隨著我國人們生活水平的提高以及公路建設與城市化進程的加快，部分城市和公路橋梁出現(xiàn)了規(guī)劃不滿足需求、通行能力不足、承載能力不夠等問題，多數(shù)需拆除或更換。針對眾多的橋下凈空≤10米、橋上或橋下日車流量≥40000輛或交通難以疏解的跨線橋、立交橋及主線橋梁，特別是在高速公路與大型城市環(huán)線改擴建工程中，需同步拆除或重建多座橋梁（橋梁群），傳統(tǒng)技術容易引發(fā)安全環(huán)保事故和交通擁堵。如何保障復雜條件下橋梁（群）拆除或更換達到安全、快速、低交通影響、環(huán)保的目標，是新時代我國橋梁工程的重大技術難題。
2006年，美國使用SPMT（自行式液壓模塊運輸車）施工工法，完成了州際高速公路230噸舊橋快速拆除，至今已完成100多座橋的快速拆除與更換，也制定了相關指導手冊。這項技術近年來被引入我國，并結合各大城市的特點，進行了大膽的革新與應用，較好地解決了部分橋梁拆除或更換的技術難題。如：北京市政路橋管理養(yǎng)護集團2011年采用專用馱運架一體機，在昌平西關環(huán)島橋快速移除了約500噸混凝土梁，并安裝了鋼箱梁；2015年，再次采用專用馱運架一體機，在北京三元橋快速安裝了約1300噸鋼箱梁。2018年1月，深圳市政設計研究院采用國際標準化SPMT，在深圳彩田立交橋分段快速移除了約200噸混凝土梁，并安裝了鋼便橋。這些工程實踐，為我國推廣基于SPMT橋梁拆除與建造技術積累了寶貴的經驗。
目前，我國相關設計、施工、安全控制、裝備系統(tǒng)研究與應用尚處于初級階段，既有應用工程中，單體拆除重量＜600噸，建造重量＜1400噸，橋下凈空＜7米，全封閉交通條件下的單次拆除與建造時間差異較大，既有技術和裝備的通用化、模塊化、智能化程度不足，尚不能解決我國大量存在的更大噸位、更大規(guī)模、更大凈空以及更高要求的橋梁（群）快速拆除與建造技術難題，也無相關的技術指南和標準。因此，基于SPMT的橋梁（群）快速拆除與建造技術的發(fā)展、進步空間巨大，推廣應用前景非常廣闊，非常有必要進行基于SPMT的橋梁（群）快速拆除與建造技術及其裝備系統(tǒng)的研究。
圖1 移運梁體重心計算模式
在實踐中摸索前行
為全面落實國家重點研發(fā)計劃課題——既有城市橋梁上部結構快速更換成套技術及裝備，和湖北省技術創(chuàng)新專項重大項目——千噸級梁橋快速更換技術及智能裝備，突破單體拆除重量≥3000噸、建造重量≥1500噸、橋下凈空≤10米、橋上或橋下日車流量≥40000輛，或者交通難以疏解的城市或公路中的橋梁，基于低交通影響、低環(huán)境影響、低社會影響的理念，依托上海、浙江、廣東、湖北等工程實踐，采用文獻分析、現(xiàn)場調研、理論計算、方案設計、精確監(jiān)造、裝備集成、現(xiàn)場試驗和工程示范等方法，擬系統(tǒng)進行關鍵技術和核心裝備系統(tǒng)的研發(fā)。
圖2 移運梁體48點支撐計算模型
創(chuàng)立了梁橋快速移除的多工況下舊橋結構與移除系統(tǒng)的計算分析模型，形成了設計體系，解決了復雜條件下超重（4400噸）、超大（整體平面尺寸99×18米，單體最大平面尺寸67.5×18米）彎（曲率半徑450米）坡（縱坡5%）梁式橋快速移除設計及其全過程動態(tài)計算難題。
創(chuàng)建了單體3000噸級超重彎坡梁段快速移除施工技術體系，工藝流程如圖3。
圖3 橋梁快速移除工藝流程
1.結合每座橋梁拆除的工程邊界及交通組織要求，設定SPMT車組的移運路徑，完成梁底改造與相關荷載試驗，準備SPMT馱運裝備、在線智能監(jiān)控設備和車載中央調度系統(tǒng)。
2.封閉橋上交通，對橋梁進行合理的分段分解，完成必要的體系轉換。
3.封閉橋下交通，利用SPMT馱運裝備（或提運裝備）和在線智能監(jiān)控設備將整孔或梁段按照“同步頂升、自駕移位、精準定位、穩(wěn)步落梁”等關鍵工序將梁體移至既定位置；梁群的快速拆除前需進行分類，確定分批拆除順序，同時采用車載中央調控系統(tǒng)集中管控多橋同步拆除，與交通封閉次數(shù)和時間匹配，循環(huán)拆除相關批次的橋梁或橋梁群，恢復橋下交通。
