朱小金，鮮亮，王博，楊敏，吳建軍

(中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710065)

1 工程概況

虎門二橋起點東涌互通A匝道6#～8#墩上跨運營中的地鐵四號線和3條高壓油氣管線，平面位于半徑200 m的圓曲線上，縱坡為3.34%，成橋橋面為6%單向橫坡，采用2×46 m等高度鋼箱梁設計(圖1)。鋼箱梁采用頂?shù)淄轮备故絾蜗潆p室結構(圖2)，通過整體旋轉和在鋼箱梁頂面設調(diào)平層實現(xiàn)橋面的橫坡。鋼箱梁頂寬10.3 m，底寬5.9 m，梁高2 m，總重為528 t。

圖1 鋼箱梁平面布置圖(單位：cm)

圖2 鋼箱梁橫斷面布置圖(單位：mm)

綜合考慮地鐵運行凈空、油氣管線防護、場地布置等環(huán)境因素，設計推薦采用從8#墩到6#墩進行頂推法施工，設置鋼導梁以減小頂推過程中主梁的撓度。

2 施工方案選擇

該項目具有以下特點：

(1)兩跨鋼箱梁同時上跨地鐵、高壓油氣管線，墩位緊貼地鐵或管線，可利用空間小，可投入的輔助措施嚴重受制于環(huán)境。除7#墩為與橋面斜交的板式墩外，其他均為圓柱墩，最小墩高達13 m，抗水平推力不足。

(2)受環(huán)境的制約，只能從高處(A8)往低處(A6)頂推。若是全部拼裝完成后再進行頂推，則拼裝階段和成橋階段的高差超6 m，需防止頂推過程中“溜坡”。

(3)曲線半徑太小，頂推過程中糾偏量大，糾偏頻繁，頂推設施需較好地兼顧橫向糾偏。

(4)鋼箱梁雖然頂、底面平行，但成橋狀態(tài)下，6#、8#墩支座處箱梁底板橫坡為6%，漸變至7#墩中心處底板橫坡為6.16%，大橫坡增大了鋼箱梁傾覆的風險，而橫坡的漸變性，增加了頂推施工的難度。

鑒于以上特點，采用傳統(tǒng)的拽拉法安裝存在以下不利因素：

(1)除7#墩外，無其他適合的拽拉反力點。

(2)拽拉法施工時，要盡可能降低梁底與滑道面之間的摩擦系數(shù)以減少拽拉力，而為防止頂推時 “溜坡”，則需考慮增大接觸面的摩擦系數(shù)，施工時很難取得平衡。

(3)每直線頂進100 mm，橫向偏位18 mm，拽拉法施工的橫向阻力或糾偏力大，鋼箱梁外腹板需要全部加強才能滿足糾偏要求。

(4)底板橫坡的漸變性，導致拽拉時滑道上的支墊相當繁瑣，增大了施工風險。

針對傳統(tǒng)拽拉法的不利因素，根據(jù)該工程的特點，研發(fā)適用于大縱橫坡、小曲線半徑的專用步履式千斤頂，采用步履式千斤頂頂推施工過孔+整體旋轉成坡的方法進行安裝。

較傳統(tǒng)的拽拉法，步履式頂推具有以下優(yōu)勢：

(1)由于步履式千斤頂屬于自平衡體系，頂推施工過程中水平力很小，可采用多點頂推。

(2)頂推施工時，通過豎向頂升頂在滑槽內(nèi)的縱向移動來帶動鋼箱梁前移，因此在減小頂與滑槽之間摩擦系數(shù)的同時，可以增大頂升頂頂板與鋼箱梁之間的摩擦系數(shù)，防止“溜坡”；而頂升頂只有通過水平頂推頂?shù)膮f(xié)助才能在滑槽內(nèi)移動，自帶防滑功能，可控性強，安全有保障。

(3)自帶糾偏裝置，無需額外的糾偏措施，無需對鋼箱梁側面進行加強。

3 步履式千斤頂介紹

步履式千斤頂主要包括水平頂推頂、豎向頂升頂、橫向糾偏頂、滑槽、頂板、半球鉸、液壓泵站系統(tǒng)、分控制系統(tǒng)及總控系統(tǒng)等。位于半球鉸上方的頂板與鋼箱梁底接觸，半球鉸支撐在頂升頂上并可轉動，以適應縱橫坡及曲線梁安裝過程中的轉動。水平頂推頂通過拉壓桿與豎向頂升頂連接，通過頂推頂?shù)耐?、拉實現(xiàn)頂升頂在滑槽內(nèi)前進、后退，從而帶動頂板上方的鋼箱梁前進?；蹆?nèi)設置四氟板、涂黃油，以減小摩擦力。兩套糾偏頂位于頂升頂?shù)膬蓚?，通過糾偏頂?shù)臋M向水平推力實現(xiàn)頂升頂?shù)臋M移，從而實現(xiàn)鋼箱梁的橫向糾偏(圖3、4)。步履頂和臨時荷載轉移墩的分離設計，也減輕了頂?shù)淖灾亍?/p>

