——交通运输部首批“平安百年品质工程创建示范项目”临猗黄河大桥建设纪实

　　2020年9月1日，中铁建投山西高速公路有限公司大军在山西西南部的黄河边安营扎寨，正式拉开了临猗黄河大桥建设的序幕。
　　开工建设以来，项目公司坚持以党建引领工程建设，在工程建设中本着“资源共享、优势互补”的原则，与项目沿线地方政府、各施工单位建立党建联盟，充分发挥党建联盟效应，形成了“党建实、组织强、联盟紧”带动“项目兴、企业强、发展好”的良好局面。
　　黄河作证，从第一根钻孔桩顺利灌注，主桥首个水中墩成功封底；从山西侧陕西侧钢箱梁先后开始顶推，到全线最后一个承台顺利完成浇筑，顶推突破2800米，一千多个日日夜夜里，项目部精心组织、科学管控、攻坚克难，在生态、质量、安全、科技等方面持续发力，积极创建平安百年品质工程示范项目，谱写了一曲惊天动地、气吞山河的壮歌。

牢记嘱托 绿色先行
精心打造黄河流域生态保护示范工程

　　深入贯彻落实习近平总书记考察调研山西重要讲话重要指示精神，践行黄河流域生态保护和高质量发展战略，在生态保护方面，采取了如下措施：
　　专项设计方面，一是主桥耐候钢的应用，改变了传统的喷涂方法，利用耐候钢的自身性能，避免对保护区的污染。二是采用不透光、折线型声屏障，最大限度地减少对周边鸟、鱼栖息地的影响，此外，结合风洞试验结果，采用折线结构形式声屏障，能有效减少涡振的影响，确保钢箱梁结构安全。三是径流排水系统，可对运营期雨污水进行收集和集中处理，避免直接流入黄河造成污染。四是路基防护及路面防撞护栏采用预制设计，通过集中预制、工厂化施工，减少现浇混凝土对环境的影响。
　　方案优化方面，一是优化主桥钢箱梁通风系统采用腹板预留孔洞的方式，改变传统的机械强制式通风为自然通风。二是采暖采用空气源热泵+地暖方式，改变传统采暖供热供电方式，减少碳排放。三是通过试验，探明黄河流域超厚砂层桩侧摩阻力及桩端承载力，优化主桥桩基2976延米。四是利用合铜高速路基，优化线路纵坡，调整顶推平台位置，平均降低桥高4米。五是通过优化主桥防渗化学材料、三赵线和站区同址合建等方案，最大限度地节约能源，打造节能工程。六是主桥采用多点同步步履式顶推施工，可以极大地减少钢梁安装的场地和吊装支架等大临工程，有利于黄河河道的水土保持，减少环境破坏。
　　施工组织方面，一是采用钢栈桥技术跨越黄河主河道，保证河道的完整，减小对河槽破坏和对鱼类生存环境的影响。二是主桥桩基施工搭设施工平台，设置泥浆箱、通过管道形成泥浆循环系统，定期清理，避免泥浆、钻渣流入黄河。三是主桥钢梁表面稳定锈层采用不含有机溶剂的水溶液，在厂内集中处理，避免现场涂装，造成环境污染。四是桥面板等构件的集中预制，减少了现场圬工量，降低污水、废弃物、噪音等污染。五是拌合站、钢筋加工场、组拼场全部采用封闭厂房加工制造，大型的施工机械安装消音降噪设施，配置智能除尘喷雾机，减少扬尘及噪声。六是采用蓝、绿色为主的标准化防护，减少对动物视线的干扰。七是及早启动绿化及恢复工程，提前为工程披上“绿衣”。八是建立统一的电子质检资料管理平台，实现检验批文档电子化储存、审批，提高了办公效率、减少了纸张的消耗，为项目低碳节能减排提供了支持。

