劉 瑞

(中鐵十八局集團(tuán) 第五工程有限公司, 天津 300350)

1 工程概況

本項(xiàng)目位于河北省衡水市榕花大街。設(shè)計(jì)起點(diǎn)為既有大慶路，從北往南依次與既有京九鐵路、石德鐵路、站前路交叉，終點(diǎn)接于既有和平路。主線路線總長(zhǎng)為1133.741m。主線高架橋總長(zhǎng)度625.7m，橋?qū)?5m、28m，孔跨布置：3-3x30m連續(xù)箱梁+1-80m鋼管混凝土拱橋+3-3x30m連續(xù)箱梁，主橋采用頂推法施工，頂推段長(zhǎng)58m，梁體重4300t(含護(hù)欄)，頂推距離90m，軌跡為直線，無(wú)坡度，頂推就位后兩端為原位現(xiàn)澆，現(xiàn)澆段長(zhǎng)度均為10.9m，再進(jìn)行拱肋施工。

2 方案選定

衡水市榕花大街高架橋工程跨越六股鐵路，新建橋梁周圍全是住宅樓，施工場(chǎng)地狹小。本工程如果選擇轉(zhuǎn)體法施工，順鐵路方向預(yù)制轉(zhuǎn)體梁，周圍居民樓必須拆遷，拆遷費(fèi)用太高，因此我們考慮采用頂推法施工。

常規(guī)的頂推施工是將80m箱梁直接頂推跨越鐵路后落梁，頂推段現(xiàn)澆梁預(yù)制須要占用相鄰橋梁施工場(chǎng)地，會(huì)影響主橋兩側(cè)引橋現(xiàn)澆梁施工，整體工期將會(huì)增加。如采用80m整體一次頂推就位，頂推重量很大，增加了頂推控制難度。在查閱國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀及最新技術(shù)后，確定采用大跨度鋼管拱橋頂推施工技術(shù)。

大跨度鋼管拱橋頂推施工，將跨徑80m箱梁分為三段(頂推段58m、兩后澆段各10.9m)，將58m頂推段頂推至鐵路兩邊臨時(shí)墩后拆除導(dǎo)梁，進(jìn)行兩端后澆段施工，后澆段完成后在梁體上進(jìn)行鋼管拱拱肋安裝及吊索張拉。通過(guò)該方法施工，既解決了跨度大的難題，又減小了頂推重量，縮短了工期。

3 施工特點(diǎn)

(1)研發(fā)形成橋位支架分段現(xiàn)澆箱梁、設(shè)置前導(dǎo)梁及墩旁反力支架、連續(xù)作用千斤頂拖拉頂推技術(shù)，確保了運(yùn)營(yíng)線行車安全。

(2)研究確定的混凝土箱梁現(xiàn)澆中段頂推長(zhǎng)度，一次頂推跨越運(yùn)營(yíng)線，無(wú)需落梁。兼顧兩邊段與拱腳混凝土整體現(xiàn)澆，保證了設(shè)計(jì)施工質(zhì)量，具有創(chuàng)新性。

(3)通過(guò)滑塊限位、導(dǎo)向糾偏裝置、頂推千斤頂頂力糾偏方式糾偏以上三種種限位糾偏方式，確保了梁體就位精度。

(4)通過(guò)大跨度鋼管拱橋分段施工，減少了頂推重量，縮短了頂推段現(xiàn)澆梁占用相鄰現(xiàn)澆段時(shí)間，從而縮短了整體工期，增加了碗扣支架、模板、方木的周轉(zhuǎn)次數(shù)，節(jié)省了資金。

4 工藝原理

大跨度鋼管拱橋頂推施工，將箱梁分為三段(頂推段為58m、兩后澆段各為11m)，先將58m頂推段頂推至鐵路兩邊臨時(shí)墩上后拆除導(dǎo)梁，再進(jìn)行兩端后澆段施工，最后在80m梁體上安裝鋼管拱拱肋及吊桿張拉。

