張達

（石家莊市交投津石高速公路建設管理有限公司深正分公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

曲線斜拉橋的中跨常采用鋼箱梁結構，且在上跨既有線或河流的復雜情況下大多采用頂推法施工。為保證鋼箱梁的頂推達到質量要求和既有線安全，需根據(jù)工程實際情況，對頂推施工技術進行研究，明確各項技術要點。

1 工程概況

某斜拉橋總長約420m，跨徑為55m+45m+220m+45m+55m，橋面寬34.5m，按雙向六車道標準設計。主梁為混合主梁，兩側邊跨均為混凝土箱梁，長度相同，均為109.4m，中跨為鋼箱梁，其兩端和混凝土箱梁之間的交匯處采用長度為2m 的混合段，所有鋼箱梁均采用頂推法施工。沿縱向分布的鋼箱梁是一條跨度較大的變曲線，其中兩側是18.66m長直線段，中段是159.88m 長豎曲線，其半徑為2 000m。本文以該曲線斜拉橋為例，對鋼箱梁頂推施工技術進行探討。

2 頂推方案比選

根據(jù)類似工程相關經(jīng)驗和該橋實際情況，為避免該橋上部結構施工給下部鐵路正常運營造成影響，確保橋梁施工與鐵路運營安全，所有鋼箱梁段均采用頂推法進行施工。結合已有施工經(jīng)驗及該橋梁結構特點，制定了如下3套頂推方案：

（1）方案1：楔進式。施工成本高，工效一般，風險一般，技術特點為：臨時支墩上部水平方向作用力易于控制；能較好地適應鋼箱梁結構的豎向線形；對液壓控制系統(tǒng)精度有較高要求；對楔塊與滑道有較高要求；對鋼箱梁臨時支承有較高要求。

（2）方案2：拖拉法。施工成本一般，工效低，風險極高，技術特點為：安裝對拉錨器與限位裝置時必須在梁底開孔；臨時支墩在施工時會受到很大的水平方向作用力；中線調整精度較低，且會在橫向產生一定附加載荷；對鋼箱梁臨時支承有較高要求。

（3）方案3：步履式。施工成本高，工效高，風險低，技術特點為：臨時支墩上部水平方向作用力易于控制；能較好地適應鋼箱梁結構的豎向線形；頂推設備自成體系，可對中線進行自動糾偏；所有頂推設備均能實現(xiàn)同步控制，有較高的穩(wěn)定性與安全性；對鋼箱梁臨時支承提出的要求不高[1]。

經(jīng)綜合比較，最終選擇步履式方案。

3 頂推臨時設施

以橋梁周圍環(huán)境條件及頂推技術要求為依據(jù)，施工前需合理布置各類臨時設施，如龍門吊、拼裝平臺、臨時墩和鋼導梁。

（1）龍門吊

借助龍門吊對鋼箱梁實施起吊拼裝與平移。該工程所用的龍門吊型號為LMD-60，其最大提升能力可以達到60t，滿足該橋梁吊裝基本要求。

（2）拼裝平臺

依據(jù)橋梁周圍環(huán)境條件及頂推技術要求，在0#墩和2#主墩以內設置拼裝平臺，使其線形較好地適應豎曲線。整個拼裝平臺由以下幾部分組成：①樁基礎；②鋼管立柱；③橫向分配梁；④縱向貝雷承重梁；⑤貝雷頂分配梁；⑥線形調整支點；⑦安全防護欄；⑧焊接平臺。通過頂推使鋼箱梁從2#主墩處通過后，利用其北側平臺對風嘴與人行道進行吊裝。

（3）臨時墩

該橋梁的頂推施工需布置8 個臨時墩，其中2#與3#主墩間6 個。根據(jù)頂推時不同階段的最大支反力與水平力設計臨時墩。為了使頂推保持平順性及就位后有良好的線形，臨時墩的頂部標高要求在豎曲線上。臨時墩各承臺均布置鋼管墩柱，并在鋼管柱之間布置鋼管平聯(lián)與剪刀撐。將臨時墩設置到位后，在其頂部進行頂推平臺布置，按照從下到上的順序布置橫、縱梁及墊梁，其中橫、縱梁均為30mm 厚Q345B 鋼板，而墊梁為20mm 厚Q345B 鋼板，在相鄰兩個梁體之間通過角焊縫焊相連，以縱梁為頂推設備支撐。為了使頂推設備能在頂推完成后為鋼箱梁提供可靠支撐，還需在縱梁的兩端順橋向布置臨時鋼墊梁[2]。