圖3 步履式千斤頂三維圖和效果圖

液壓泵站采用電動機驅動一臺負載敏感變量泵，從變量泵輸出的油液經(jīng)過比例多路閥。由比例閥控制進入各個回路油液的通、斷及流量大小，驅動多臺千斤頂同時工作，從而實現(xiàn)頂升、移動及糾偏動作。

圖4 步履式千斤頂縱軸線坡面圖

控制系統(tǒng)采用分布式計算機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，由1個主控臺、若干個現(xiàn)場控制器、若干傳感器、若干數(shù)據(jù)線及控制線組成。主控計算機根據(jù)各種傳感器采集到的位移和壓力信號，按照一定的控制程序和算法，決定油缸的動作順序，除了控制集群千斤頂?shù)慕y(tǒng)一動作之外，還控制各頂?shù)耐叫?，完成集群千斤頂?shù)膮f(xié)調(diào)工作。

同一橋墩上以左邊1#頂為主動點及比較基準，右邊2#頂為隨動點并與1#頂比較，同墩兩側同步精度控制在4 mm之內(nèi)。以A8墩左邊1#頂為主動點及比較基準，其余橋墩的千斤頂與之比較，各墩同步精度控制在5 mm之內(nèi)。

較常規(guī)的步履頂，該專用設備的最大優(yōu)勢在于頂板與頂升頂之間布置有球鉸結構，可以同時適應縱坡、橫坡和曲線扭轉的需要，可始終保持鋼箱梁與千斤頂頂板之間全面接觸，球鉸的大小和轉動角度可以根據(jù)需要進行設計。

4 安裝工藝

4.1 總體安裝思路

為降低施工難度，按先解決曲線和縱坡問題、再解決橫坡問題的思路進行鋼箱梁安裝。

第一步：設不帶橫坡、只有3.34%縱坡的拼裝平臺，平臺布置在R=200 m曲線上；鋼箱梁在拼裝平臺上焊接完成后采用步履式千斤頂頂推。

第二步：頂推到位后落梁，在落梁過程中利用步履式千斤頂整體旋轉箱梁至橫坡滿足設計要求，安裝支座，澆筑整體層，完成鋼箱梁的安裝。

4.2 導梁形式的確定

導梁采用工字形板梁形式，布置2片鋼板梁分別與鋼箱梁的兩條邊腹板相連，2片鋼板梁之間通過橫向聯(lián)系連接成整體。導梁設計長度為30 m，為頂推跨徑L的0.65倍。導梁根部最大慣性矩I1=0.059 m4，主梁的最大慣性矩I2=0.561 m4，導梁與主梁剛度比為I1E/(I2E)=I1/I2=1/9.5。

由于主梁位于平曲線上，且曲線半徑較小，選擇直線形導梁還是與主梁同半徑的曲線導梁，不僅關系到受力安全，還關系到施工的方便性。

(1)直線導梁

按照規(guī)范，對于平曲線連續(xù)梁頂推施工，導梁宜設置成直線形，與主梁連接處偏轉一定的角度，使導梁前端的中心落在設計線形的中線上，如圖5所示。因此導梁與主梁端面之間的夾角為85.7°，導梁中心線的運動軌跡為主梁中心線圓弧對應的30 m弦長的運動軌跡線，弦弧差為56 cm,如圖6所示。

圖5 直線導梁布置示意圖(實線為最終狀態(tài)，虛線為初始狀態(tài))

圖6 導梁中心線與橋軸線之間的弦弧差(單位：cm)

(2)曲線導梁

將導梁按照與主梁同半徑的曲線制作和安裝，使導梁的運動軌跡與主梁的運動軌跡始終相同,如圖7所示。

圖7 曲線導梁布置示意圖(實線為最終狀態(tài)，虛線為初始狀態(tài))

(3)對比

直線導梁與曲線導梁優(yōu)缺點對比見表1。

表1 兩種方案優(yōu)缺點對比

由表1可知：從受力和安裝的角度考慮，直線導梁優(yōu)于曲線導梁；從頂推過程中支撐點的布置考慮，曲線導梁優(yōu)于直線導梁。根據(jù)現(xiàn)場條件，從施工方便性考慮，選擇曲線導梁。