抓实细节 精益求精
匠心铸造品质卓越耐久工程

　　在建设过程中，建立以展示、观摩、学习、培训、提升为主要元素的质量提升体验馆。通过设立实体构件展示、标准化施工工艺模拟、工序施工培训、质量通病教育、数字化质安监控等环节，展示钢筋连接、钻孔桩及墩身施工、钢箱梁加工等施工工艺，以立体视角培训教育，促进参建员工树立标准化施工意识和质量提升意识，全面提升质量管理水平。推广红外光谱沥青分析仪、水泥净浆撒布车、防撞护栏作业台车、钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、水中承台射水吸泥、防撞护栏自动夹具等四新技术的应用，在推动项目又好又快建设方面，起到了积极作用。
　　在品质提升和耐久性方面采取如下措施：2022年年初，引入长安大学与企业联合研制的振动搅拌机，提升了混凝土外观质量、强度及耐久性；墩身涉水部位进行防腐处理，增设破冰体，在保护结构安全的同时提高了耐久性；钢箱梁制造厂内制造采用各类自动化设备进行板单元加工，提高施工精度，保证板单元厂内制造质量；钢箱梁焊接采用双面全熔透埋弧焊，确保焊接质量。
　　通过以上管控措施，质量检验合格率达98.9%，为铸造百年品质耐久工程奠定坚实基础。

强化管理 严控过程
倾心构造安全文明标准工程

　　始终坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的工作方针，做到7个100%，实现“零事故，零死亡”“双零”安全生产目标。
　　安全职责全员化，构建“五个责任体系”，推动终端安全主体责任落实，将安全生产工作融入到项目决策、组织管理、资源配备、技术管理、安全监督、施工组织、现场管理等管理活动的业务流程，构建网格化管理，形成全员参与、各尽其责、协调联动、群防群治的安全生产新格局。
　　培训教育多样化，牢固树立“培训不到位就是最大的安全隐患”的理念。增强全员安全意识和一线作业人员操作技能，提高全员防范事故、科学应对突发事件的能力。结合不同施工阶段安全风险防控重点，编制年度安全培训计划。通过邀请专家举办安全知识讲座，开展安全专项方案培训、安全技术交底培训、操作规程培训、安全风险分级管控培训、班前讲话、安全应知应会知识培训、应急预案培训、观摩学习、专项培训、“VR＋实体”体验式培训、生产安全事故典型案例学习等多形式开展安全培训教育；对高处作业人员、高温作业人员按规定进行职业健康检查；按“一人一档”建立从业人员培训档案。
　　设备管理专业化，龙门吊、塔吊、施工电梯、提梁机、汽车吊、履带吊等起重机械，是本工程安全管理的重点和难点之一。为切实强化起重机械安全管理，充分发挥专业机构作用，防止因起重机械管理不规范，引发起重伤害事故，施工单位与起重机械检测单位签订了常年检查维护合同，运用专业化力量，提升了起重机械使用安全风险防范能力；双重预防制度化，坚持事故可防可控和隐患就是事故的理念，依法建立健全安全风险分级管控制度和安全生产事故隐患排查治理制度；采取技术、管理措施，及时发现并消除事故隐患，实现以安全风险管控为目标的安全生产隐患闭环管理机制；包保督导常态化，为切实打赢安全生产“双零”攻坚战，实现工程建设全过程安全生产，项目公司将各层级领导班子成员履行安全包保和督导检查职责作为强力落实安全生产责任，有效管控安全风险，彻底整治安全隐患，严防各类生产安全事故的重要抓手。
　　风险预控超前化，大桥所处区域地震烈度高，地质和风环境复杂，具有超长深桩、连续高墩、大跨长联等技术特点。为降低施工安全风险，在工程建设前期和施工过程中，始终坚持“超前预控、动态管理、专家治理”理念，强化设计与方案优化，组建专家管理团队，对主桥桩长、桥高、引桥桥跨、钢箱梁导梁、深基坑降水措施等方案进行多轮比选，优中选优，从源头做好安全风险防范。
　　监测预警智能化，大桥整个建设期，经历一年四季“桃汛、伏汛、秋汛、凌汛”四个汛期，为确保汛期作业安全，防范大风天气对高处作业、起重作业的不利影响，克服因起重操作不规范诱发起重伤害事故，在大桥建设中，引进了汛期监测系统、塔吊吊钩可视化监测系统和风速监测系统，依托智能化信息化，增强风险监测预警能力。
　　应急管理科学化，应急处置是保障生产安全的最后一道屏障。开工前，项目公司编制了综合应急预案，并按规定进行了备案，施工过程中各参建施工单位结合工程建设涉及的主要风险，编制了专项应急预案和现场应急预案，组建了兼职应急救援队伍，并组织参建全员进行了预案培训，与地方医院、消防等各应急救援机构建立了联动机制，在施工现场建立了应急物资库房，储备了必需的应急物资设备，完善了应急物资管理台账。年初根据施工计划安排和安全风险管控重点，编制年度演练计划，组织全员参与演练，及时总结分析演练情况，完善评估报告，针对预案及演练组织中存在的不足之处，进一步进行补充修订，形成科学完善的应急预案，发挥其快速应对突发事件的作用。

