許 欣

（中交三航局第三工程有限公司，江蘇南京 210011）

引言

步履式頂推法相比于傳統(tǒng)的橋梁頂推工藝，該方法精確度高，施工效率快，工期短，安全平穩(wěn)，不產(chǎn)生墩頂水平力，梁體受力均勻[1-3]，已廣泛應(yīng)用于各類橋型。對(duì)于跨線橋梁和斜拉橋梁，采用步履式頂推法具有更高的安全性與適用性[4-5]。步履式頂推法在2009 年在我國(guó)首次應(yīng)用[6]，國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段關(guān)于步履式頂推施工法在鋼梁橋頂推施工的研究較少[7]。為了更好地研究步履式頂推施工在跨越航道和臨近地鐵中的應(yīng)用，本文以跨越航道和臨近地鐵的連續(xù)鋼箱梁橋?yàn)楣こ虒?shí)例，主要對(duì)步履式頂推施工工藝、材料與設(shè)備投入作出論述，對(duì)采用步履頂推法的連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)及施工具有參考價(jià)值。

1 工程概況

南京豐子河路建設(shè)工程PPP項(xiàng)目是南京浦口區(qū)重要的交通通道，貫穿整個(gè)橋林新城，北接浦濱路，南至橋林大道。項(xiàng)目線路全長(zhǎng)約13.25 km，雙向6車道，設(shè)計(jì)道路寬度60 m。其中石磧河大橋?yàn)殛P(guān)鍵性控制工程。該項(xiàng)目與運(yùn)營(yíng)的地鐵寧和城際S3 號(hào)線共線約10 km，地鐵位于豐子河路中央綠化帶內(nèi)。

石磧河大橋位于線路里程 K6+563.332～K7+161.832 處，橋梁全長(zhǎng)598.5 m。主橋?yàn)?0+60+40 m等高度連續(xù)鋼箱梁，梁體寬度24.75，梁體高度 2.0 m，主橋分幅布置，單幅箱梁采用雙箱變截面，雙箱之間采用橫梁連接。橋梁中心線與河道中心線斜交，交角約65°，鋼箱梁位于直線上，立面豎曲線半徑為2 200 m。主橋需要跨越7 級(jí)航道石磧河，主橋鋼箱梁與已通車運(yùn)營(yíng)的地鐵S3 號(hào)線現(xiàn)有箱梁水平距離僅0.75 m，垂直高差僅2.64 m，如圖1 所示。綜合考慮施工過程的安全性及經(jīng)濟(jì)性，主橋鋼箱梁采用步履式頂推法進(jìn)行施工。

圖1 石磧河大橋斷面示意圖

頂推法在1959 年首次應(yīng)用在奧地利的阿格爾橋施工中，目前全世界超過200 座大橋采用頂推法施工。該工藝多用于鋼箱梁等截面連續(xù)梁橋梁的施工，通過用千斤頂將梁體從橋頭端逐段向前推移，使梁體通過各墩頂?shù)呐R時(shí)滑動(dòng)支座面就位，如圖2所示。頂推法施工適用于無法吊裝就位的鋼箱梁安裝，尤其適用于臨近既有建筑物或跨越航道等特殊作業(yè)條件。一般單次頂推距離為20～30 m，當(dāng)橋墩跨距大于該距離時(shí)需設(shè)置臨時(shí)墩進(jìn)行過渡。

圖2 鋼箱梁頂推施工示意圖

2 施工工藝

步履式頂推基本原理是利用千斤頂將箱梁整體頂起，再用千斤頂將梁體向前推移和橫向平移，最后實(shí)現(xiàn)箱梁整體就位。單次行程完成后千斤頂收回，梁體下放臨時(shí)擱置，重復(fù)多次行程使梁體全部就位。

步履式頂推法施工工藝流程包括鋼箱梁節(jié)段預(yù)制、拼接平臺(tái)和臨時(shí)墩搭設(shè)、節(jié)段拼接、節(jié)段橫移、導(dǎo)梁安裝、節(jié)段頂推、導(dǎo)架拆除、鋼箱梁整體落架。