（4）鋼導梁

導梁總長46m，高度從3.17m 漸變?yōu)?.95m。整個導梁被分成以下6節(jié)：第1節(jié)導梁長3.045m，第2～第4節(jié)導梁長度相同，均為9m，第5、第6 節(jié)導梁長度相同，均為8m。鋼導梁和鋼箱梁之間通過焊接相連，相鄰兩節(jié)鋼導梁之間采用高強螺栓相連。鋼導梁的下翼緣板通過坡口焊相連，整個鋼導梁采用Q345B 鋼板制作而成，工字形截面中心之間的距離為10m，采用橫向桁架相連。為了使鋼導梁順利上墩，將其前端做成反坡，豎向高度為680mm，水平方向長度為10m。另外，為確保頂推時鋼導梁上墩后墩頂可實現(xiàn)同步受力，必須保證鋼導梁實際安裝精度，先在工廠對鋼導梁進行分單元加工，然后運輸?shù)焦さ剡M行分段拼裝[3]。

4 頂推設備布置

根據(jù)鋼箱梁結構及其受力特點，在頂推施工中，所有頂推設備的豎向承載力都必須達到要求，并具備豎向與水平調節(jié)功能?；谏鲜鲆?，對頂推設備做如下設計：在下部結構中安裝頂升油缸，以橋墩頂部為支承點，上、下部結構采用不銹鋼板與四氟乙烯板實現(xiàn)滑動，在滑動過程中，下部結構與頂升油缸均與橋墩之間保持不動。一套完整的頂推設備除機械結構外，還應包含液壓機電控系統(tǒng)，基于計算機控制，采用組合動作使鋼箱梁在不同方向實現(xiàn)移動與頂升，進而確保鋼箱梁頂推結束后達到良好線形。

頂升設備機械結構由上部滑移結構、頂升支撐油缸、頂推移動油缸、橫向調節(jié)油缸組成。在計算機控制及液壓驅動支持下，進行頂推與降縮。液壓系統(tǒng)包含支撐頂升、頂推移動與橫向調節(jié)3 個部分。油缸的動力由液壓泵站提供，按照計算機控制指令完成各類動作。所有橋墩均設置分控器，用于傳感器數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)主控器發(fā)出指令，液壓電磁閥進行驅動，采用CAN總線和主控器相連；采用主控器對系統(tǒng)進行集中控制。

根據(jù)設計要求對鋼箱梁進行節(jié)段劃分，共分為58段，每段長3.4m、寬27m，采用布置于2#主墩以南的平臺進行拼裝。最重節(jié)段的質量為60t，借助起重能力不低于60t 的龍門吊對節(jié)段進行起吊與移裝。因2#主塔兩個支塔柱間的凈寬較小，需將鋼箱梁從2#主塔處頂推過后，于主塔以北設置風嘴與人行道[4]。

5 頂推施工工藝

5.1 施工難點

采用頂推法對該橋梁鋼箱梁進行施工時，主要存在以下幾方面難點：

（1）鋼箱梁從既有線路上跨越，無論是對施工安全還是進度都提出了很高的要求。

（2）最多時需同時使用7 套頂推設備，對同步控制精度提出了極高要求。

（3）梁底結構受力有很大局限性，頂推設備需將支承力施加給腹板，同時頂推設備應能對支反力予以精確調節(jié)。

5.2 關鍵技術

該橋梁頂推法施工的關鍵技術包括：

（1）采用多點頂推，以橋墩受到的豎向載荷為依據(jù)對各點頂推壓力進行調節(jié)，用于降低橋墩受到的水平作用力[5]。

（2）采用計算機系統(tǒng)對同步頂推過程進行控制，防止橋墩產生集中載荷。

（3）采用計算機系統(tǒng)對液壓下降進行控制，防止單個頂升油缸產生偏載。

（4）對移動偏差進行動態(tài)檢測，并根據(jù)檢測結果，利用千斤頂糾偏。

（5）對臨時墩水平方向位移進行實時監(jiān)測與控制，并結合頂推壓力觀察，避免臨時墩因為頂推而受損。

5.3 施工工藝流程

頂推施工流程為：臨時墩與拼裝平臺施工→頂推設備安裝與調試→鋼導梁拼裝→第一節(jié)鋼箱梁和鋼導梁連接→第一節(jié)鋼箱梁和鋼導梁整體頂推前移→后續(xù)各段鋼箱梁分段拼裝和頂推前移→鋼箱梁整體頂推到位→頂推到位后的鋼箱梁線形調整→完成鋼箱梁頂推施工。頂推施工的具體工作步驟為：

