保障了施工安全，又加快了施工速度,对同类型项目有借鉴意义。

关键词：公路跨线桥SPMT切割碰撞支座脱空
中图分类号：U445.4文献标识码：A DOI&10.3969/j.issn.1009-4539.2021.05.021
Technology Research on Demolition and Construction of Oveipass on
Expressway Based on SPMT
ZHANGShangweo
(China Railway12t h Bureau Group1ci Engineering Co.Ltd..XW an Shaanai710038$China)
Abstract:The construction technology of SPMT rapid overall synchronous demolition and construction of overpass is adopted in the T2bid project between Shuidou and Baisha section of Shenyang-Haikou Expressway.Through the research and improvement of the corresponding keg Wchnologies of beam cutting and transportation,the overall demolition and reconstruction of an overpass can be completed in the process of overpass demolition and construction with only3hours of closed traffic.In the project,an old bridge cutting anti-jamming device is designed to replace the Wadibonal plug pad steel plate,which is applied to the wire saw cutting operation,making the construction in a more secure and efUcient way.
Through the simulation of the overal l transportation path,the reasonable cut shape of the olU bridge body is proposed,which effectively aveids the collision phenomenon and the secondare cutting on site,and speeds up the construction process.A kind of Wmporara fixing device is designed to prevent the bearing from falling off during the beam moving operation,which can effectively reduce the beam stress and ensure the construction safety.On the basis of using SPMT to demolish and consteucttheoeeepa s,theUeytechnoaogyoftheoeeepa s osstudoed and ompeoeed,whoch notonayensueestheconsteuctoon safety,butaasospeedsup theconsteuctoon speed.Ithaseefeeencesognofocancefoesomoaaepeooects.
Key wo U s:highway overpass；SPMT；cutting；collision；bearing out
1引言
沈阳至海口高速公路水口至白沙段是国家高速公路网规划“二纵”G15沈阳至海口国家高速公路的重要组成部分，也是广东省“十纵五横两环”高速公路主骨架中第五条横线，现日均车流量达到
收稿日期：2021-0115
基金项目：中铁十二局集团有限公司科技研究开发项目（公司技[2019]408号-1）
作者简介：张上伟（1978—）,男，四川邻水人，高级工程师，主要从事桥梁施工技术研究工作；E-mail：****************
张上伟：基于SPMT的高速公路天桥拆建技术研究
98万次［门。

既有高速公路已无法满足现有交通量,
因此需进行改扩建。

其中,T2标段既有上跨天桥的桥
墩位于拓宽路基上，均需拆除重建。

由于传统爆破、机
械凿除或切割吊装等方式拆除上跨运营高速公路天桥
具有高速交通封闭次数多、时间长（10〜13h）、社会影
响大、安全风险高等缺点。

因此需采用新设备和新施
工工艺，并制定合理的拆除方案）2*（
自行式模块运输车！SeU-PTopel U d Module Trans­
porters,简称SPMT）不仅可以进行高度调节,还可进
行多种模式独立转向〔37,以SPMT为核心对旧桥
进行整体拆除移运、对新桥进行整体运输安装，符
合桥梁改造的发展趋势〔5*。

因此沈海高速公路水
口至白沙段T2标段的天桥拆除重建项目经方案比
选后采用SPMT技术进行。

2拟拆、建天桥概况
沈海高速公路水口至白沙段T2标段的旧桥拆
除与新桥建设同时进行,且新桥与旧桥相邻。

为揭
示桥梁正交与斜交对SPMT移运过程的影响，以该
标段中的一座正交桥梁（1#）与一座斜交桥梁（2#）
为例进行相关研究,1#和2#桥址处旧桥与新桥概况
如表1所示。

表1旧桥与新桥概况
桥址序号类型跨径/m桥宽/m截面形式
交角/
（s
1#拆除3x20+24+34.4+248变截面90新建40+3012等截面90
2#拆除24+34.4+248变截面62新建2X20+2X30+2X2012等截面120
3天桥拆、建方案
针对既有跨线天桥不同的结构体系及形式，首先通过现场调查，确定每座天桥模块车存放场地、拆除后梁体凿除场地或新建梁部拼装场地;其次,分析确定模块车移运路径并经BIM全程模拟，保证移运线路免受各维度施工条件的影响;最后，在不影响行车条件下采用绳锯对桥梁进行切割，使用SPMT整体移运到指定场地再进行破碎，实现对桥梁的快速拆除。

