楊燦宣

（山東省萊陽市中交二航局青榮城際鐵路施工指揮部第一項(xiàng)目部，山東萊陽 265200）

0 引言

頂推施工方法的思想來源于鋼橋，但是目前國內(nèi)的應(yīng)用主要以混凝土連續(xù)梁橋的施工為主，而對(duì)于鋼橋的應(yīng)用則較少。鋼橋采用頂推法施工是在沿橋縱軸方向的臺(tái)后設(shè)置拼裝平臺(tái)，分節(jié)段吊裝拼裝，頂推到位再進(jìn)行下一節(jié)段的吊裝拼裝，直至施工完成。

鋼箱梁頂推施工要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜而漫長的施工過程。結(jié)構(gòu)中的各個(gè)部分是在分段施工中逐步形成的，各個(gè)施工階段不僅結(jié)構(gòu)形式不同，結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)、邊界約束條件、內(nèi)力和變形均隨著頂推過程的進(jìn)行不斷地變化著，并且每個(gè)截面都要經(jīng)歷正負(fù)彎矩的交替變化，施工荷載也與成橋狀態(tài)的設(shè)計(jì)荷載有一定的差異，鋼箱梁在定位焊接、頂推的過程中還受到大氣溫度、日照溫差等環(huán)境因素的影響。這些影響因素必然造成結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移隨著頂推施工的進(jìn)行變化而偏離設(shè)計(jì)值，因此必須進(jìn)行施工控制。從頂推施工橋梁的自身特點(diǎn)來看，為保證頂推施工順利進(jìn)行，在確保施工過程中結(jié)構(gòu)安全的前提下，使成橋狀態(tài)的幾何線形和內(nèi)力狀況最大限度地逼近設(shè)計(jì)要求，是施工控制的最終目的。為此，有必要在鋼箱梁頂推施工過程中預(yù)測(cè)和監(jiān)控變形情況和受力狀態(tài)，確定每個(gè)階段的受力和變形方面的理想狀態(tài)，控制施工的進(jìn)程。

1 工程概況

螺洲大橋北汊主橋?yàn)槟壳皣鴥?nèi)最大跨徑三塔自錨式懸索橋。主梁由四跨組成，分別是80 m（邊跨）+168 m（主跨）+168 m（主跨）+80 m(邊跨)，橋型立面見圖1所示。鋼主梁縱坡0.3%，曲線R=88668 m。該橋鋼梁全寬43.0 m，為雙箱單室結(jié)構(gòu)，由縱、橫梁和正交異性橋面板組成，鋼箱梁斷面布置見圖2所示。綜合螺洲大橋以上特點(diǎn)及通航要求，主梁鋼箱梁施工采用步履式平移頂推法施工工藝，由Z10墩（南）向Z6墩（北）方向頂推施工。

圖1 橋型立面布置圖（單位：m）

圖2 鋼箱梁斷面布置圖（單位：mm）

2 鋼箱梁運(yùn)輸方案

鋼箱梁由工廠加工完成，采用500 t的敞口舶通過水運(yùn)至拼裝平臺(tái)位置。鋼主梁安裝采用臨時(shí)墩法結(jié)合龍門吊提升到拼裝平臺(tái)，在拼裝平臺(tái)上轉(zhuǎn)體橫移就位；將2段箱梁在平臺(tái)上進(jìn)行連接，接縫采用焊接。安裝平臺(tái)長36 m，平臺(tái)基礎(chǔ)采用Φ1400×10 mm鋼管樁，為增強(qiáng)剛度和強(qiáng)度，在鋼管內(nèi)填充C25混凝土。拼裝平臺(tái)處設(shè)置吊重為2000 kN龍門吊，龍門吊的承重主桁架、行走系統(tǒng)、天車軌道高出平臺(tái)。

3 鋼箱梁頂推施工

3.1 施工準(zhǔn)備工作

3.1.1 臨時(shí)墩布置

為了減少鋼箱梁的應(yīng)力集中，在主跨內(nèi)布鋼臨時(shí)墩。單幅臨時(shí)墩基礎(chǔ)采用4根Φ1400 mm鋼管樁，從基礎(chǔ)到高潮位（+4.81 m）的墩身采用Φ1400×10 mm鋼管，樁基填充混凝土。從高潮水位以上采用Φ1400×10 mm的鋼管立柱。鋼管立柱縱向、橫向均采用Φ630×8 mm的鋼管聯(lián)撐連成整體以保證支架的穩(wěn)定性。鋼管立柱頂安裝I36工字鋼橫系梁組，橫系梁上支撐縱向分配梁及上面滑道荷載，并作為施工操作平臺(tái)，安裝水平千斤頂及液壓油泵、橫向?qū)蚣m偏裝置等。橫系梁上設(shè)置縱向分配梁，上面支撐滑道鋼墊梁。在縱向聯(lián)系梁兩端布置安放豎直千斤頂?shù)奈恢?，作為調(diào)整滑道與鋼主梁底標(biāo)高、頂推到位落梁用。頂推完成后進(jìn)行臨時(shí)墩的拆除，拆除方法同拼裝平臺(tái)。臨時(shí)墩構(gòu)造如圖3所示。