科技赋能 数字建造
悉心营造建设管理智慧工程

　　针对临猗黄河大桥技术特点及管理难点，创建了智慧建造中心，研发了基于BIM技术的智慧建造管理系统，实现了钢箱梁智慧之旅，钢箱梁虚拟预拼装、数字监控与智慧顶推。
　　智能化支座首次使用，为更好监测运营期间桥梁结构安全情况，大桥采用了智能化摩擦摆支座，支座最大承载力达到5500吨，将主桥支座的竖向承载力传输到监控中心平台，是目前国内大规模使用智能支座的项目，也是山西省首次采用智能支座的特大桥梁项目。
　　钢箱梁智慧之旅，将钢梁钢材出厂、板单元生产、板单元运输、节段组拼和节段顶推施工5个阶段的数据与BIM模型进行关联，实现对钢箱梁全流程监管，保证了建造过程的“可知、可测、可控”。
　　物料跟踪，将钢梁各构件物料的产地、型号、品牌、质检资料等数据与BIM模型进行匹配，实现全流程跟踪管理，管理人员可以通过扫描钢梁上的二维码获取单元件的钢材厂家、质量证明、检验报告等数据。
　　虚拟预拼装，采用三维激光扫描仪对钢梁单元件进行扫描并生成高精度点云数据，进行模拟预拼装，通过与BIM模型对比，实现单个节段拼装精度的精准控制，同时也可避免单个节段误差累计造成后续节段的精度问题，从而实现对安装精度的主动控制。
　　数字孪生，在BIM三维模型的基础上增加时间维度，分解后的BIM模型与施工计划进行绑定，将传统管理流程转移到云端，实现作业的申请及审批，利用模型状态色卡直观展示施工进度情况，实现对钢梁生产进度、组拼进度、焊缝检测进度的管理。
　　智慧顶推，主桥钢梁顶推施工控制千斤顶数量达140套，采用物联网技术对顶推控制参数（千斤顶的升降压力、升降位移等）和桥梁监测数据（主梁线形、主梁应力等）自动化采集、传输、匹配，通过BIM模型直接体现实时状态，将虚拟与现实有机结合，为项目决策提供数字化依据，为施工安全提供可视化保障。
　　成立了创新工作室，联合国内知名院校开展了抗震、抗风、超长顶推、智慧监控等课题研究。长联组合梁桥在结构形式上综合了钢箱-混凝土结构组合的优点，能够在满足设计要求的前提下降低主梁自重，充分发挥组合结构中各材料的力学性能优势，同时也具备连续梁桥的优点：变形小、行车舒适度好，养护简易。但其跨径较大，大吨位的支座需要定制，尤其在地震作用下结构动力响应复杂，再加上场地液化对结构基础的影响，桥梁地震易损性增加。采用SAP2000有限元程序，建立三维有限元动力计算模型进行整桥抗震性能分析，在高墩长联桥梁抗震设计中关注矮墩支座的地震响应，从而有效降低桥梁整体动力响应。综合考虑支座位移响应峰值及支座自复位等属性时，摩擦摆支座形式更能有效降低桥墩地震响应。
　　临猗黄河大桥钢箱梁顶推施工期较长，瞬时风速达39.5米/秒，从确保大桥钢箱梁顶推施工期抗风安全的角度考虑，采取适当的临时抗风措施以进一步减小钢导梁悬臂施工状态风致振动响应，从而提升大桥施工期抗风性能。综合考虑临猗黄河大桥进度与特点，采用在钢导梁设置非锚固式抗风措施方案。
　　开展桥梁智慧检测关键技术研究，采用智能监测设备与机械载运装备代替传统人工监测方式，实现桥梁线形、应力、振动、温度等关键监测指标的高效获取，有效防止主梁及临时支撑系统的变形、内力超限，并降低人力成本、提高检测效率、改善检测可靠性，从而达成钢箱梁顶推施工过程中信息化、智能化防控目的。
　　征程万里风正劲，重任千钧唯担当。2023年是全面贯彻党的二十大精神的开局之年，项目公司将全面贯彻落实交通运输部，省委、省政府，省交通运输厅的部署要求，坚持“稳中求进”工作总基调，持续抓好项目建设管理，确保生产安全，按期优质完成各项目标任务，兑现合同承诺，彰显央企责任担当，助力交通强国建设，以信心凝聚力量，以实干谱写华章。