新建天桥施工工序与拆除相反。

天桥拆除新建施工流程如图1所示，整个过程仅需封闭交通3h,并可进行应急通车。

图1施工流程
4天桥拆、建关键技术研究
43旧桥切割防卡绳研究
使用SPMT移运旧桥前需将旧桥中跨部分梁体从整桥上进行切割。

目前，金刚绳锯切割在工程中的应用较为广泛，但切割过程中切割缝宽度会逐渐变小,极易发生卡绳现象。

常规解决方法为在切缝中塞垫钢板，但钢垫板由于无法固定，拆除时易发生滑落,引发安全事故,且影响施工进度。

为保障施工安全及加快施工进度,缩短桥下公路交通中断时间，亟需解决混凝土切割过程中的卡绳问题，项目研发了一种在绳锯切割过程中防卡绳装置⑹，保障了切割安全及进度，防卡绳装置见图2o
图2防卡绳装置示意
防卡绳装置由钢板、长丝杆和膨胀螺栓等组成。

首先根据切割构件的大小、重量以及受力情况等,选择厚度不等的钢板（厚度为10〜20mm）,钢板尺寸为15cm X40cm。

在两块钢板上分别开
张上伟：基于SPMT的高速公路天桥拆建技术研究
3个孔,然后将两块钢板长边焊接成L型，中间加设
加劲板。

当切割的绳锯完全进入混凝土或者结构物时,
使用膨胀螺栓在切缝两侧各固定一个防卡绳装置,
在钢板I外侧的两个对应孔中穿入长丝杆,靠近钢
板两侧安装垫片及两个螺母,利用螺母向相反方向
旋转时产生的反推力防止切缝向内收敛。

在钢板I中间孔内穿设一根不带螺母的螺栓，
在两个钢板I中间螺栓上填塞带孔钢板。

该钢板总厚度可随L型钢之间的距离进行调整。

在施工过程中，随时可停止切割，检查切缝变化，并旋紧螺母，在中间位置螺栓上持续加垫钢板，保证切缝宽度，防止卡绳。

4.2旧桥移运防碰撞研究
由表1可知,1#天桥与高速公路正交，施工时采用平面正八字、立面倒八字的切割方式，沿高速公路将梁体顺利移出,若采用相同切角移除2#斜交天桥,切块梁体在移出时将与剩余梁体发生碰撞,BIM碰撞模拟⑺见图3，因此可见斜交桥切块梁体发生碰撞的主要原因是梁体切口形状与移出路径的不匹配。

图32#天桥移出模拟(正切斜行)
经模拟发现，为避免碰撞,梁体切口形状和移运路径应满足如下的关系：移运路径需在梁体两端切割线所成夹角之间［8*。

根据现场情况提出了两种避免移运过程中发生碰撞的改进方案，分别如图4、图5所示。

图4梁体切口形状示意
(1)方案一:改变梁体切口形状
运梁车通常沿高速公路行驶，根据上述分析,改变梁体切口形状可以避免碰撞的发生。

如图4所示，桥梁拆除施工时通常将梁体切成八字形方便梁体移出，虚线1是与高速公路方向平行的切割线，只有当左边切割线位于虚线1的内侧时，梁体方能避免碰撞。

该项目旧桥为连续梁桥，切割后梁体两端为原支座处,梁体存在实心段,不便切割,因此在施工时应避开梁体实心部分，尽量切割空心箱室。

图4中给出了几种切割情况，经BIM)9-10*动态模拟后发现梁体均可顺利移出，无碰撞现象，建议在施工时采用左2右4的切割形状，既方便切割又方便移出。

(2)方案二:改变移运路径
若2#桥与1#桥采用同样的切口形状，如图5所示，则梁体初始移出路径也应保持相同。

即运梁车不沿高速公路行驶,而是沿着梁体两端切割线形成的夹角中心线行驶。

但原高速公路路面宽度不足，为保证运梁车行驶的平稳性,需将部分路面进行平整处理,充分利用高速公路原有路面可使平整场地的面积最小。

最终移运路经为:运梁车首先沿垂直桥面的方向移出桥位，然后斜行到公路原有路面,最后经过旋转沿高速公路行驶至存梁场地，如图5中①％②％③所示。

BIM动态模拟发现梁体无碰撞，施工可行，也印证了前文结论的准确性。

图5中内侧阴影面积即为平整场地的极限最小面积19m2，外侧阴影区域为向外扩展1m安全距离后的相对安全面积36m2o 总结以上研究，在应用SPMT工法进行旧桥拆除施工时，首先应根据桥位周围地理环境,选取合理的移运路径(例如:沿高速公路方向),且移运路径需在梁体两端切割线所成夹角之间%其次，设计
张上伟：基于SPMT的高速公路天桥拆建技术研究
合适的切口形状，最后将梁体移出桥位。