圖3 臨時(shí)墩構(gòu)造圖（單位：mm）

3.1.2 “鋼導(dǎo)梁”設(shè)置

目前國內(nèi)頂推施工中，一般另外設(shè)置獨(dú)立的鋼導(dǎo)梁，螺洲大橋鋼箱梁步履式平移頂推施工時(shí)采用了“無導(dǎo)梁”施工技術(shù)，即采用鋼箱梁本身的邊主梁做導(dǎo)梁的施工工藝，是對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)梁設(shè)計(jì)應(yīng)用的一大優(yōu)化，不僅有效地節(jié)約施工成本，而且加快施工進(jìn)度。

螺洲大橋鋼箱梁頂推代替鋼導(dǎo)梁作用的是用16節(jié)鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的邊主梁、6節(jié)橫梁輔以Φ426鋼管、I20及Φ14的纜風(fēng)繩拼裝焊接而成的，長56 m，重480 t，如圖4所示。

圖4 螺洲大橋“鋼導(dǎo)梁”實(shí)景

3.1.3 滑道及側(cè)限

滑道及側(cè)限是箱梁平穩(wěn)安全滑移的保證?；佬璞ＷC鋼主梁在滑道上的應(yīng)力均勻分布，避免局部壓力過大，產(chǎn)生變形，影響整個(gè)鋼主梁的線型及體系轉(zhuǎn)換后最終受力狀態(tài)。

其控制因素有：滑道標(biāo)高、平整度、側(cè)向限位裝置等因素。施工時(shí)計(jì)算出滑道頂標(biāo)高，進(jìn)行測(cè)量精確控制，要求平整度偏差小于1 mm；側(cè)向限位系統(tǒng)及時(shí)正確安裝完善。

3.2 頂推設(shè)備

3.2.1 頂推千斤頂

根據(jù)計(jì)算最不利工況下各點(diǎn)的最大頂推力約為100 t，故每個(gè)頂推點(diǎn)選用兩臺(tái)ZDL100自動(dòng)連續(xù)千斤頂做為頂推千斤頂。全橋共需要20臺(tái)。

ZLD100自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)由三部分組成，即自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂、自動(dòng)連續(xù)頂推泵站和主控臺(tái)。其控制過程是：用行程開關(guān)作為ZLD100自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)的動(dòng)作傳感元件，它將自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂活塞的位置信號(hào)傳遞給主控臺(tái)，主控臺(tái)將得到的信號(hào)進(jìn)行邏輯組合后，再將控制信號(hào)傳遞給自動(dòng)連續(xù)頂推泵站，自動(dòng)連續(xù)頂推泵站通過電磁換向閥去控制相應(yīng)自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂?shù)膭?dòng)作。該過程形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，能夠自行調(diào)節(jié)自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂?shù)母鞣N動(dòng)作。

3.2.2 豎向調(diào)整設(shè)備的布置

按照頂推時(shí)最大重量約10000 t，每條滑道最大受壓10 MPa計(jì)算，擬將臨時(shí)墩及永久墩滑道梁制作成寬60 cm，長5 m，高1 m的結(jié)構(gòu)，因此在每個(gè)墩上按每2.5 m滑道長度配置3臺(tái)300 t頂舉千斤頂及1臺(tái)ZB10-500液壓泵，每臺(tái)泵通過一個(gè)減壓閥控制一臺(tái)千斤頂，通過調(diào)整減壓閥的出口壓力可以限制千斤頂?shù)淖畲蟪隽?。豎向調(diào)節(jié)千斤頂安裝在滑道梁的正下方和墊梁上方，墊梁同時(shí)具有消散頂舉千斤頂集中力的作用，墊梁和滑道梁順橋向沿頂推方向一端安裝限位以抵消順橋向的水平推力（按30 t設(shè)計(jì)）。豎向調(diào)整設(shè)備由YDG3000S立式液壓頂舉千斤頂、ZB10-500液壓泵站及壓力監(jiān)控系統(tǒng)三部分組成。壓力監(jiān)控系統(tǒng)的壓力控制閥值可進(jìn)行人為設(shè)定，當(dāng)千斤頂壓力超過壓力控制閥值時(shí)自動(dòng)控制泵站對(duì)千斤頂進(jìn)行增壓或減壓，將壓力始終保持在設(shè)定的允許范圍之內(nèi)。同時(shí)壓力監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)有千斤頂活塞行程超限（超限值設(shè)定為活塞極限行程的±15%）報(bào)警裝置，當(dāng)活塞行程超限時(shí)，自動(dòng)控制頂推系統(tǒng)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警，提示操作人員及時(shí)調(diào)整頂舉千斤頂?shù)母叨?，避免頂推過程中支反力處于不可調(diào)的狀態(tài)出現(xiàn)。該系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)具有頂推最高控制權(quán)。由于鋼主梁的剛度較小且豎曲線變化較大，因此在頂推過程中需要不斷地調(diào)整滑道的高度，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的應(yīng)力。當(dāng)需要對(duì)滑道梁進(jìn)行豎向調(diào)節(jié)時(shí)，通過調(diào)整置于墊梁和滑道梁之間的YDG3000S立式液壓千斤頂?shù)幕钊谐虂碚{(diào)節(jié)受力，當(dāng)調(diào)整范圍超過千斤頂行程時(shí)需通過增減千斤頂鋼支墩（高度分為5 cm、10 cm、15 cm三種）數(shù)量來進(jìn)行分級(jí)分次調(diào)整。每輪頂推結(jié)束時(shí)需在滑道梁下方墊入臨時(shí)調(diào)整墊塊，然后千斤頂泄壓回程將負(fù)載從千斤頂轉(zhuǎn)移到墊塊上，避免千斤頂長時(shí)間受力。