工程概况

　　临猗黄河大桥及引线工程是菏泽至宝鸡国家高速公路(G3511)组成路段，项目起点与已建的闻喜东镇至临猗孙吉高速公路顺接，设特大桥跨越黄河后，终点止于陕西省合阳县，与陕西合铜高速公路相接，路线全长20.914公里，总投资46.45亿元，建设工期4年，运营期30年。
　　本项目按双向四车道高速公路标准建设，设计速度采用100公里/小时，路基宽度26米。主要工程内容有：路基土石方约661万立方米，桥梁6325.9米，互通式立交1处，服务区、主线治超站各1处。全线控制性工程为临猗黄河特大桥，全长5427米，主桥长3816米，桥跨布置为40x40+112+ 28x128+120米。大桥创下连续顶推长度（1912米）、顶推重量（5.7万吨）等四项世界之最，入选交通运输部首批“平安百年品质工程创建示范项目”清单及中国铁建智慧建造试点示范项目。

项目特点

　　工程地质复杂，桩基承台施工难度大。主桥自上而下主要为粉质粘土、细砂，基本未见基岩。不良地质主要为湿陷性黄土和液化土。主桥最大桩长95米，最大孔深约115米，钢护筒插打、垂直度控制困难，变径钻孔桩成孔及混凝土灌注质量控制难度大。承台施工具有水流冲刷强度大、土体富水、坑外土体压力大、开挖深度深（最深14.5米）、钢板桩插打难、水下封底混凝土质量不易控制、基底易隆起等特点，承台施工难度大。
　　桥位环境复杂，高墩平台施工风险高。大桥位于U型河谷，桥位设计风速为10级风，80米以上最大风速可达14级。主桥41-69号墩为连续高墩，最大墩高99米，最小墩高53米，平均墩高76米，70号台位于陡坡上，距离坡底70米，顶推平台及导梁拆除平台支架高度分别为50米、76米，墩身及顶推施工均为高空作业，作业空间小，安全风险高。
　　长联同步顶推，钢梁施工控制难度大。钢箱梁采用多点同步顶推施工，单跨顶推长度128米，连续顶推长度3816米。施工过程中要保证多点顶推同步，墩顶步履千斤顶定位准确，钢箱梁腹板受力均匀，顶推过程抗风稳定，核心钢箱梁抗扭达标，施工技术难度高。
　　生态环境敏感，施工环境技术要求高。大桥穿越两个国家级水产种质资源保护区、两个黄河湿地省级自然保护区，大桥建设对生态敏感区的影响主要为水体扰动、噪音、振动、灯光对鱼类、鸟禽栖息、繁殖产生负面影响。