3 鋼箱梁施工

3.1 鋼箱梁預(yù)制

石磧河大橋主橋鋼箱梁采用Q345qD 雙箱截面，兩箱室邊腹板外設(shè)橫向挑臂，為方便泄水孔布置，兩箱室不對(duì)稱，箱寬也有差異。箱梁頂?shù)装迤叫性O(shè)置，設(shè)2 %的單向橫坡，箱體寬度24.75 m，高度2.0 m，全橋鋼箱梁總重量約3 400 t。

根據(jù)道路運(yùn)輸條件、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件和吊裝設(shè)備經(jīng)濟(jì)性綜合考慮。將全橋單幅鋼箱梁分為9 個(gè)12.6～17.4 m 不等的節(jié)段。

將每個(gè)節(jié)段在截面方向分為2個(gè)挑臂+2個(gè)箱體+中間嵌補(bǔ)散件構(gòu)件，箱體單元單重均在54～61 t，挑臂吊裝單元平均在20 t 左右，單個(gè)節(jié)段重量約為200 t。鋼箱梁由專業(yè)廠家進(jìn)行生產(chǎn)，在廠內(nèi)完成試拼裝后，按節(jié)段順序?qū)⒚總€(gè)節(jié)段各單元依次運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼接平臺(tái)附近。

3.2 拼接平臺(tái)和架設(shè)臨時(shí)墩

根據(jù)鋼箱梁拼裝工藝和鋼箱梁頂推施工要求，分別在9#～10#排架內(nèi)設(shè)置鋼箱梁拼接平臺(tái)2 座，在10#、11#、12#、13#排架附近設(shè)置臨時(shí)墩8 座，如圖3 所示。

圖3 拼裝平臺(tái)與臨時(shí)支墩平面布示意置

拼裝平臺(tái)的作用是為鋼箱梁節(jié)段拼接提供作業(yè)區(qū)并為梁體頂進(jìn)提供支撐點(diǎn)。主要由鋼管樁基礎(chǔ)、樁頂分配梁、平聯(lián)斜撐、頂推設(shè)備縱橫梁、鋼箱梁支墩等組成。頂部分配梁上設(shè)置滑道，端部設(shè)置橫移反力支座，便于鋼箱梁橫移，如圖4 所示。平臺(tái)尺寸為25×21 m，平臺(tái)后支撐點(diǎn)設(shè)置在引橋墩承臺(tái)上。根據(jù)鋼箱梁梁體線型變化趨勢(shì)，拼裝平臺(tái)頂面設(shè)有一定坡度。一般平臺(tái)頂部支架與鋼箱梁之間預(yù)留不小于50 cm 的調(diào)位空間。平臺(tái)共設(shè)置4 臺(tái)橫移頂推設(shè)備，每臺(tái)前后各設(shè)置一個(gè)Φ630×10 mm鋼管混凝土墊墩。后端兩臺(tái)頂推設(shè)備為臨時(shí)設(shè)備，僅用于鋼箱梁前2 個(gè)節(jié)段。

圖4 拼接平臺(tái)結(jié)構(gòu)縱斷示意面

由于主橋最大跨徑為60 m，頂推施工除拼裝平臺(tái)外，共設(shè)置4 排臨時(shí)墩（跨徑分別為42 m、45 m、42 m）作為頂推施工時(shí)的頂推墩，主要承受頂推施工的荷載。為控制橋梁的橫縱坡度，臨時(shí)墩橫橋向做成獨(dú)立的兩個(gè)支墩，兩個(gè)支墩之間由平聯(lián)、斜撐連成整體，兩個(gè)獨(dú)立的臨時(shí)支墩中心間距為6.6 m，每個(gè)支墩上布置1 套頂推設(shè)備，如圖5 所示。根據(jù)計(jì)算，臨時(shí)支墩單根鋼管樁豎向承載力按1 380 kN來控制，樁底進(jìn)入持力層為粉砂4-1。單個(gè)支墩縱梁上設(shè)置2 個(gè)臨時(shí)墊墩。墊墩頂部通過鋼板進(jìn)行高度調(diào)整，以控制鋼箱梁豎向線型，墊墩位置理論最大需要墊板高度按不大于300 mm 控制。