3.3 頂推力的考慮

影響頂推力大小的因素較多，其主要因素有：

（1）頂推梁的恒重及箱梁上的施工荷載。

（2）頂推箱梁橋的縱向坡度。

（3）各滑動(dòng)支座的摩阻系數(shù)。

（4）各滑動(dòng)支座的高程誤差，以及鋼箱梁安裝平臺(tái)和各墩的沉陷引起的高差。

（5）頂推梁的梁底平整度，以及各節(jié)段連接處平整度的誤差。

（6）頂推梁自身的撓度。

（7）)縱向牽引力的對(duì)中作用。

上述因素中，有些可經(jīng)過合理施工避免。采用頂推施工，必須嚴(yán)格按操作工藝仔細(xì)施工，否則勢(shì)必增大頂推力，造成施工困難。

3.4 頂推施工操作

該橋主跨鋼箱梁在施工中采用“多點(diǎn)頂推，分級(jí)調(diào)壓，集中控制”的方法進(jìn)行頂推施工。多點(diǎn)頂推就是在每個(gè)臨時(shí)墩點(diǎn)都設(shè)置了動(dòng)力設(shè)備水平千斤頂；分散調(diào)壓則是液壓站上安裝有3個(gè)電磁換向閥，控制油壓不超過容許范圍。

鋼主梁及施工荷載總重約10000 t，全長496 m，標(biāo)準(zhǔn)段每延米鋼主梁約190 kN/m。啟動(dòng)摩擦系數(shù)0.08，滑動(dòng)摩擦系數(shù)0.05，鋼主梁縱坡0.3%，曲線R=88668 m，計(jì)算得到全橋最大的頂推力為800 t。

鋼箱梁頂推總長度約為496 m，每輪頂推一段距離后，需倒換一次或多次鋼絞線和設(shè)備，才能完成頂推。在施工過程中需注意以下幾點(diǎn)：

（1）首先選擇手動(dòng)模式，逐一將頂推頂前后主頂?shù)幕钊氐叫谐涕_關(guān) SQ1、SQ4位置后開始手動(dòng)頂推。主控臺(tái)操作人員按下“前頂進(jìn)”按鈕，油泵操作人員調(diào)整溢流閥的工作限壓，在 30%、50%、70%、80%、85%、90%、95%、100%最大經(jīng)驗(yàn)牽引力狀態(tài)下，檢查各受力結(jié)構(gòu)變形情況，如有異常立即報(bào)告。

（2）檢查油泵，頂推頂，前后夾持器，壓力表，鋼絞線是否異常。

（3）手動(dòng)操作頂推系統(tǒng)牽引主梁滑移啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)換至自動(dòng)運(yùn)行模式，進(jìn)行主梁的自動(dòng)連續(xù)頂推。當(dāng)頂推開始后，工人將從滑道前端吐出的四氟滑板，拿到滑道后端重新喂入。

（4）自動(dòng)連續(xù)頂推過程中傳感器實(shí)時(shí)對(duì)主梁的軸線偏移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)主梁軸線偏離設(shè)計(jì)軸線2 cm，則導(dǎo)向輪糾偏器后端的糾偏千斤頂啟動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)糾偏。