建设成果

　　近年来，公司先后获得中国公路学会“天工杯”数字交通及智能建造技术应用大赛金奖1项；山西省地方标准2项、新型专利29项，省级工法2项，发表科技论文7篇；山西省转型项目建设工作“特别贡献奖”、劳动竞赛“功勋单位”等省级荣誉5项；集团公司荣誉10项。
　　截至目前，项目除主桥上部结构和机电交安房建工程外，其余均已完成。累计完成投资39.5亿元，占项目总投资的85%。控制性工程临猗黄河大桥主桥钢箱梁顶推开累完成2856米，剩余960米，计划年内顶推到位，实现大桥主体完成。
　　大桥建成后，将完善晋南地区出省便捷智能、绿色安全互联互通综合交通网络，使运城至铜川通车时间由4小时缩短至2.5小时，更与母亲河、保护区湿地、沿黄旅游公路、沿岸历史人文古迹纵横贯通，“邀”相呼应，助推黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略目标实现。

攻克六大难题

超长桩基础施工技术难题

　　临猗黄河大桥主桥采用大直径超长群桩基础，共720根灌注桩，平均桩长86米。为防范化解桥梁桩基施工风险，合理确定大直径超长桩成孔、成桩施工工艺，采用了基于自平衡原理静载试验方法对超长桩基础进行科研攻关。该试验采用荷载箱加压方式，将加压管及所需其他测试装置（位移、应变等）从桩体引至地面后灌注成桩。荷载箱以上部分获得反向加载时上部桩体的反应参数；荷载箱以下部分获得正向加载时下部桩体的反应参数。通过对加载力与参数（位移、应力等）之间关系的计算和分析，可以获得桩基承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力等一系列试验参数。综合分析试验位移曲线、桩身轴力分布曲线、桩侧摩阻力曲线与所对应的地质勘察报告，得出桩基承载力结论，试验桩实测极限承载力约为预估承载力的1.33倍；各持力土层桩侧摩阻力及桩端阻力较地勘报告提高1.21～1.38倍之间；根据桩基试验，对临猗黄河大桥主桥群桩基础优化桩长2976米。通过等比例桩基试验，确定了临猗黄河大桥桩基施工设备选型，施工工艺，桩基成孔泥浆比重、混凝土灌注塌落度等控制参数，为超长桩基施工提供技术数据支撑。同时，利用钢护筒同步扩孔施工工艺，解决了变直径桩施工技术难题。

钢混组合梁抗震技术难题

　　临猗黄河大桥地处强震地区，地质条件差，分布大范围的饱和砂土，地震基本烈度七级，地震作用下容易出现场地液化，从而引起的沉降，桩基变形，墩柱倾斜甚至落梁。为降低地震作用影响，开展了不良地质条件下高墩组合梁结构的抗震研究。临猗黄河大桥在结构形式上选用了钢混组合梁，降低结构自重，优化受力结构，发挥二者的力学性能优势；钢混组合梁也具备连续梁桥的优点：变形小、行车舒适度好，养护简易。
　　取40#墩和48#墩作为联端和联中典型桥墩进行分析，提取上述桥墩的支座位移和墩底内力的响应峰值进行分析，对比不同支座形式对高墩长联桥梁地震响应影响，计算了地震作用下响应，计算结果表明，普通球形支座约束桥梁的支座位移响应均大于摩擦摆支座约束，矮墩水平刚度大于高墩水平刚度，支座位移响应对地震强度的变化更加敏感，在进行高墩长联桥梁抗震设计时，更应该关注矮墩支座的地震响应问题。
　　根据以上研究，解决了高墩在地震作用下大位移、大吨位支座的选型难题，合理确定了大吨位支座选型问题，选用了双球面摩擦摆减隔震支座，利用支座滑动面延长振动周期，达到消耗地震能量的作用。

