摘要：文章以山東省臨臨高速公路悅莊樞紐互通立交鋼箱梁橋的頂推施工建設為背景，從鋼箱梁頂推方案制作與評審、廠內(nèi)加工與制作、頂推施工三方面探討了鋼箱梁頂推施工的難點，重點分析了頂推支架受力與支撐體系，并建立有限元分析模型，從理論和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)結果可知，該專項保護措施滿足了支架的變形控制要求。

關鍵詞：橋梁工程；鋼箱梁頂推方案；支架受力；頂推施工

中圖分類號：U445.4""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）S1?0136?04

0 引言

隨著高速公路的快速發(fā)展，山東省內(nèi)高速線路越來越密集，線路已經(jīng)交錯為網(wǎng)狀，極大地方便了周邊居民。目前山東在建主要高速有臨臨高速、濟濰高速、沈海高速、文雙高速、慶章高速，這五條高速公路均跨越既有高速，交叉施工受限于既有高速安全保通、降本增效、交通多樣性等因素影響，面臨許多難題與挑戰(zhàn)。橋梁在組成結構上主要由橋跨結構、支撐底座、橋墩、橋面和橋墩基礎五大部分組成。由于橋梁頂推技術所產(chǎn)生的橋梁結構比較穩(wěn)定、施工過程無噪音、施工可操作性強，且施工質(zhì)量有保障，因此在公路橋梁建設中得到的廣泛的推廣和應用。

1 工程概況

臨臨高速公路是山東省“九縱五橫一環(huán)七射多連”高速公路網(wǎng)中“縱四”線的重要組成部分，全線有互通立交19處（樞紐互通立交3處，其中完全利用1處，新建2處），新建張店東、淄川東、博山東三條互通立交連接線。張店東互通立交連接線全長2.6公里，淄川東互通立交連接線全長4.532公里，博山東互通立交連接線全長7.634公里。

臨臨高速悅莊樞紐互通立交鋼箱梁橋位于淄博市沂源縣，橫跨既有G22青蘭高速，共設主線橋2座，匝道橋7座，其中主線橋及B、C、D匝道橋上跨青蘭高速。此次頂推的鋼箱梁最大寬度20.5m，長107m，重約1"355t，設計跨徑為45m＋70m＋45m，其中跨越青蘭高速梁跨為70m。

2 大跨度橋梁頂推、保通

經(jīng)過多年實踐經(jīng)驗總結，步履式頂推技術具有穩(wěn)定強、可靠性高的特點。因此，為保障青蘭高速車輛的正常通行，施工過程采用步履式頂推方式進行施?工。

支架支撐體系根據(jù)不同受力分別采用頂推支架和拼裝支架，在滿足結構受力的情況下優(yōu)化支架布置形式；步履式頂推采用多方位聯(lián)機操作，滿足協(xié)同受力的要求。由于頂推支點反力較大，為防止鋼箱梁局部應力過大而導致局部變形，故鋼箱梁需沿腹板縱向在底板側間每隔400mm加一道厚度為14mm的豎向加勁板。

隨著計算機技術的興起與應用極大地提高了橋梁施工的質(zhì)量與效率。經(jīng)過大量而精密的計算機運算分析，輸出的結果基本能夠滿足工程實際的精度要求，保證了工程線形與結構的準確性。電腦仿真、有限元分析與電氣控制等相關技術的應用也使頂推技術擁有了新的活力，能夠更好地服務于橋梁現(xiàn)場的施工監(jiān)控。再另行委托專業(yè)資質(zhì)的監(jiān)控量測單位對成橋線型、平面位置、撓度進行時時監(jiān)控，真正做到有據(jù)可依，及時反饋測量數(shù)據(jù)，有效的指導穩(wěn)步頂推。

為得到臨時支架、鋼箱梁、導梁等構件計算時所需的最不利荷載值，對鋼箱梁頂推的全過程進行分析。匝道橋結構形式相同，頂推長度一致、頂推跨度布置一致、頂推支架布置間距相近，以其中一幅作為代表進行分析。

3 在工程中的應用分析

步履式頂推設備系統(tǒng)集頂升、頂推、糾偏與一體，采用計算機集中控制，實現(xiàn)了高度自動化、自平衡頂推施工，操作方便、安全可靠。同時，步履式頂推設備具有通過性和可擴展性，有效減少了永久結構承載力與大量補強工程的投入，為山區(qū)橋梁乃至大型橋梁的建設施工提供了可靠保證。