4.根據(jù)梁體凈空情況（大于6米時需先采用連續(xù)提升或交替頂升下降至6m以內）進行環(huán)保分解，并進行環(huán)保處理或資源化利用，清理現(xiàn)場后驗收。
提出了SPMT馱梁支撐系統(tǒng)快速拼裝技術：馱梁支撐由支撐鋼筒、標準鋼頂盒、水平連系桿等組成。支撐鋼筒均為精加工的標準節(jié)段，節(jié)段長度有0.1米、0.2米、0.5米、1米共4種，可根據(jù)不同的空間需求，通過法蘭螺栓連接為各種高度，標準鋼頂盒與鋼筒之間也為拼裝結構，連系桿與鋼筒之間通過節(jié)點板進行連接；拼裝過程中，通過設置底部臨時支撐系統(tǒng)以及兩側的保護支撐系統(tǒng)，使馱梁支撐直接在既定位置進行加工；在模塊車進入馱梁支撐底之前，先利用保護支撐系統(tǒng)支撐馱梁，然后模塊車頂升后移除兩側的保護支撐系統(tǒng)，有效利用了梁底施工空間，減少測量放線次數(shù)，確保了支撐柱與梁底的對中位置，減小了累計誤差，節(jié)約了施工周期。
研發(fā)了鋼混疊合梁快速建造施工技術體系，主要實施要點為——
1.在橋址附近建造預制梁場，采用快速預制方式預制拼裝鋼混疊合梁（新梁），并整體架設于馱梁支撐系統(tǒng)上養(yǎng)護。
2.結合每座新橋建造的工程邊界及交通組織要求，設定SPMT車組的移運路徑，完成梁底改造與相關荷載試驗，準備SPMT馱運裝備、在線智能監(jiān)控設備和車載中央調度系統(tǒng)。
3.封閉橋下交通，利用SPMT馱運裝備（或提運裝備）和在線智能監(jiān)控設備，將整孔或整聯(lián)鋼混疊合梁按照“同步頂升、自駕移位、精準定位、穩(wěn)步落梁”等關鍵工序將梁體移至既定位置；梁群在快速安裝前需進行分類，確定分批拆除順序，同時采用車載中央調控系統(tǒng)集中管控多橋同步安裝，與交通封閉次數(shù)和時間匹配，循環(huán)安裝相關批次的橋梁或橋梁群，解除橋下交通封閉。
4.安裝橋梁伸縮縫及附屬設施，清理現(xiàn)場后驗收通車。
研發(fā)了132軸高同步性SPMT并車裝備，由6個4軸線模塊、16個6軸線模塊及12個動力模塊（PPU）組成。通過系統(tǒng)解決多套裝備模塊化并車的轉向、行走驅動同步控制、多機協(xié)調控制、組合載重平臺運動控制規(guī)劃、多套裝備并車人機交互、行走路徑規(guī)劃，以及大型液壓、機械傳動系統(tǒng)設計、多套裝備多縱列多軸線模塊化并車規(guī)劃等關鍵技術，使得132軸4車組4點支撐并車同步精度達到14毫米，定位精度達到10毫米，三維調整誤差≤3毫米。
開發(fā)基于SPMT的橋梁（群）快速拆除與建造技術安全控制體系及智能監(jiān)測技術。立足于動態(tài)管理及系統(tǒng)評價的思想，建立并利用橋梁結構和拆除系統(tǒng)（SPMT系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)、分解系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)）或建造系統(tǒng)和地基基礎的安全計算模型評估，從人員、材料、設備、方法、量測、環(huán)境等6類安全控制要素著手，圍繞橋梁結構、地基基礎和移除系統(tǒng)或建造系統(tǒng)等3類結構安全，橋上、橋下和橋側等3類行人交通安全，吊裝、支撐、移位、分解、連接等5類作業(yè)安全，以及生產、社會等2類環(huán)境安全，通過安全風險識別→結構安全評價→拆除系統(tǒng)或建造系統(tǒng)安全評價→安全控制參數(shù)確定→施工安全組織管理→施工過程安全控制→施工安全應急等7個控制流程，按照3類結構、3類行人交通、5類作業(yè)和2類環(huán)境的安全指標及其預警值與限值（如支撐系統(tǒng)應力、傾角，SPMT系統(tǒng)的頂升與落梁速度、頂升反力，梁體實時位移和應力，地基沉降等）進行安全控制，從而形成一套以施工方為主、各方參與的全過程、全方位、實時安全控制體系（圖4）。
圖4 千噸級梁橋快速移除施工監(jiān)控安全控制體系