圖5 臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)縱斷示意面

3.3 鋼箱梁節(jié)段拼接

由于鋼箱梁距離寧和城際S3 號(hào)線箱梁邊緣僅75 cm，常規(guī)的一次性將鋼箱梁塊體吊裝到位后再焊接的方法不能確保在吊裝安全。為此在拼裝平臺(tái)上設(shè)計(jì)了橫移軌道，通過在外側(cè)拼裝后向內(nèi)側(cè)橫移的方法完成節(jié)段鋼箱梁拼裝，并在拼裝平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置限位擋塊，對(duì)地鐵箱梁進(jìn)行二次保護(hù)。鋼箱梁節(jié)段拼接包括內(nèi)側(cè)箱體安裝，內(nèi)側(cè)懸挑節(jié)段吊裝、內(nèi)側(cè)梁段橫移、外側(cè)箱體起吊調(diào)整、外側(cè)懸挑節(jié)段吊裝、散件吊裝、內(nèi)外側(cè)梁段匹配連接、梁段縱移及匹配連接等，施工工藝流程如下：

1）吊裝靠?jī)?nèi)側(cè)的箱體梁段，安裝內(nèi)側(cè)挑臂與內(nèi)側(cè)箱體形成整體；

2）整個(gè)內(nèi)側(cè)梁段橫移至橋位安裝位置并用三向千斤頂調(diào)梁就位；

3）吊裝靠外側(cè)的箱體梁段，安裝外側(cè)挑臂與外側(cè)箱體形成整體；

4）安裝內(nèi)、外箱體之間的橫梁嵌補(bǔ)構(gòu)件，調(diào)整外側(cè)梁段進(jìn)行內(nèi)外側(cè)梁段匹配并焊接連接成整體；

5）采用三向千斤頂調(diào)整整個(gè)箱梁節(jié)段就位后與前一節(jié)鋼箱梁焊接固定。

根據(jù)鋼箱梁節(jié)段分塊，最大塊體重量為60.4 t，均為內(nèi)側(cè)箱體。鋼箱梁頂距離地面約10 m，去掉梁體高度，支架凈空高8 m 左右，根據(jù)吊裝工況下吊機(jī)站位綜合放樣以及最長(zhǎng)梁段尺寸吊索布置，現(xiàn)場(chǎng)選擇300 t 汽車吊在拼接平臺(tái)外側(cè)吊裝。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，最不利工況下吊機(jī)回轉(zhuǎn)半徑10 m，臂長(zhǎng) 30.5 m。根據(jù)300 t 汽車吊起升參數(shù)該工況額定起重量為79t，施工時(shí)最大起重量為額定起重量的0.77倍，滿足吊裝要求。

3.4 導(dǎo)梁安裝

在鋼箱梁頂推施工中，導(dǎo)梁的設(shè)計(jì)決定了頂推的最大跨度。為滿足梁體結(jié)構(gòu)的受力需要，導(dǎo)梁一般采用變剛度變截面梁。與鋼箱梁連接端高度為 2 m，前端高度1 m，長(zhǎng)度24.5 m，重量38.4 t。為保持平衡，導(dǎo)梁按左右兩幅主梁設(shè)計(jì)，根部焊接在第一節(jié)段鋼箱梁腹板位置。兩幅導(dǎo)梁間采用150×150×8 mm 和120×120×8 mm 方鋼管做成的桁架作為支撐，桁架與主梁之間采用銷軸連接。導(dǎo)梁共分4 段（2 m+7.5 m+7.5 m+7.5 m），導(dǎo)梁節(jié)段間采用法蘭連接。安裝時(shí)先在橋下拼接好兩片主梁，然后起吊放于拼裝平臺(tái)上并進(jìn)行平面位置及姿態(tài)調(diào)整，最后吊裝桁架橫聯(lián)使其連接成整體。

3.5 節(jié)段頂推

拼裝平臺(tái)和臨時(shí)墩搭設(shè)完成后需要進(jìn)行步履式頂推設(shè)備安裝，其中每個(gè)拼裝平臺(tái)4 臺(tái)（2 臺(tái)臨時(shí)），每個(gè)臨時(shí)墩2 臺(tái)，全橋共配備頂推設(shè)備24 臺(tái)。步履式頂推設(shè)備主要包括上部滑移結(jié)構(gòu)、下部支撐結(jié)構(gòu)、三向油缸(推進(jìn)、橫移、頂撐)。