悅莊樞紐互通立交鋼箱梁橋建設采用線形施工、多點協(xié)調(diào)、同步控制和智能監(jiān)控技術，對頂推施工中液壓千斤頂受力和推移行程進行實時檢測和調(diào)整，克服系統(tǒng)作業(yè)過程中的偏載問題，實現(xiàn)了空間姿態(tài)可控、可調(diào)、可視的頂推作業(yè)，使橋梁的成橋線形控制精度顯著提高。施工監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式網(wǎng)絡技術和多點激光跟蹤技術，對橋梁線形施工進行實時自動監(jiān)測、誤差運算和反饋調(diào)整，有效減少人工干預次數(shù)，顯著提升施工效率與安全性。

3.1 主梁頂推及控制

（１）頂推過程控制

①控制指標

在進行臨時結構設計時，臨時墩驗算水平荷載取值為臨時墩最大豎向頂推反力的3%，頂推過程中以此為控制指標，確保臨時結構的安全。

②控制措施

該項目的步履式頂推設備在頂推施過程中，整套設備順橋方向和橫橋方向的水平推力均來自液壓油缸推力，其反作用力與上下部的摩擦力大小相等，方向相反，正好抵消。主要水平力在計算機的控制下，可以調(diào)節(jié)頂推加速度大小（不超過重力加速度的1%），監(jiān)控縱向頂推力，從而使頂推加過程保持平穩(wěn)，減少慣性載荷。

（２）頂推精度控制

頂推過程中為保證全部鋼箱梁精確就位，對鋼箱梁全過程頂推的精確控制包括以下幾個方面：

①頂推設備通過主控臺控制精度1mm以內(nèi)單側頂推，設備前后擱置支墩，頂面標高控制在5mm以內(nèi)，使用鋼尺測量，保持同步頂升并控制推進精度。

②每個節(jié)段頂推完成后，對鋼箱梁軸向偏差進行調(diào)整，通過測量配合頂推設備橫向的糾偏功能進行調(diào)整，鋼箱梁受壓腹板偏離頂推軸線的距離不應大于5cm。

③鋼箱梁拼裝的線形、長度及位置控制準確。

④鋼箱梁頭部頂推到設計位置前，須進行多測慢頂，以免過度頂推。

⑤鋼箱梁頂推完成后，反復測量核準各臨時墩位置的標高，通過墊板進行調(diào)整。調(diào)整測量無誤后進行整體落梁。

3.2 設備選型

頂推設備具有一定的豎向調(diào)節(jié)能力（240mm）及水平糾偏能力（150mm）。施工時采用步履式平移頂推設備進行頂推。該項目共投入630T步履式頂推設備5套（15臺頂），其中每排臨時墩布置2套步履式千斤頂。為防止鋼箱梁與該設備接觸部位變形，需在頂推設備頂面設置型鋼，以增大接觸面積。

（１）設備總體概述

步履式平移頂推系統(tǒng)主要包括：滑動面結構、上部滑移結構、下部支撐結構、支撐油缸、橫向調(diào)整油缸、頂推油缸，通過計算機控制和液壓驅(qū)動來實現(xiàn)組合和順序動作，以滿足施工要求。頂推設備如圖1所示，630T步履式千斤頂主要技術參數(shù)如表1所示。

頂推液壓系統(tǒng)主要分為三個部分：支撐頂升系統(tǒng)、頂推移動系統(tǒng)和橫向調(diào)位系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

液壓泵：工作壓力31.5MPa，采用雙泵供油方式，以滿足頂推施工效率，并有效提高系統(tǒng)使用的耐久度，平均無故障運行時間為4"000h。

控制閥：三位四通采用J型電磁高頻換向閥，可以實現(xiàn)各條回路單獨操作，工作壓力31.5MPa；閥的平均無故障運行次數(shù)為500萬次。

液壓鎖：實現(xiàn)對系統(tǒng)的絕對密封和保壓。

安全閥：系統(tǒng)超載時的安全防護閥。

快速接頭：實現(xiàn)現(xiàn)場油管的快速插拔。

液壓油管：4倍爆破壓力，確保安全。

（２）頂推施工工作原理

步履式平移頂推裝置的工作原理是豎向千斤頂頂起鋼梁，水平千斤頂完成向前頂推，落梁后擱置于墊塊上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作。頂推過程中是一個自平衡的頂推動作過程。