研發(fā)箱梁頂升、移運、落架同步控制技術和基于物聯(lián)網和大數(shù)據(jù)云平臺的智能監(jiān)測系統(tǒng)。梁體整體頂升、移運、落架時，梁體重量大，安全風險高，因此，同步性控制尤為重要。通過綜合移運前的頂升調試和試頂升，消除支架彈性變形及拼接縫之間的縫隙，實時控制SPMT車組的行車速度、壓力及壓力差，實時監(jiān)測各個支撐立柱的受力及均勻度（偏差不超過10%），確保移運及落架過程中的同步性和穩(wěn)定性。實現(xiàn)了3類結構的姿態(tài)、應力、變形與穩(wěn)定性、匹配性等多目標、實時同步智能監(jiān)控（圖5），系統(tǒng)保障了基于SPMT的橋梁（群）快速拆除與建造技術的安全。
圖5 監(jiān)測系統(tǒng)采集-傳輸結構圖
研發(fā)橋梁群快速拆除于建造中央調度系統(tǒng)。城市環(huán)線或高速公路中的橋梁往往形成橋梁群，為降低橋梁更換帶來的交通影響，需要將數(shù)個橋作為一個批次同步更換，工作面廣，投入設備多，安全風險高，管理難度大，因此集指令、調配、觀察、監(jiān)控于一體的中央調度系統(tǒng)尤為重要。建立完整的指揮管理體系，由中央調度控制室指揮各分部完成移運前馱運系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的調配與調試等施工準備，然后下達封閉交通指令，各分部同步開始移運。移運過程中各分部實時共享觀察數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)至中央調度室，中央調度室根據(jù)各分部現(xiàn)場情況調配人力物力等應急預案，保證各分部在規(guī)定時間內同步、安全、高效地完成梁體更換，保障了基于SPMT的橋梁群快速更換技術的安全及高效。
創(chuàng)新與應用
創(chuàng)新亮點
創(chuàng)新點1：創(chuàng)建了基于SPMT的橋梁（群）快速拆除與建造技術工藝體系，研發(fā)了132軸高同步性SPMT并車裝備，并車同步精度達到14mm，定位精度達到10mm，三維調整誤差≤3mm。解決了橋下凈空≤10m、橋上或橋下日車流量≥40000輛或者交通難以疏解的橋梁（可達3000t級）快速移除的技術難題。
創(chuàng)新點2：構建了基于SPMT的橋梁（群）快速拆除與建造技術安全控制體系，研發(fā)了基于物聯(lián)網和大數(shù)據(jù)云平臺的智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了移運梁體的實時空間姿態(tài)與應力、馱梁支撐系統(tǒng)的應力與穩(wěn)定，以及SPMT行走同步匹配性等多目標實時智能監(jiān)控。
創(chuàng)新點3：構件了基于SPMT的橋梁群快速更換的中央調度系統(tǒng)，研發(fā)了集指令、調配、觀察、監(jiān)控于一體的中央控制中心，實現(xiàn)了多點同時開工的橋梁群快速更換技術的安全、高效、可控。解決了橋梁群多點開工管理難度大、同步性控制差、資源調配難、施工影響不可控的技術難題。
圖6 上海S26公路入城段北翟路高架橋BDLK1-3實施效果圖
應用效果
基于SPMT的橋梁（群）快速拆除與建造技術具有非常強的生命力和推廣應用前景，可用于橋梁和大型結構的快速拆除與建造及移位工程，數(shù)萬座公路舊危橋的拆除工程，數(shù)千個潛在城市路口橋跨拆除和數(shù)百個潛在軌道與高架沖突的梁橋拆除與建造，也可用于大量的新橋跨安裝（特別用于橋梁ABC法建造），及其他結構物或特大件的移運工程，特別適用于單體拆除重量≥3000噸、建造重量≥1500噸、橋下凈空≤10米、橋上或橋下日車流量≥40000輛或者交通難以疏解的城市或公路中的橋梁工程。
目前，已通過上海S26公路入城段北翟路高架橋BDLK1-3（3×33米）連續(xù)梁橋快速移除工程、舟山市S73省道B匝道橋拆除工程、沈海高速開陽段上跨天橋（群）快速拆除與建造工程、武漢南四環(huán)擴建工程跨高速公路天橋快速拆除工程等項目的應用與示范，創(chuàng)造了單體超重（3050噸）彎（ρ=450米）坡（5%）混凝土連續(xù)梁橋1小時內的快速移除世界紀錄，并取得了多項研究成果。