頂推法施工原理是頂推段箱梁通過(guò)滑塊作用于支撐墩上進(jìn)行預(yù)制，由墩身傳至承臺(tái)和樁基上。待箱梁主體施工完畢，進(jìn)行縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉后，通過(guò)水平千斤頂施力，借助滑道(鋼箱)、滑塊(由橡膠、薄鋼板、聚四氟乙烯板組成)滑動(dòng)裝置，克服滑塊與滑道之間的摩擦來(lái)達(dá)到梁體向前頂推[1]，頂推過(guò)程中對(duì)頂推段位置進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，利用導(dǎo)向糾偏裝置對(duì)頂推梁體位置進(jìn)行限制及糾偏，準(zhǔn)確就位后58m箱梁支撐于鐵路兩側(cè)臨時(shí)鋼墩柱上。

頂推就位后采用滿堂支架法現(xiàn)澆兩側(cè)各10.9m后澆段，并與支座連接完成80m箱梁預(yù)制。后澆段完成后進(jìn)行拱腳施工和拱肋安裝，鋼管拱肋通過(guò)搭設(shè)在80m箱梁頂面的支架采用分段拼裝，管內(nèi)混凝土采用泵送頂升壓注施工，由兩拱腳至拱頂對(duì)稱均衡地連續(xù)壓注完成。吊桿張拉采用應(yīng)力控制、應(yīng)變校核方法張拉，張拉完成后進(jìn)行橋面系施工[2]，拆除鐵路兩側(cè)臨時(shí)鋼墩柱后對(duì)吊索進(jìn)行一次調(diào)整，使其滿足成橋后吊索應(yīng)力要求。至此，80m鋼管拱橋完成。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

圖1 大跨度鋼管拱橋頂推施工工藝流程圖

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 支撐系統(tǒng)施工

橋梁頂推支撐墩共9組，其中2組混凝土主墩，7組鋼管臨時(shí)墩。主墩與臨時(shí)墩之間間距分別為15m、15m、15m、15m、15.65m、14.35m、150m、14.35m，墩柱最大跨度為50m。支撐系統(tǒng)布置圖如圖2所示。

圖2 臨時(shí)墩布置立面圖

臨時(shí)墩基礎(chǔ)采用8根直徑1.2m的鉆孔灌注樁，深度為15m-50m，臨時(shí)承臺(tái)采用2m厚混凝土結(jié)構(gòu)。L1#-L3#臨時(shí)墩采用4根(Φ800×12mm)鋼管連接而成，7#、8#、L4#、L5#臨時(shí)墩采用4根(Φ800×16mm)鋼管錨固在承臺(tái)預(yù)埋鋼板上，墩頂鋪設(shè)一層3cm鋼板與立柱焊接，作為滑道基礎(chǔ)平臺(tái)。為了確保各排臨時(shí)墩穩(wěn)定，縱向采用4根(φ406×8mm)鋼管聯(lián)成一體，橫向采用4根(φ406×8mm)鋼管聯(lián)成一體。

5.2.2 滑動(dòng)系統(tǒng)控制

頂推段在L1#～L3#墩上搭設(shè)滿堂支架預(yù)制，地基利用既有路面。腹板及橫梁處支架間距0.3×0.3m，翼板范圍內(nèi)間距為0.6×0.9m，其它部位支架間距0.6×0.6m，橫桿豎向步距均為1.2m。58m現(xiàn)澆梁支架全斷面進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓重量為1.2倍箱梁自重。為減少頂推過(guò)程中的水平阻力，箱梁預(yù)制時(shí)底板鋪設(shè)標(biāo)高需嚴(yán)格控制，要求箱梁底板高程符合設(shè)計(jì)要求且相對(duì)高差小于5mm。

圖3 58m頂推箱梁預(yù)制圖

本工程滑道采用點(diǎn)式滑道，分別在7#、8#、9#永久墩，L1#～L5#墩共布。

設(shè)8組滑道，每個(gè)墩上對(duì)稱布置兩條滑道，全橋共16塊滑道?；腊惭b標(biāo)高嚴(yán)格控制，單個(gè)滑道安裝標(biāo)高控制在1mm以內(nèi)，同墩兩滑道標(biāo)高差控制在2mm以內(nèi)?；瑝K續(xù)放間距不超過(guò)5cm，四氟乙烯面和不銹鋼板接觸面之間涂抹硅脂潤(rùn)滑劑以減少頂推摩阻力，保證靜摩擦系數(shù)≤0.08，動(dòng)摩擦系數(shù)≤0.045?，F(xiàn)場(chǎng)備用部分薄厚不一鋼板(2mm、3mm、5mm)防止滑塊與梁底脫空。