單個頂推施工循環(huán)控制過程為：用行程開關作為連續(xù)頂推系統(tǒng)的動作傳感元件，將自動連續(xù)頂推千斤頂活塞的位置信號傳遞給主控臺，主控臺得到信號后進行邏輯組合，再將控制信號傳遞給自動連續(xù)頂推泵站，通過電磁換向閥對相應的自動連續(xù)頂推千斤頂進行控制。該過程形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，能夠自行調(diào)節(jié)連續(xù)頂推千斤頂?shù)母鞣N運行。

鋼箱梁頂推施工流程見圖3所示。以五個步驟動作為一個循環(huán)，反復循環(huán)即可實現(xiàn)鋼梁的頂推平移就?位。

（３）頂推設備布置及安裝

頂推裝置布置原則為：主線三箱式鋼箱梁下方每三套為一組，主線兩箱式以及匝道橋每墩兩套為一組，在墩頂?shù)纳?、下游對稱布置；墊梁則分別布置在每套頂推裝置的縱橋向兩側，每兩套上下游側的頂推裝置中間布置1臺液壓泵站，主控臺安置在拼裝平臺上（注：并非一次將所有墩都布滿頂推設備，而是在每次頂推前進方向上鋼梁所在墩和前一個墩布置）。

（４）頂推設備調(diào)試

頂推設備安裝完成后，連接好系統(tǒng)的油路及電路，進行調(diào)試以保證在手動、自動模式運行下，執(zhí)行元件按設定的運動方式運行。聯(lián)機調(diào)試時，啟動泵站，選擇手動運行模式，在主控臺操作面板上控制執(zhí)行元件伸缸或縮缸動作，檢查其進行的動作是否正確，調(diào)節(jié)行程檢測裝置的檢測元件，使檢測裝置的接觸及檢測正常。

系統(tǒng)手動試機完成后，選擇自動模式系統(tǒng)，檢查系統(tǒng)各千斤頂?shù)膭幼鲄f(xié)調(diào)性及同步性。如不滿足設計要求，應認真查找原因，排除故障，待系統(tǒng)的動作完全協(xié)調(diào)后方表明系統(tǒng)調(diào)試正常合格。

（５）頂推步驟

①首先選擇手動模式，檢查各設備是否正常。如油泵，豎向升頂，糾偏頂、縱向頂，壓力表，傳感器?等。

②啟動各墩上的頂推設備，由配在頂升系統(tǒng)上的壓力傳感器檢測到的壓力值轉(zhuǎn)換成支反力值，然后由該值的換算值給頂推油缸設定壓力，頂推油缸在要求的壓力下提供頂推力，并且控制臨時墩上兩側頂推油缸同步頂推。這里實時檢測頂升支撐油缸的支反力，一方面保證頂推油缸頂推力的實時精確性，另一方面通過調(diào)節(jié)頂升支撐油缸保證行進過程中鋼梁的受力均衡。完成推進一個行程之后，所有頂推油缸縮回至下一個行程的起點，隨后可以進行下一個行程的頂?推。

③手動操作頂推系統(tǒng)牽引主梁滑移啟動后，轉(zhuǎn)換至自動運行模式，進行主梁的自動連續(xù)頂推。自動頂推過程中，應注意記錄頂推過程中的油壓最大、最小?值。

（６）導梁過墩頂

各支墩需布置豎向千斤頂及臨時支墊。因鋼箱梁及導梁自重使鋼導梁前端下?lián)希十攲Я呵岸伺_階（第一節(jié)）臨近頂推設備時，此時需頂起導梁，采取導梁過墩措施，待導梁平穩(wěn)落頂就位于頂推設備上，然后再開始正式頂推。導梁臨時起頂用的千斤頂采用100t螺旋頂，因千斤頂行程較小而起頂高度可能較大，故在實施豎向起頂時需多次支墊和倒頂。

在遇到需要提高設計高程的支架，先讓導梁過墩頂，然后用千斤頂將導梁頂起150mm，在支點上放置鋼墊塊，回落千斤頂使導梁重新支承于鋼墊塊上；千斤頂回落至最低位置，并在千斤頂上放置鋼墊塊，重復此步驟，使支點達到頂推高程。