两种方案均能够有效避免梁体移出桥位时发生碰撞现象，同时也能避免现场二次切割,提高梁体移运效率。

4.2新桥移运支座脱空分析及防脱空措施
在运梁车移运过程中,由于路面不平整、SPMT 启，制动等因素，移运过程中可能出现支座脱空〔⑴现象,在分别对正交和斜交30m钢混组合梁桥进行分析后，将支座脱空工况分为:正交桥支座脱空、斜交桥钝角支座脱空和斜交桥锐角支座脱空三种工况，如图6所示。

關丨丨「
正交桥支座落空
斜交桥钝角支座落空
由图7可以看出支座脱空对梁体影响非常大:正交桥支座脱空时上缘压应力由1.58MPa增大到7-15MPa，下缘拉应力由16-6MPa增大到77-3MPa，应力最大增加4-66倍;斜交桥钝角支座脱空时上缘压应力由1.63MPa增大到6-52MPa，下缘拉应力由18.9MPa增大到71.7MPa，应力最大增加4倍;斜交桥锐角支座脱空时上缘压应力由1.54MPa增大到8-32MPa，下缘拉应力由17.4MPa增大到90-4MPa，应力最大增加5.4倍。

因此，在移运30m钢混组合梁时支座脱空引起梁体应力至少增大4倍，斜交桥锐角支座脱空比钝角支座脱空引起应力增幅更大。

由上述分析可知在移运时须防止出现支座脱空现象，尤其是斜交桥锐角支座脱空，因此项目研究了一种临时固定装置，如图8所示，固定装置主要由两块钢板和加劲板组成，钢板-与驮运支架用螺栓固定，钢板-与梁体紧密连接，该装置可将梁体与驮运支架紧密固定〔12*，有效避免了移运过程中的支座脱空现象。

\\\
斜交桥锐角支座落空
图6支座脱空工况
新建梁体每片梁分别设有4个支座，两侧共有8个支座，当发生支座脱空时，由于脱空的支座不对称，两片梁受力不一致，故将梁1和梁2的受力均列示。

由计算可得不同支座脱空情况下梁体的应力如图7所示。

图7中梁1坐标为0〜30m，梁2坐标 为30〜60m(
6-S——正交正常
1\――正交脱空
:八A
o A\M/^■20102030405060梁1/m梁2/m a.正交桥上缘正应力
o
o
o
o
o
o
2
2
4
6
8
0102030405060
梁1/m 梁2/m
b.正交桥下缘正应力
5结论
(1)防卡绳装置避免
了金刚绳锯切割时的卡绳
现象,提咼了切割效率。

(2)运梁车移运路径
需在梁体两端切割线所成
夹角之间，可使斜交跨线图8临时固定装置
；—斜交正常
■■■■辭交钝备脱空: ....令丰交锐角脱空酉
40 20
0 -20 -40 -60 -80
10
8
6
4
2
-2
_4---------------------------------40102030405060
m W w
\:V\/v
_豔交£常1/
卜—
—斜交钝角脱空亍
卜：…斜交锐侖膈豹........
0102030405060
桥一次切割完成,整体移出桥位，避免碰撞。

(3)支座脱空会使梁体产生较高的应力，斜交
桥锐角支座脱空对梁体更不利。

采用临时固定装
置,可有效避免移运过程中出现支座脱空现象。

(4)该项目采用SPMT工法整体拆建天桥具有对
既有高速公路封闭时间短，社会影响小的优点，工期
提前40d,节约施工成本300余万元，经济效益显著。

参考文献
梁1/m梁2/m c.斜交桥上缘正应力
梁1/m 梁2/m d.斜交桥下缘正应力
图7新桥梁体不同支座脱空情况应力图)1]王丹阳•天桥拆建同步！高速公路改扩建成广东交通基建重头戏)EB/OL].(2020-05-18))2020-08-24],ht­
tps:)/s?id二1666123277925161955&W V二spider&for二po.
)2]ARDANI A A,LINDSEY R,MALLELA J.One-weekend
张上伟：基于SPMT的高速公路天桥拆建技术研究
oob：eapod eemoeaaand eepaacementof4500South Beodge
in Salt Lake City,Uty[J*.Trysportation Research Re­
cord:Journl of the Trysportation Research Board,2010
(1):12-16.
[3]樊巍巍，李荣遵.SPMT液压平板车在大件称重中的应
用研究)J].起重运输机械,2015(5)&107-111.
[4]张强，赵建瑜,卢九章，等.SPMT在桥梁上部结构置换
工程中的应用)J].市政技术,2017,35(3)：47-49. [5]张学进，王羉.中心城区桥梁快速化拆除的施工技术
研究和实践)J].建筑施工,2020,42(2)&229-231. [6]中铁十二局集团第一工程有限公司，中铁十二局集团
有限公司.一种防止绳锯切割时卡绳的装置:ZL2019
21331440.X[P].2020-09-11.
[7]袁帅.BIM技术在山区峡谷大型铁路桥梁施工中的应
(上接第91页)
曲率半径不得小于9500m(对代表性桥静力计算结果如下:梁部横向自振频率为1.37Hz,梁部横向水平最大位移在离心力作用下为&3mm,在横向风作用下为4.1mm,在摇摆力作用下为1.4mm,梁横向水平位移合计为13.8mm,水平曲率半径为870471m,均满足欧标规范要求。

