新型数字化技术在龙埠立交枢纽施工中的应用研究

吴 勇

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西西安）

当前，我国桥梁建设正向工业化、数字化建造变革，传统钢结构桥梁制造技术存在工期长、难度高、安全性低等问题。数字化技术随之而来，为桥梁建设的可持续发展提供了强有力的支持。数字化技术实现了施工过程中的方案优化和信息匹配，对工程的设计、加工、施工等各个环节进行模型数字化、方案可视化和进度精确化，展现出项目管控的智能化、数据化、可视化等特性[1]。

本文主要介绍了在龙埠互通立交枢纽施工过程中新型数字化技术的具体应用。通过数字化技术，实现了智能监测、数字化模拟、数字化计算和数字化分析的应用特点，从而验证了道路桥梁施工过程中的智能化和数字化技术的先进可靠性。

济南至潍坊高速公路，是山东“九纵五横一环七射多连”高速公路网中“射三”线，西接京沪高速济南至莱芜段，东接潍日高速。项目全长162 km，设计速度120 km/h，双向六车道，路基宽34.5 m。一合同段起点桩号-K0+544.840，终点桩号K14+950，路线长15.495 km。

龙埠枢纽互通立交BK1+113.8 跨线桥钢箱梁共计两联，分别为第二联和第五联，第二联跨径布置为（33.3+34.7+33）m，第五联跨径布置为（33.1+29.3+30）m，钢箱梁平面位于曲线上，钢箱梁采用两箱单室结构，梁高1.8 m。箱梁顶板全宽13 m，两侧各设2 m宽挑臂，两个单箱箱宽均为2.5 m。钢梁顶面形成4%横坡，底面水平。桥面铺装采用10 cm 厚沥青混凝土+15 cm 厚C50 混凝土。龙埠枢纽实地航拍如图1 所示。

图1 龙埠枢纽实地航拍

2.1 数字化智能监测

龙埠项目钢箱梁施工采用顶推施工工艺，且钢箱梁平面曲线半径非常小，顶推过程中，为保证钢箱梁顶推沿设计轨迹平稳运行，内外弧的步履千斤顶需要进行“异步行程控制”，现有技术无法规避其潜在风险[5]。因此确保曲线钢箱梁按照设计的平面曲线方向精确顶推是施工的关键因素，利用先进的数字化智能监控技术，实现高精度的定位测量，智能监测与数据传输，实时掌握顶推施工进度和监测施工状态，及时规避风险的发生。

数字化监测的技术原理是实时读取顶推过程的桥位坐标并反馈到控制系统，由于本项目钢箱梁为小半径曲线构造，因此数字化技术针对该结构体系进行了顶推位置监测，并通过智能监测将钢箱梁位置转换为坐标数据，与设计的数字化模型空间曲线坐标进行拟合对比，智能监测顶推坐标如果与设计数字化模型曲线坐标数据有偏差，则顶推控制系统会根据偏差大小自动进行修正，确保顶推过程精度准确、安全可靠，如图2 所示，为数字化监测技术数据。

图2 智能监测与模型坐标数据对比

通过数字化模型对施工过程中的位移进行施工模拟，对比并提取相应的位移数据偏差，根据偏差判断顶推的安全性指标，为施工过程提供准确的数据支持。这些数据直接提供给顶推设备进行定位和顶推纠偏，实现顶推施工的自动化控制，提高了施工效率、精度和安全性。

2.2 数字化模拟

龙埠立交枢纽项目采用高墩柱和小半径构造的弧线顶推施工，墩柱高度达到19.84 m，这种施工方式因顶推和纠偏产生的水平力对高支架的影响非常大，导致顶推过程的危险系数高，工艺变得更加复杂。采用数字化技术创建精确的三维模型，模拟和验证顶推施工中跨路段的最不利工况。通过顶推过程的受力计算可以精确模拟顶推施工过程中钢箱梁的受力状态，决定顶推进度、纠偏量的大小，为实际施工状态过程提供了数据支持。