24 臺(tái)頂推設(shè)備由計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同步控制，以滿足施工要求。每臺(tái)頂推設(shè)備配備10 個(gè)不同行程和頂推力的液壓油缸分別用于頂升、平移、頂推，同步精度可控制≤1 mm；頂推速度保證1～2 m/小時(shí)。

頂推設(shè)備安裝就位后應(yīng)對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行調(diào)試與檢查并至少使設(shè)備運(yùn)行一個(gè)工作行程，確保設(shè)備各項(xiàng)功能工作正常，確保設(shè)備間同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)正常。各位置設(shè)備安裝調(diào)試完畢后，對(duì)所有設(shè)備縱向軸線進(jìn)行測(cè)量和標(biāo)定，以確保各設(shè)備推進(jìn)方向與箱梁軸線平行。

首段鋼箱梁與導(dǎo)梁焊接拼裝完成，頂推設(shè)備聯(lián)網(wǎng)調(diào)試完畢后，可以進(jìn)行鋼箱梁首次頂推施工。單幅鋼箱梁頂進(jìn)總行程為154 m，需分多次頂進(jìn)：

1）首段鋼箱梁縱向推進(jìn)5 m，檢查各設(shè)備間工作狀態(tài)；

2）首段鋼箱梁縱向推進(jìn)8 m，拼接第二節(jié)段鋼箱梁；

3）鋼箱梁縱向再推進(jìn)8 m，拆除拼裝平臺(tái)尾部臨時(shí)頂推設(shè)備移至臨時(shí)支墩；

4）鋼箱梁縱向推進(jìn)8 m，拼接下節(jié)段鋼箱梁；

5）鋼箱梁縱向二次推進(jìn)12 m，拼接下節(jié)段鋼箱梁；

6）重復(fù)上一步驟；

7）拆除導(dǎo)梁，調(diào)整橫縱坡到設(shè)計(jì)位置。

鋼箱梁首段頂推時(shí)先選擇手動(dòng)模式，檢查各設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。主梁滑移啟動(dòng)后，確定各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正?？汕修D(zhuǎn)換至自動(dòng)運(yùn)行模式，進(jìn)行主梁的自動(dòng)頂推。完成一個(gè)推進(jìn)行程后，所有頂推油缸回縮至下個(gè)行程起點(diǎn)進(jìn)行下個(gè)行程的頂推。導(dǎo)梁因自重會(huì)前段下?lián)?，通過臨時(shí)墩采用50 t 螺旋頂將其頂起通過，鋼箱梁過橋墩前將支座臨時(shí)安裝就位，支座上鋼板與鋼箱梁底預(yù)留至少30 mm 的活動(dòng)空間。

3.6 鋼箱梁落架

鋼箱梁頂推到位后，利用頂推設(shè)備的三向油缸對(duì)鋼箱梁的軸線、橫坡、縱坡進(jìn)行調(diào)整直至滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求后進(jìn)行鋼箱梁落架工作。先將鋼箱梁整體頂起，拆除反力座的墊板，然后進(jìn)行整體落梁；再拆除拼裝平臺(tái)、反力座、頂推設(shè)備和臨時(shí)墩。最后將永久支座頂升使支座上鋼板與鋼箱梁底調(diào)平鋼板對(duì)位密貼，并用高強(qiáng)螺栓栓接連接。在支座下鋼板四周安裝模板，將支腿螺栓預(yù)留孔、支座下鋼板調(diào)平縫隙采用專用支座灌漿料填充密實(shí)，灌漿料強(qiáng)度滿足要求后解除支座上下鋼板聯(lián)系，完成鋼箱梁落架作業(yè)。

4 結(jié)語

目前，歷時(shí)70 天，石磧河大橋鋼箱梁頂推施工已順利完成，經(jīng)過檢測(cè)鋼箱梁安裝軸線位置，線性符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。實(shí)踐證明，該施工工藝很好的解決了豐子河路項(xiàng)目臨近既有地鐵結(jié)構(gòu)物工況下，鋼箱梁安裝的施工難題，同時(shí)跨越航道時(shí)對(duì)航道影響降到最小。整個(gè)安裝過程地鐵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均小于報(bào)警值，未對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)造成影響。為類似工程提供了借鑒和參考的案例。