6结论
本文介绍了摩擦摆支座(FP)和铅芯橡胶支座的特点，通过选取代表性桥梁分别采用2种支座进行抗震效果对比研究，结果表明FP支座虽然在罕遇地震工况下取得非常好的减隔震效果，考虑到本项目桥梁个数较多，桥梁墩高和跨度种类较多，若选用FP支座则保险栓的尺寸种类太多不利于本项目支座设计和制造，且保险栓剪断后制作运输到桥位周期较长,不能满足大震后及时通车的需求。

而LRB支座计算、设计和制造均比FP支座简单，大地震后不需要更换支座,震后桥梁恢复通车及时性方面要优于FP支座，所以LRB支座在综合比较后最终被业主监理选用，采用LRB支座的桥梁在常遇地震和罕遇地震下可以大幅降低桥梁下部结构的经济指标，符合EPC模式下对项目经济性的要求。

参考文献
[1]卢兰刚.某软土地区桥梁抗震设计优化分析)J].铁道
用[J].铁道建筑技术,2020(2)：71-75.
[8]于向东，王慧慧.基于SPMT的斜交跨线连续梁快速拆
除及BIM技术应用研究)J].公路交通科技(应用技术
版),2020,16(11):225-228.
[9]张海华，刘宏刚,甘一鸣.基于BIM技术的桥梁可视化
施工应用研究[J].公路,2016,61(9)&155-161. [10]张丽萍，刘云鹏,刘德学，等.BIM技术在连续梁桥转
体施工中的应用研究[J].兰州交通大学学报,2019,
38(5)：7-11.
[11]周敏.城市高架桥匝道支座脱空成因分析、处理及预
防措施)J].铁道建筑技术,2014(11)&16-18,38. [12]中铁十二局集团第一工程有限公司，中铁十二局集团
有限公司.一种采用模块车整体移运梁体的固定装
置:ZL201921385784.9[P].2020-06-05.
建筑技术,2019(S1):94-97.
[2]胡焱文.河口黄河大桥减隔震措施研究[J].城市道桥
与防洪,2016(12):153-155.
[3]卢耀荣.中国与欧洲桥上无缝线路设计理念的差异
[J].铁道建筑,2006(1):73-75.
[4]何晓光，吴成亮，仝强.弹塑性钢阻尼器减隔震原理在
桥梁工程中的应用)J].中国市政工程,2013(6):27-
28,31,101.
[5]王葆茜，王冲8虽震作用下连续梁桥的减隔震控制研
究[J].工程抗震与加固改造,2013(3):71-76.
[6]朱腾宇，朱玉华.铅芯橡胶支座滞回特性的振动台试
验研究[J].结构工程师,2012(4):128-132.
[7]宋松林，武星.应用摩擦摆支座的连续梁桥地震响应
分析)J].公路,2013(6):116-118.
[8]于伟栋，张永亮，冯亚成，等.同球向双球面减隔震支
座关键部件力学参数影响因素分析[J].地震工程学
报,2019(5):1199-1206.
[9]王凯睿，徐秀丽,李雪红，等8虽震作用下减隔震桥梁
抗震性能试验研究)J].桥梁建设,2016(5):59-64. [10]陈长征，户东阳，李聪林，等.九度地震区近断层高速
铁路简支梁桥减隔震支座系统研究[J].铁道建筑,
2020(9):48-52.
[11]王东升，安正汉，孙治国，等.铅芯温度效应对隔震桥
梁地震反应影响研究[J].应用基础与工程科学学报,
2020(5) :1172-1186.
[12]张钦宇，闫聚考,许宏伟，等.地震作用下桥梁防碰撞
及防落梁措施研究综述[J].地震工程与工程振动,
2017(2) :132-141.。