羊建峰 朱喬元

摘要：針對鋼箱梁橋大跨度、懸臂長、重心高、重量大等特點，研發(fā)出步履式平移頂推裝置，可滿足梁拱等組合體系和寬幅多箱室鋼箱梁、鋼桁架橋的整體頂推要求。以杭州九堡大橋和蘭州深安黃河大橋為系桿拱梁、常州星港大橋鋼箱梁等鐵路鋼桁架橋梁拖拉法頂推成功實施，其中鋼箱梁結構頂推，比系桿拱肋組合結構橋梁步履式頂推施工更難，對促進頂推設備研發(fā)及推進頂推技術在不同橋型結構中的運用發(fā)展更有重要的意義。

Abstract： Aiming at the characteristics of steel box girder bridges， such as large span， cantilever length， high center of gravity and heavy weight， a walking type translation pushing device has been developed to meet the overall pushing requirements of beam-arch combination systems and wide multi-chamber steel box girder and steel truss bridges. The dragging method of railway steel truss bridges such as Hangzhou Jiubao Bridge and Lanzhou Shen'an Yellow River Bridge as tied arch girder， Changzhou Xinggang Bridge steel box girder and other railway steel truss bridges have been successfully implemented. Among them， the steel box girder structure is pushed better than the tied arch rib composite structure. It is more difficult to construct bridges with walking jacking， which is of great significance for promoting the research and development of jacking equipment and the application and development of jacking technology in different bridge structures.

關鍵詞：步履式頂推裝備;鋼箱梁橋;施工方案

Key words： walking jacking equipment;steel box girder bridge;construction plan

中圖分類號：U445.462? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0242-03

0? 引言

近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，橋梁建設也順時代朝流，新型橋梁結構在不斷推出，各種結構類型的橋梁施工也正朝著大型化和大跨度方向發(fā)展。施工工藝也隨著科技化、機械化得到不斷的創(chuàng)新，施工裝備正朝著系列化、精細化、微電子技術信息化前進。以橋梁施工中的頂推裝備為例，自國外上世紀50年代末相繼采用頂推施工建造了多座砼結構的橋梁架設以來，我國也在70年代首次在鐵路橋梁建設中運用頂推法施工。此后一直在公路、鐵路等各類其它建筑中迅速推廣應用。頂推技術主要具有占地空間少、不影響交通行通、質量相對穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點。在架橋工藝中具有很強的竟爭力，目前采用的頂推施工方法有連續(xù)千斤頂拖拉法、單油缸長行程千斤頂頂推法、多臺千斤頂組合頂升滑移法等顯多樣化;從單點集中頂推到多點分散布置頂推、從間歇式頂推向連續(xù)頂推。

1? 工程概況

常州市星港大橋工程位于常州市鐘樓區(qū)，跨越新京杭大運河，通航等級為III級，通航凈空為70×7m，主橋鋼箱梁全長220m，邊跨鋼箱梁橋面寬39.3m，中跨鋼箱梁橋面采用變寬度，寬度為39.3～45.8m，橋面設2%縱坡和1.5%橫坡。橋面系采用正交異性板結構，變寬度等高截面連續(xù)鋼箱梁，全幅單箱七室等高鋼箱梁，梁高2.8～3.0m，橋面中間設置主拱肋、2個邊拱肋及相應連桿和吊桿。

2? 總體施工方案

根據(jù)現(xiàn)場工況條件，主跨跨越100m寬的京杭運河，河道航運交通十分煩忙;橋位左右兩側上空均有110～220kV的高壓線，凈空高度在15～20m左右（最低處距地面20m，距橋面15m），兩高壓線間水平距離為45m，鐵塔邊線距離為48.5m（橋面處）;5#墩～6#墩和7#～8#～9#墩地面下埋有大量的生活垃圾，深度在3～5m，不能作為承載力較大的持力層和運輸?shù)缆肥褂?，需要大面積換填補強處理。