模拟结构受力分析，测算位移大小，对顶推钢箱梁结构的稳定性和刚度要求进行多次模拟验证。在顶推过程模拟分析中，钢箱梁通过桥墩时受到的侧向力和扭转力大小，通过结构计算来精确控制顶推力和方向，完美的数据在实际顶推过程中得到了实际验证。

如图3 所示，通过对该工况的计算分析可知，此时桥梁恰好处在跨路位置，且导梁未落在顶推支架上。此工况为本项目顶推时最不利工况。经过数字化模拟计算可知，此时钢箱梁最大应力为21.7 Mpa，满足结构安全要求，同时顶推过程利用钢箱梁自身重量来充当配重，在数字化模型中模拟各个工况负载和配重的数据大小，确保各工况安全运行。

图3 箱梁顶推最不利工况

通过数字化模型与结构计算来精确分析和控制钢箱梁的位置和姿态，以确保其顺利通过跨路段位置，通过将模型直接导入到结构计算软件，验证各个阶段的负载和配重数据，规避模拟出现的潜在问题，提高施工的可靠性。

2.3 数字化计算

钢箱梁在顶推过程中会不断出现力系转化，造成下部桥墩及支架体系受力变化的情况，为了确保施工支架体系的安全和稳定性，需要计算顶推支架体系的受力情况。

数字化计算能够快速、准确地完成顶推支架体系的建模、数据分析和结构优化，并采用力学模型进行承载能力计算。进行不同荷载组合状态下的最不利荷载分析，来确定支架的有效承载能力。

如图4 所示为顶推支架体系的受力分析结果，在计算时充分考虑了顶推支架体系的自重、箱体荷载、设备机具荷载、顶推过程活载等因素，综合的对支架体系进行了数字化计算。在顶推最重箱体30.1 t 时，为最不利工况，此工况下支架体系受到的荷载123 Mpa，满足结构安全要求。

图4 支架体系静荷载计算

利用对顶推支架体系进行受力分析、变形预测和稳定性评估，确定桥梁顶推支架体系的承载能力、稳定性及变形量，精确的预测出顶推支架体系的变形和受力情况，及时发现潜在的安全隐患，从而采取相应的措施加以改进，来确保支架体系的安全性和稳定性[4]。

2.4 数字化分析

使用移动数字化设备对该目标区域进行监测。通过监测获取到场地的地形地貌、建筑物、道路网络以及其他相关地理信息[3]。并利用获取的地理信息导入专业软件进行处理和分析，实时生成车流量信息，为后续的交通规划和顶推交通导改分析提供基础数据。

如图5 所示，在监测平台里，可以看到道路施工时，上跨的济南至潍坊高速公路车流量信息，通过专业软件能够自动获取车流量数据，通过软件自动生成的车流量数据，可智能预测未来的车流量，能够帮助施工人员判断封路的最佳时段和封路时间。

图5 数字化设备监测

通过数字化分析手段能够实时对不同时间段、不同路段的车辆数量进行统计和分析，可了解交通高峰期和拥堵路段的分布情况，为制定交通疏导方案提供依据，再结合实际情况和需求，制定最优的交通保畅方案，为本项目施工带来科学的数字分析。

我国正在由交通大国阔步迈向交通强国，《数字交通“十四五”发展规划》明确指出运用“互联网+交通运输”，通过数字化基础来全面展现出交通新业态，以提升安全、效能、服务品质为方向，发展数字化勘察设计、智慧基础设施、智能维护运营，助力开启桥梁基础设施建设的数字化、网络化、智能化融合发展新阶段[2]。

桥梁工程将全面实现数字化，总体遵循安全可靠、长寿耐久、优质高效、智能先进、绿色低碳的发展路径，进一步创新突破桥梁工程技术装备，为构建现代化的公路基础设施网络发挥重要作用。

近年来，随着科技的不断进步，数字化技术成为了现代桥梁领域中的主流趋势。在项目各个阶段都具有重要的作用，它改变了工程行业的传统施工模式[6]。将项目的整个施工过程更加可视化、高效化、精准化和智能化，让数字化技术的智能监测、数字化模型、计算与分析贯穿于桥梁设计、建造到运维管理整个阶段。引领桥梁行业走向智能建造的目标。

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