（７）頂推鋼箱梁墊板調(diào)整

通過對頂推豎向墊板高差敏感性分析發(fā)現(xiàn)，理論墊板設計的最大墊板高差為191mm，實際每個臨時墩位置墊板高度可以進行調(diào)整，不必完全按照鋼箱梁線型要求進行墊板調(diào)整，采用固定高度支墩即可，由箱梁自適應高差變化。同時，相鄰兩個臨時墩的墊板高差適當過渡，差值實際以不超過30mm控制。具體墊板高度調(diào)整量以實時監(jiān)控指令為準。

（８）橫向糾偏措施

鋼箱梁橫向糾偏以千斤頂同步控制進行，單個步履式千斤頂設計有200t橫向糾偏油缸，控制中心集中控制。

鋼箱梁頂推施工時，梁體在縱向移動過程中會出現(xiàn)左右方向的橫向偏移。為了控制鋼箱梁在頂推過程中的中線始終處于規(guī)定范圍內(nèi)，采取如下的糾偏方?法：

①頂推過程中軸線偏位預警值為3cm，當偏位達到改值時停止頂推，進行糾偏。

②確保頂推同步。每次頂推前，應仔細檢查中央控制系統(tǒng)和各墩位處頂推設備的性能，頂推過程中通過頂推位移和頂推力雙控，以頂推位移控制為主，確保鋼箱梁左、右前行位移量協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

③頂推時實施動態(tài)監(jiān)測措施。在頂推臨時支墩頂上放出軸線，鋼箱梁底部也放出軸線（環(huán)焊結束后，紅漆筆在鋼梁底端畫出軸線），頂推過程中位于墩頂上的操作人員采用吊垂線的方法，測量進尺同步性和軸線偏移值。當發(fā)現(xiàn)中線偏位時，及時糾偏。在鋼箱梁的端部中心的頂板和底板上用紅油漆筆畫斷面中心線，用全站儀每隔一段時間測量軸線端點，確定是否發(fā)生偏移，一旦發(fā)生及時糾偏。

4 結論

（１）根據(jù)設計圖紙，計算鋼箱梁的成橋線形，在此基礎上計算了鋼箱梁預拼線形。鋼箱梁在工廠拼裝時需根據(jù)計算結果中的控制點數(shù)值，調(diào)整各梁段線形并進行拼裝制造；梁段制造時鋼板下料控制、焊縫收縮量、拼裝溫度修正量也需進行控制。實踐證明切實可行。

（２）鋼箱梁頂推千斤頂布設是根據(jù)現(xiàn)場拼裝場地及鋼箱梁結構形式的情況而定，通常的箱梁結構是設置為橫向兩臺千斤頂，特殊結構形式根據(jù)情況而定，千斤頂?shù)目v向布設主要根據(jù)現(xiàn)場的拼裝場地情況而定，可以分為多次拼裝多次頂推，和一次拼裝，直接頂推到位，需要脫頂?shù)那Ы镯斂v向距離易設置為20m左右，不需要脫頂?shù)那Ы镯斂v向距離易設置為30至40m范圍，視實際情況，根據(jù)鋼箱梁延米及鋼箱梁的結構強度而定。創(chuàng)新應用多點自平衡步履式頂推法施工，根據(jù)箱梁結構，增設頂推裝置，每個頂推循環(huán)均根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)實時調(diào)整箱梁角度，確保箱梁軸線滿足頂推要求，曲線橋梁的線形準確性控制精度達到2mm。

（３）通過結合本橋自身特點、施工工藝及施工進度，對鋼箱梁多點自平衡步履式頂推法施工監(jiān)控關鍵技術進行研究，逐步深入地完成各階段的施工監(jiān)控工作，為依托工程現(xiàn)場的檢測監(jiān)控工作打開了新思路，豐富了頂推法施工的監(jiān)控手段，使得工程設計方案能夠如實進行，對施工質(zhì)量和施工進度都是非常有利?的。

（４）本橋鋼箱梁線型復雜，采用整幅頂推，最大塊段鋼箱梁重178.2t，寬43.2m，對頂推同步控制系統(tǒng)精度要求高且軸線偏位控制難度大。通過對頂推設備進行開發(fā)改進，實現(xiàn)了多點同步頂推操作，保證了鋼箱梁頂推施工質(zhì)量和施工進度，提高了鋼箱梁的頂推施工技術水平。