第一步：頂升油缸開始工作，使鋼箱梁被頂起。

第二步：頂推油缸開始工作，使梁體向前移動30cm。

第三步：若發(fā)現(xiàn)梁體產生偏位，則橫向調節(jié)油缸開始工作，糾正梁體偏位。

第四步：頂升油缸開始工作，使鋼箱梁被下放到臨時布置到位的鋼墊梁上。

第五步：頂推油缸開始工作，回縮到最初狀態(tài)。

5.4 頂推監(jiān)控

頂推施工中要做好如下實時監(jiān)測與控制：

（1）頂推時如果發(fā)現(xiàn)頂升或頂推力突然升高，則應立即停止頂推，檢查原因。

（2）對梁體中線產生的偏移及臨時墩頂部產生的水平及豎直方向位移進行觀測。臨時墩上的工作人員對梁底預先畫出的腹板中線進行觀察，確認其能否和墊梁表面腹板基準線重合，若兩者的偏位達到2cm 以上，則應立即上報開始糾偏，臨時墩頂部的水平與豎直方向圍巖均采用掛設線錘的方法來測量。

（3）頂推力以主控臺與摩阻力為依據(jù)自動調整，采用油表反映，在千斤頂施工前需按照要求進行校定。

（4）在最后一輪頂推過程中要適當減慢頂推速度，為糾偏和縱向移動提供方便。

（5）對所有頂推階段予以建模分析，確定不同位置對應的最不利條件，并確定不同階段及位置對應的預警值。

（6）將應變片安裝到臨時墩柱、鋼導梁的過渡與被頂推的鋼箱梁上，以便在頂推時實時監(jiān)測各部位的應力。

5.5 同步、線形控制

采用控制系統(tǒng)對泵站進行控制，由行程傳感器對各油缸的行程予以實時反饋。通過對泵站比例閥的適當調節(jié)，實現(xiàn)對油缸頂升、頂推與下降速度的有效控制，使梁體同步頂升與臨時墊梁之間脫離，并同步頂推至最大行程，最后同步下降至臨時墊梁。對鋼箱梁進行同步頂推時，應對箱梁線形予以密切觀測，通過橫向調節(jié)油缸進行橫向線形控制，而豎向線形通過豎向頂升油缸進行控制。

6 頂推既有線安全防護

為保證鋼箱梁頂推施工時既有線的安全性，在鋼箱梁頂推施工中必須做好既有線安全防護工作，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，制定合理可行的防護措施。

（1）在鋼箱梁頂推施工時，現(xiàn)場施工人員需通過工作平臺做好設備檢查與防護，為此，需在頂推平臺的周圍增設安全防護網(wǎng)，避免施工時作業(yè)人員與接觸網(wǎng)接觸或發(fā)生高處墜落。

（2）各臨時墩都應接地，且接地電阻需控制在4Ω 以內。另外，對于既有線中的臨時墩，其頂部頂推平臺和接觸網(wǎng)相近的一側需增設防電板。

（3）對鋼箱梁進行頂推，使其從2#主墩處通過后，需在主墩以北分別進行風嘴、人行道、防護網(wǎng)及防拋網(wǎng)安裝，并為鋼箱梁做好保護涂裝。為了使橋梁下方既有線路在橋梁施工中安全運營，避免高處墜落，需采用棚洞式的防護棚實施安全防護。對于電氣化區(qū)域中的臨時墩，需要在線路方向兩側設置防電板。

（4）將鋼箱梁從既有線段頂推通過前，需按照相關要求進行試頂試驗，以確定鋼導梁的實際承載力，使頂升油缸與頂推油缸保持同步，同時確定理論和實際數(shù)據(jù)存在的偏差，經(jīng)試驗分析，為之后的頂推施工提供參考依據(jù)。

（5）3#和4#臨時墩間的頂推跨度為37m，4#和5#臨時墩間的頂推跨度為50m，都比2#和3#臨時墩間的頂推跨度小（63.1m），對此，在頂推過程中需按照這一跨度所使用的方法來控制，以確保既有線路在頂推施工中仍保持安全和順利，并減小對頂推施工造成的不利影響。

（6）對頂推時不同階段鋼箱梁結構內力，以及頂推平臺、臨時墩及其基礎受到的力進行驗算，確認合格后方可開始推動。加強受力監(jiān)測與控制，如果監(jiān)控值已達到預警值，則應立即停止頂推，并分析原因，及時排除隱患。

（7）在頂推到2#主墩以北后，應立即安裝鋼箱梁兩側的水平防護網(wǎng)與防拋網(wǎng)，并在與鋼箱梁端部相距2m 的位置增設臨時防護網(wǎng)，以便對鋼箱梁的整個臨邊實施安全封閉，避免橋面墜物對接觸網(wǎng)與行車安全造成不利影響和安全威脅。

7 結語

頂推是當前斜拉橋鋼箱梁常用施工方法。截至目前，該斜拉橋鋼箱梁頂推施工已經(jīng)順利完成，經(jīng)檢查質量合格，表明所用施工方法合理、可靠及先進。通過對這項技術的合理應用，能保證施工時既有線路的運行安全，起到加快橋梁施工進度的作用，為上跨既有線路或河流等復雜情況下的大型斜拉橋鋼箱梁施工開辟了新途徑。