（5）自動(dòng)頂推過程中，應(yīng)注意記錄提升過程中的油壓最大、最小值。

（6）四氟板必須及時(shí)跟進(jìn)墊塞，鋼箱梁與滑道間不得脫空。

3.5 鋼主梁線型控制

3.5.1 中線限位裝置（側(cè)限）

鋼主梁底面是一個(gè)水平面，在底板兩側(cè)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)間距的螺栓孔，在工廠制造時(shí)一起做好。用槽鋼內(nèi)側(cè)電焊加強(qiáng)肋板加工成導(dǎo)向架，用螺栓將導(dǎo)向架和鋼主梁底板連接固定。導(dǎo)向架隨鋼主梁滑動(dòng)，可以拆下來后退周轉(zhuǎn)使用。在臨時(shí)墩上下游兩側(cè)設(shè)限位裝置，限位裝置下部為鋼結(jié)構(gòu)與臨時(shí)墩橫向分配梁焊接，上部安裝導(dǎo)向鋼輪。當(dāng)橫向偏位較大時(shí)采用水平千斤頂糾偏，千斤頂作用在橫梁的支座上。在鋼主梁頂推過程中，鋼主梁為對(duì)稱構(gòu)造，采用兩千斤頂對(duì)稱頂推，鋼主梁的偏位不大，在鋼主梁頂推未就位前，主要控制前方導(dǎo)梁的偏位來控制鋼主梁前方橫橋向偏位。所有次頂推離到位近 2 m時(shí)，采用小行程點(diǎn)動(dòng)、臨時(shí)墩的兩側(cè)限位鋼主梁下導(dǎo)向架來微調(diào)鋼主梁平面位置。每一個(gè)墩上都設(shè)置導(dǎo)向限位裝置是為了防止風(fēng)作用，確保鋼主梁在橋墩上的安全。在臺(tái)風(fēng)季節(jié)，臺(tái)風(fēng)來臨之前，在橋墩頂面與鋼導(dǎo)梁、鋼主梁之間張拉精軋螺紋鋼豎向拉桿，臨時(shí)固定。

3.5.2 標(biāo)高限位裝置

在每個(gè)墩的滑道上布置有 2臺(tái) 500t豎向千斤頂作為標(biāo)高調(diào)整的裝置（箱梁頂推就位調(diào)整梁底標(biāo)高時(shí)使用）。在懸索吊桿施工過程中，通過吊索拉桿接長的方式，來使吊索吊桿與鋼主梁間連接。

3.5.3 測(cè)量控制

鋼箱梁頂推過程中，測(cè)量控制因素主要是:鋼箱梁中心線及各墩頂偏位。隨著鋼箱梁的推進(jìn)，側(cè)向限位控制其中心線偏位在10 mm以內(nèi)，強(qiáng)力控制各千斤頂同步頂推，各臨時(shí)墩頂?shù)钠痪谠O(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。鋼箱梁頂進(jìn)時(shí)，測(cè)量人員跟蹤監(jiān)測(cè)各墩的偏位及梁體中心線位置，當(dāng)中心線偏移時(shí)，及時(shí)利用側(cè)向限位調(diào)整，然后將其鎖定;由于在第1～3段梁頂推時(shí)，箱梁自身導(dǎo)向性較差，必須加強(qiáng)測(cè)量控制，同時(shí)使用臨時(shí)導(dǎo)向設(shè)施或調(diào)整上下游連續(xù)千斤頂?shù)捻斄砜刂?。在頂推過程中對(duì)臨時(shí)墩頂瞬間偏位的觀測(cè)尤為重要，一旦墩頂瞬間偏位超過設(shè)計(jì)值，需立即停止施力，重新調(diào)整各墩頂施力分布，以保證各臨時(shí)墩的偏位滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

螺洲大橋?yàn)槟壳拔覈畲罂缍茸藻^式懸索橋，其主跨鋼箱梁采用頂推技術(shù)進(jìn)行施工，能有效地減少橋下環(huán)境對(duì)鋼箱梁安裝施工的影響,同時(shí)少占用橋下航道,保證橋下的通航。該工程采用無導(dǎo)梁技術(shù)，節(jié)約了成本，加快了施工進(jìn)度。頂推法在螺洲大橋?yàn)槠湓阡摌蛏系膽?yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]張鴻，張永濤，周光強(qiáng).大跨梁拱組合橋頂推法施工關(guān)鍵技術(shù)研究 [A].2010組合結(jié)構(gòu)橋梁和頂推技術(shù)應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].北京：人民交通出版社，2010.

[2]王衛(wèi)鋒，林俊鋒，馬文田.橋梁頂推施工導(dǎo)梁的優(yōu)化分析[J].工程力學(xué)，2007，(2).

[3]田啟軍，陳湘林.頂推施工中導(dǎo)梁的應(yīng)用與錨固措施的優(yōu)化[J].中外公路，2003，(12).

[4]許交武.自描式懸索橋施工技術(shù)研究[D].中南大學(xué)土木工程學(xué)院，2007.