根據(jù)設計圖紙結構特點，結合現(xiàn)場工況條件，經過多次對該工程施工過程中的重點和難點的分析，和多種安裝施工方案的比選，結合現(xiàn)有的施工機械設備，并對目前頂推設備等其它安裝機械裝備的綜合分析研究，決定現(xiàn)場安裝總體方案是：先橋面后拱肋結構。考慮主橋220m長，豎曲線大、縱坡、預拱度等橋面結構因素帶來的，影響施工安裝的風險。對橋面箱梁頂推進一步的分析，決定縱向頂推中跨橋面長度為130.8m。采用多支點步履式頂推頂升的施工工藝;其余東西兩側邊跨鋼箱梁采用胎架平臺運輸、安裝、焊接的施工工藝;拱肋結構采取橋面搭設拱肋拼裝支架，汽車吊抬吊安裝、焊接的施工工藝。

3? 步履式頂推施工準備和措施

本橋梁為箱梁、拱肋組合結構，如采用拱梁組合體，一次性頂推安裝工藝，從橋梁鋼箱梁結構形式到頂推安裝，都存在較大的結構性不足。從水上塊體件拼裝，轉為陸地拼裝，降低了水上大面積作業(yè)對航道的影響和水上作業(yè)的安全隱患;也解決了高壓線有限空間內的安裝安全問題。但該橋梁頂推過程復雜，結構受力敏感，傳統(tǒng)的頂推工藝和裝備難以滿足施工需求;為此采用部分橋面系頂推，對選用的頂推設備進行較大改進和創(chuàng)新。特別頂推裝備液壓受力移動和計算機控制技術的互為交換，需要改進運用，來滿足該橋箱梁頂推過程中復雜的受力指標和有關的體系受力轉換。從橋梁結構自身長的強度、剛度、穩(wěn)定性以及航道的最小通航寬度出發(fā)，到高壓線有限空間內的安裝等安全問題，都必須有充分的施工準備。

3.1 頂推模擬分析驗算? 首先對該橋梁部分橋面結構單跨分三次拼裝連續(xù)頂推施工，進行實體頂推全過程模擬分析計算，為導梁、支墩、鋼箱梁內部結構等各階段的受力提供了理論依據(jù)，也為頂推自動化控制做好了技術保障。該橋采用橋梁結構有限元軟件 Midas Civil 2017進行分析。對拱腳段鋼結構在步履式頂推施工中局部應力和局部變形，采用土木工程非線性及細部分析軟件 Midas FEA V3.8.0 對頂推施工中最不利關鍵施工階段進行空間有限元實體模型分析。由于本橋結構復雜、空間效應明顯，鋼導梁和鋼管桁架梁采用梁單元模擬，單箱七室鋼箱梁則采用空間梁格系模擬。以每次頂推行程為800mm，進行梁體施工全過程中的結構分析，該分析分成了步履頂推狀態(tài)和超墊支承狀態(tài)兩種結構模型。并對鋼箱梁出現(xiàn)的偶然荷載所引起的頂推敏感性變化也進行了分析計算，確保頂推鋼箱梁腹板和底板等內部結構安全。經過分析，支承處局部鋼箱梁的底板Von Mises最大應力為290.09MPa，頂推中腹板VonMises 最大應力為 367.17MPa。對頂推過程中存在的頂推腹板、底板受力過大、拱腳段部分拱肋和橋面連結鋼板等應力偏大，以及成橋后的結構都作了相應的結構、形狀、板厚、數(shù)量等調整加強。同時對頂推裝備的油缸、滑道、行程、油壓也進行了創(chuàng)新改進。

3.2 頂推臨時措施? ①鋼導梁。前置鋼導梁是頂推懸臂狀態(tài)下橋梁結構過墩的必要措施，采用強度高、輕型材料、不同截面設計更為重要。其目的一方面減小鋼梁在頂推過程中的懸臂長度，降低懸臂狀態(tài)下負彎矩峰值;另一方面引導鋼箱梁上臨時鋼管支架墩，也便于頂推過程中鋼箱梁糾偏。目前國內常用的結構形式有桁架梁和鋼板梁。它對頂推施工中主梁受力有重大的影響。導梁的長度、剛度和重量，會使與主梁接頭處的負彎矩和支反力值相應增加。最佳合理方法是使主梁最大懸臂負彎矩與使用狀態(tài)支點負彎矩基本接近;在滿足強度和穩(wěn)定性的條件下，宜選用較少重量的變截面導梁，以減少頂推時主梁最大懸臂狀態(tài)負彎矩的兩峰值更趨接近。國內外實踐證明，頂推自由長度的 0.6～0.8 倍，集度取 0.1～0.2 倍的主梁集度。鑒于星港大橋跨越繁忙運輸?shù)木┖即筮\河的安全性，航道凈通航寬度大于60m。頂推鋼導梁為工字型鋼板梁，重量130t左右，長42m，和鋼箱梁連結處斷面高度為2.83m，逐漸變化至端部為2.0m;上下翼緣板和腹板與鋼箱梁連結的根端14m范圍之內為50mm和40mm的Q355b板，其它均為30mm厚Q355b鋼板。