頂推過(guò)程中滑道上滿鋪滑塊，滑塊采用橡膠、鋼板和一層2mm聚四氟乙烯板(F4)壓制而成，總厚度為30mm，尺寸為99×50×3cm，抗壓強(qiáng)度不小于20MPa。

5.2.3 頂推導(dǎo)梁安裝技術(shù)

為保證箱梁頂推過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全，在頂推段前進(jìn)方向設(shè)置了長(zhǎng)36m的導(dǎo)梁，導(dǎo)梁前端設(shè)置于L4#墩上?？缭借F路時(shí)混凝土梁最大懸臂僅為14m，根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)受力滿足要求[3]。

導(dǎo)梁長(zhǎng)36m，由4段組成，預(yù)埋段A段(長(zhǎng)3.2+6m)、B段(長(zhǎng)10m)、C段(長(zhǎng)10m)、D段(長(zhǎng)10m)，頂、底板、腹板均為Q345D鋼板。高度由3.3m變化為1.5m，上下翼緣寬度由1.5變化為0.8m，上下翼緣鋼板厚度由50mm變化為28mm，兩腹板厚度由40mm變化為24mm。各節(jié)段間對(duì)接采用10.9級(jí)M30高強(qiáng)螺栓,預(yù)拉力為360KN。兩片導(dǎo)梁腹板通過(guò)鋼管橫聯(lián)形成一體。加工選用有資質(zhì)的專業(yè)加工廠制作，并在加工場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行試拼裝。導(dǎo)梁安裝完成后張拉錨固預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

為檢驗(yàn)鋼導(dǎo)梁與主梁連接強(qiáng)度，避免在正式頂推過(guò)程中，因?qū)Я号c主梁連接處強(qiáng)度不夠?qū)е逻B接處拉應(yīng)力過(guò)大造成連接處混凝土開(kāi)裂，無(wú)法頂推，影響鐵路行車安全。本工程在正式頂推前模擬頂推最大懸臂狀態(tài)對(duì)導(dǎo)梁進(jìn)行預(yù)頂試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)出導(dǎo)梁自身強(qiáng)度及鋼混結(jié)合部位強(qiáng)度。頂推前對(duì)導(dǎo)梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)箱梁前端至5#臨時(shí)墩前14m時(shí)，箱梁與導(dǎo)梁接縫處受力最大，每片導(dǎo)梁的彎矩為53500KN/m[3]。導(dǎo)梁安裝完成后，在距箱梁與導(dǎo)梁接縫20m處(9#墩上)采用400t千斤頂向上頂升。單側(cè)導(dǎo)梁達(dá)到最大正彎矩頂力為53500/20=2675KN，同時(shí)，需克服導(dǎo)梁自重為800KN，總頂升力為3475KN。試頂力應(yīng)逐級(jí)加載，在克服自重后，加載應(yīng)先加預(yù)頂力的50%，然后按預(yù)頂力的10%逐級(jí)加載，并對(duì)導(dǎo)梁與混凝土連接處及導(dǎo)梁自身應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，避免發(fā)生異常現(xiàn)象。在頂推過(guò)程中導(dǎo)梁最大撓度設(shè)計(jì)值為14.9cm，導(dǎo)梁荷載試驗(yàn)測(cè)定的撓度為15.1cm。

5.2.4 導(dǎo)向糾偏技術(shù)

頂推就位精度允許偏差要求為10mm，本工程主要采取以下幾種糾偏措施：

(1)滑塊擋塊限位

利用設(shè)置在滑道與滑塊外側(cè)的限位擋進(jìn)行箱梁限位，滑塊續(xù)放時(shí)貼近限位擋塊續(xù)放，通過(guò)限制滑塊偏移來(lái)進(jìn)行梁體運(yùn)動(dòng)軌跡限位。

(2)限位滾輪限位及糾偏

利用布設(shè)在箱梁邊腹板兩側(cè)的共4組限位導(dǎo)向裝置進(jìn)行箱梁頂推過(guò)程限位及糾偏，導(dǎo)向限位裝置安裝時(shí)與梁體保留1cm～2cm空隙，頂推過(guò)程中梁體發(fā)生偏位時(shí)利用油泵控制滑輪與梁體間隙進(jìn)行糾偏。