4.3 頂推施工流程

施工前，完成對地鐵和油氣管線的防護，防護措施滿足施工要求。由于墩頂尺寸小，搭設墩旁支架安放千斤頂。

在A8墩大樁號側搭設60 m長的鋼箱梁拼裝平臺，如圖8所示。千斤頂布置在圓弧的切線方向,如圖9所示。

圖8 拼裝平臺、墩旁支架及步履千斤頂立面布置圖

圖9 拼裝平臺、墩旁支架及步履千斤頂平面布置圖(單位：mm)

鋼箱梁分節(jié)吊裝至拼裝平臺上進行焊接，采用步履式千斤頂進行頂推、就位。頂推時，利用控制系統(tǒng)調(diào)控各頂同步作業(yè)，碎步慢走，及時糾偏，施工過程中做好相應的應變、應力監(jiān)測；頂推到位后，調(diào)整好縱坡和平面位置，拆除影響落梁的設施，準備落梁,如圖10所示。

圖10 鋼箱梁頂推到位

4.4 落梁

將步履式千斤頂由頂推狀態(tài)調(diào)整至落梁狀態(tài)，如圖11所示。利用步履式千斤頂將鋼箱梁落至底板貼近墩頂支座時暫停落梁，實施鋼箱梁的整體旋轉施工。待旋轉至A6、A8墩支座處頂?shù)装鍣M坡為6%時停止旋轉，實測鋼箱梁頂面橫坡滿足要求后，將鋼箱梁落至支座頂面，再次復測無誤后進行支座的安裝和頂面混凝土的澆筑，完成安裝施工。

圖11 落梁千斤頂平面布置圖

5 實施情況

第一階段鋼箱梁的拼裝長度為54 m，10 d共頂推43.2 m，平均每天頂推4.32 m；第二階段9 d共頂推44.8 m，平均每天頂推4.98 m。頂推時，按內(nèi)弧行程∶外弧行程=300 mm∶310 mm控制，每次最大行程310 mm。每個行程實測鋼箱梁橫向偏位3～4 mm，每天糾偏一次。

鋼箱梁旋轉時，鎖定A6、A8內(nèi)側步履頂不動，以此兩頂連線作為旋轉軸，其他位置的頂升頂頂起鋼箱梁使其圍繞旋轉軸旋轉，如圖12所示。旋轉過程中，旋轉半徑的不一樣導致各處千斤頂?shù)男谐滩灰粯?。在旋轉之前，根據(jù)旋轉半徑算好各自相匹配的行程，防止頂升的不同步而導致脫空，甚至引起鋼箱梁破壞或傾覆。為確保安全，旋轉時要求各頂實際行程與理論行程之差控制在5 mm內(nèi)。

圖12 落梁時旋轉軸示意圖(單位：mm)

施工過程中，單點的最大水平糾偏力為10.26 t；單點的最大豎向頂升力為313.92 t，滿足監(jiān)控計算控制值332.83 t(誤差為±10%)要求，此時對應的水平頂推力為10.55 t、摩擦系數(shù)為0.034。頂推過程中摩擦系數(shù)為0.02～0.12，糾偏過程中摩擦系數(shù)為0.04～0.07。

實測數(shù)據(jù)顯示:頂推過程中的摩擦系數(shù)最大值偏大，最小值偏小。分析原因是在頂進過程中，半球鉸通過其轉動來適應曲線的同時，也帶動了豎向頂升頂在滑槽內(nèi)的偏位，使滑槽側壁對豎向頂升頂?shù)目v向移動產(chǎn)生阻力，導致摩擦系數(shù)偏大；在正常頂進過程中，由于有下坡的存在，減少了水平頂推力，導致摩擦系數(shù)偏小。

根據(jù)摩擦系數(shù)分析可知:旋轉過程中箱梁在自重作用下有帶動豎向頂升頂在滑槽內(nèi)滑動的趨勢。因此在旋轉之前，利用兩側橫向糾偏頂固定豎向頂升頂。

頂推時對導梁底板應力進行了監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，底板實測應力與理論計算值基本相同，如圖13所示。落梁完成后，實測鋼箱梁頂面高程與理論高程基本一致，最大誤差在2 mm以內(nèi)。

圖13 導梁底板應力實測值與理論值對比

6 結語

虎門二橋東涌互通A 匝道橋是同時具備大縱坡、大橫坡、小半徑平曲線鋼箱梁頂推施工案例，在國內(nèi)外極為罕見，施工環(huán)境惡劣，安全風險巨大。施工采用步履式千斤頂成功完成200 m曲線半徑箱梁頂推安裝施工，成橋后各項指標滿足設計及規(guī)范要求，為類似工程的實施積累了施工經(jīng)驗，具有很好的借鑒作用。