钢箱梁高位顶推抗风技术难题

　　临猗黄河大桥地处“U”形河谷，风环境复杂，且128米大跨近百米连续高墩跨越黄河，主梁高度处施工期及运营期基准风速达14级。大桥穿越黄河湿地自然保护区，主梁两侧需要设置2.5米不透光声屏障系统，对主梁风荷载和风致振动性能影响大。在研究过程中，重点关注了桥位处风特性参数，即桥位基本风速、风剖面指数，风攻角及大风天数等；钢混组合梁的风荷载和风致震动问题；施工期风荷载和风致震动问题，通过在风洞试验室模拟实际桥位处风特性进行研究，研发了折线型声屏障，极大降低了对主梁风致振动的影响。
　　同时为了确保大桥钢箱梁顶推施工期抗风安全，采取适当的临时抗风措施，进一步减少钢导梁悬臂施工状态下的风致震动问题，从而提升大桥施工期的抗风性能。经试验测定，紊流场下大桥悬臂端增设“非锚固式”抗风措施，有效降低了顶推最大悬臂状态下竖向、横向位移风致震动响应，保证高位长联顶推施工安全。

超长联智慧顶推技术难题

　　临猗黄河大桥针对钢箱梁顶推施工重难点及关键技术，以BIM结合物联网、地理信息系统、北斗导航、人工智能、大数据等技术，对钢箱梁板材出厂、板单元生产、板单元运输、节段组拼和节段顶推施工阶段的数据进行精准采集、高效存储和融合应用，建立BIM模型，同步研究出了一整套以钢箱梁智慧之旅为特色的智慧顶推平台系统，实现对钢箱梁全施工阶段的监控。
　　该平台系统对全桥3080个板单元，75万余条焊缝进行精度等级达400+地建模；将钢梁各构件物料基础数据与BIM模型关联匹配，实现钢箱梁全流程物料跟踪管理；采用TrimbleX7采集设备对钢梁单元件进行扫描并生成桥面点云数据，获取桥梁目标模型，进行钢箱梁顶推虚拟预拼装，实现单个节段拼装精度的精准控制；主桥钢箱梁顶推施工同步控制千斤顶数量达140套，使用物联网技术对顶推控制参数（千斤顶的升降压力、升降位移等）和桥梁监测数据（导梁线形、导梁应力等）自动化采集、传输、匹配，通过BIM模型直接显示顶推过程中的实时控制参数，实现钢箱梁虚拟与实际状态的有机结合，为项目安全盯控、执行决策提供数字化具体依据，提供施工安全可视化保障系统。

温度效应影响技术难题

　　临猗黄河大桥具有跨径大，钢混组合梁闭口截面，东西走向及日照温差大等特点，随着钢箱梁顶推长度越来越长（山西侧顶推长度1442.9米，陕西侧顶推长度1409.7米），日照温度逐步升高，温度对钢箱梁的影响增大，钢箱梁与临时垫座之间产生相对位移。通过对垫座摩阻力、温度效应等的模拟计算，确定了预防措施及后期监控方案。
　　通过计算，当摩擦力超过1500KN时，临时垫块之间会纵向滑动。因为临时支点由多层垫块组成，滑移层不确定。为解决临时支点受钢梁温度变化引起的纵向滑动，在临时支点上设置摩擦系数更小的结构层，摩擦系数为0.06-0.09，这样临时支点因温度变化的相对位移只能在这一个结构层移动，消除温度效应下钢箱梁产生的相对位移。经试验测定，滑动面滑板采用光面不锈钢板，减小摩擦力，滑动面涂油层并增加防护膜。滑动面尺寸总长度230厘米，宽度60厘米。

钢箱梁前导梁挠度技术难题

　　钢箱梁基本跨度128米，导梁前端挠度变形大，最大挠度约1.6米，钢箱梁上墩困难，原设计在钢箱梁顶推过程设置了36米高的吊索塔架以减少挠度便于导梁上墩。
　　先后三次组织专家对钢箱梁方案进行论证，最终于2021年8月17日评审通过，前导梁由原设计的76米“单鼻梁”优化为81.6米“双鼻梁”导梁，取消原设计吊索塔架。
　　导梁前端设置“双鼻梁”，每阶高度1米，循环调整垫块高度，实现导梁的无塔架上墩，保证了导梁上墩安全，实现了高墩大跨度钢箱梁无塔架顶推施工。

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文字/陈礼君 李晓燕 秦伟 宋柏（实习） 图片/刘济纬