②臨時頂推支墩。臨時頂推支墩分為水中和陸地兩種格構形式。水中支墩采用12根？準1000×12mm 鋼管，組合成10.0*8.2m格構立柱支墩，鋼管樁間用[20b 槽鋼縱橫向連結作為支撐;鋼管樁頂部設置多級矩形分配梁以支承頂推設備和臨時擱置支點。陸地支墩同樣采用6 根？準1000×12mm 鋼管，組合成5.0*8.20m格構立柱支墩，鋼管樁間用[20b 槽鋼縱橫向連結作為支撐;鋼管樁頂部設置多級矩形分配梁以支承頂推設備和臨時擱置支點。

③頂推設備（如圖1）。根據(jù)總體施工方案，主跨結構采用多級步履式千斤頂頂推設備進行頂推滑移中跨長130.8m鋼箱梁過河安裝，其總重量約4000T（包括導梁和箱梁內加強連結構造）。采用多點頂推可以避免配置大型頂推設備，能有效地控制頂推時梁體的偏移，對橋墩的水平推力可減小到很小。在每個臨時支撐架上均設置滑動頂推裝置，將集中的頂推力分散到各個支撐架上。但多點頂推需要較多的設備裝置，操作時的同步性等要求甚高。

頂推裝備主要包括頂推基座、頂升油缸、側移油缸、頂推油缸等，通過計算機控制液壓油缸驅動實現(xiàn)組合和順序動作。它有三大系統(tǒng)：TLYQ-3750型步履式移橋器，TL-HPS-60型液壓泵源系統(tǒng)，TLC-1.3型計算機同步控制系統(tǒng)。改進后的頂推裝備比其它頂推設備施工過程中最大優(yōu)點是：超長行程頂推、新型滑板材料、大油缸、低油壓（31.5MPa）、球形活動頂升連結、組合式頂升分配梁等結構。滿足了鋼梁縱橫頂推力點不同距離的同步協(xié)同工作，使鋼箱梁頂升受力均勻、頂推移動平穩(wěn);特別是頂推加速?。懿粫霈F(xiàn)爆管，啟、停頂推工況鋼梁不會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象;便于實現(xiàn)頂升、頂推、側移三向自由均能獨立運動;便于鋼箱梁在頂推過程中的糾正和調整;以使側向位置、頂推、就位精度達到毫米級;對所頂推鋼箱梁頂推腹板、底板和下部支撐施加的外力較小，可減小臨時支墩的材料用量;特別適合超大超寬型構件同步頂推任意組合和箱梁內橫隔板大間距的設置，而進行長行程的頂推滑移施工。

1）TLYQ-3750型步履式移橋器。

2）液壓泵源系統(tǒng)。動力系統(tǒng)由液壓泵源系統(tǒng)（為油缸提供液壓動力，在多個液壓閥的控制下，完成相應的動作）及電氣控制系統(tǒng)（動力控制系統(tǒng)、功率驅動系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等）組成。每臺泵站有兩個獨立工作的單泵。該橋梁移橋器數(shù)量及泵站配置4臺60kW的液壓變頻泵站。

3）控制系統(tǒng)。TLC-1.3型計算機控制系統(tǒng)，由計算機、動力源模塊、測量反饋模塊、傳感模塊和相應的配套軟件組成，通過CAN串行通信協(xié)議組建局域網。它是建立在反饋原理基礎之上的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過高精度傳感器不斷采集設備的壓力和行程信息，從而確保液壓缸能順利工作。