(3)千斤頂頂力糾偏

利用2臺(tái)連續(xù)頂推千斤頂頂力大小調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)梁體糾偏，頂推過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整千斤頂頂力進(jìn)行糾偏，如梁體往東側(cè)偏移，則適當(dāng)增大東側(cè)千斤頂頂力，如梁體往西側(cè)偏移，則適當(dāng)增大西側(cè)千斤頂頂力，通過(guò)以上方式同樣可起到調(diào)整梁體位置的作用。

5.2.5 頂推施工

(1)頂推動(dòng)力系統(tǒng)

本工程頂推選用2臺(tái)ZLD300連續(xù)千斤頂、配套泵站系統(tǒng)及1套連續(xù)頂推自動(dòng)控制系統(tǒng)，ZLD300連續(xù)頂推千斤頂安裝在L4#墩位處的反力墩上，每個(gè)千斤頂通過(guò)19根Φ15.24mm鋼絞線與梁尾端的拉錨器相連共同組成牽引系統(tǒng)，牽引索安裝時(shí)逐根使用25t千斤頂施加3KN左右力預(yù)緊，保證均勻受力。

(2)試頂推

頂推段運(yùn)行距離為90m，頂推重量為4300噸。正式頂推前需進(jìn)行試頂推，試頂距離為4m。試頂上記錄相關(guān)參數(shù)，并與理論參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)調(diào)整頂推相關(guān)參數(shù)。試頂記錄數(shù)據(jù)如下：

1)頂推力大小(初始、正常運(yùn)行、停止后再啟動(dòng))、頂推速度、頂推摩擦系數(shù)、各種設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵點(diǎn)的受力情況、頂推過(guò)程中監(jiān)測(cè)等情況的記錄。

2)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行分析，并與計(jì)劃值進(jìn)行比較，如有偏差，及時(shí)作出調(diào)整，使頂推各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到計(jì)劃值，確保正式頂推順利進(jìn)行。

(3)正式頂推

正式頂推時(shí)封鎖鐵路進(jìn)行頂推，頂推先采用手動(dòng)模式，然后轉(zhuǎn)換到自動(dòng)運(yùn)行同步模式，主控臺(tái)操作人員利用筆記本中控臺(tái)連續(xù)自動(dòng)頂推系統(tǒng)，使2臺(tái)千斤頂統(tǒng)一同步頂推，進(jìn)行主梁的自動(dòng)連續(xù)頂推。

頂推開(kāi)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，必須保證相鄰兩塊四氟板間間隙小于5cm，直至頂推完成。滑板喂入時(shí)需緊貼限位擋塊喂入，同時(shí)需將滑板表面雜物清理干凈并隨時(shí)涂刷硅脂以減少摩擦力。頂推時(shí)每個(gè)點(diǎn)位設(shè)專職管理觀察滑板喂入及是否有脫空情況。如滑板發(fā)生脫空或無(wú)法喂入，立即更換不同厚度滑板保證梁底全部鋪滿滑塊。頂推過(guò)程中對(duì)梁體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每2m報(bào)橫向偏移位置，同時(shí)對(duì)梁體進(jìn)行糾偏。

通過(guò)對(duì)頂推支撐系統(tǒng)、滑動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)梁安裝、糾偏系統(tǒng)、頂推同步施工技術(shù)等關(guān)鍵控制點(diǎn)位的技術(shù)研究及運(yùn)用，避免頂推施工過(guò)程中發(fā)生任何安全或質(zhì)量事故，保證了鐵路不間斷安全運(yùn)營(yíng)，間接經(jīng)濟(jì)巨大。

大跨度鋼管拱頂推施工與普通現(xiàn)澆箱梁頂推施工相比，現(xiàn)澆梁截面尺寸較小，減少了頂推重量，節(jié)省了較大的混凝土、鋼材用量，符合建筑節(jié)能工程的有關(guān)要求。大跨度鋼管拱頂推施工為特殊條件下的跨越鐵路施工方法提供了新的思路，有利于規(guī)?；瘧?yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

大跨度鋼管拱頂推施工比普通頂推施工提前了至少兩個(gè)月的時(shí)間，為后續(xù)橋面系列施工和附屬工程施工贏得了寶貴的時(shí)間。解決了橋梁引道窩工的問(wèn)題，減少了社會(huì)資源的浪費(fèi)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為特殊條件下的跨越鐵路施工方法提供了新的思路，取得了良好的成效。同時(shí)，為大跨度鋼管拱頂推施工跨越鐵路線路施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。

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