4? 步履式頂推施工

4.1 頂推工作原理? 步履式頂推施工工作原理：在計算機液壓系統(tǒng)控制下，頂升液壓缸頂起鋼箱梁，平移液壓缸完成向前推移，頂升液壓缸縮缸，使鋼箱梁落梁擱置于換手臨時支墩上，平移液壓缸縮缸返回完成一個行程的頂推操作。步履式頂推操作過程是一個自平衡的頂推動作過程。滑移過程中，經常會出現(xiàn)鋼箱梁側偏，即可使用側移液壓缸實現(xiàn)糾偏。頂升液壓缸上裝有壓力傳感器，能監(jiān)測滑移過程中的負載，防止出現(xiàn)過載現(xiàn)象。頂升、平移、側移液壓缸均裝有位移傳感器，能實現(xiàn)滑移過程中的位移監(jiān)測，便于控制。

4.2 頂推施工流程（如圖2）? 第一步：啟動液壓泵站，頂升液壓缸將鋼箱梁頂起，脫離胎架后停止。第二步：平移液壓缸向前頂推一個行程，鋼箱梁向前平移800～900mm。第三步：頂升液壓缸縮缸，鋼箱梁落梁在臨時支墩上。第四步：平移缸縮缸，返回初始狀態(tài)。依次重復，直至鋼梁平移結束。

4.3 頂推施工控制重點和措施? 頂推施工控制的重點是：頂推裝備同步頂升時各頂舉反力值;頂推時各頂推力的同步性和位移量;頂推時頂推滑移的摩阻力變化控制;頂推構件內部受力、線型監(jiān)測報警。由于橋面箱梁頂推施工現(xiàn)場工況條件限制，作用力復雜多變，采用電腦軟件集中現(xiàn)場或遠程控制，通過靈活配置裝備功能來實現(xiàn)數(shù)臺頂推設備的同步性和統(tǒng)一性。安裝在頂升油缸上的壓力傳感器檢測到的壓力數(shù)值轉換成支反力值，再將換算值傳給頂推油缸設定壓力。油缸根據(jù)要求的壓力提供頂推力，并控制兩側臨時墩上的頂推油缸同步頂推。當完成推進一個行程結束之后，所有頂推油缸全部縮回至下一個行程的起點，即可進行下一個行程的頂推操作。頂推控制裝備豎向頂升力，隨縱向頂推行進長度變化，豎向頂升力也發(fā)生變化，隨之產生的滑道摩擦力相應增大。根據(jù)模擬頂升來調整各頂推裝備上的受力，達到控制頂推設備協(xié)同頂推滑移。根據(jù)“位移同步，荷載跟蹤”的控制策略，以各裝備頂升油缸的頂舉力為依據(jù)，以頂推油缸頂推水平力和感應位移量作為控制參數(shù)，以達到推力和位移等線型的綜合控制。結合施工過程中預先設置在箱梁內部頂推腹板、橫隔、橋面板等各部位的應力傳感器，進行實時的監(jiān)控測量;對頂推時超出控制范圍的數(shù)值，隨時報告，以便調整各頂升反力。同時結合橋面各測控點位進行頂推線型的監(jiān)測控制，使之按預先的模擬線型頂推前行。

5? 結語

隨著國內橋梁事業(yè)的快速前進，頂推技術也在不斷更新創(chuàng)造。以質量、安全、綠色、環(huán)保為目標，頂推技術和配套裝備以微電子遠程計算機控制，集液壓、電控于一體的智能程序化系統(tǒng)的組合步履式頂推裝備，正在進一步提高橋梁施工裝備的性能及高科技含量。通過星港橋鋼箱梁多點步履式聯(lián)合頂推，使頂推裝備模擬計算和作用點二次受力調整更有機的結合、長行程雙滑道、高性能滑塊材料以及高強輕型導梁等技術更趨完善。為以后的鋼橋步履式頂推設備集成化、遠程信息化、控制自動化的推廣運用起到了重要的借鑒之用。

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作者簡介：羊建峰（1965-），男，江蘇靖江人，大專，工程師，現(xiàn)任江蘇廣宇建設集團有限公司鋼結構分公司總工程師，主要從事公路橋梁、港航碼頭、水利涵閘等工程施工管理工作;朱喬元（1983-），男，江蘇靖江人，大專，主要從事公路橋梁、港航碼頭、水利涵閘等工程施工管理工作。