谷繼振，陳時(shí)波

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

1 工程概況

福州市閩侯二橋工程北岸互通立交B 匝道B14～B16 跨徑布置為（52＋70）m，采用寬10.5m、高2.2～3.5m 變截面鋼箱梁，橋梁縱坡5%，無(wú)變坡點(diǎn)，總重973.7t， B14 ～B16 橋面距地面最大高度為14m。

北岸互通立交B 匝道B14 ～B16 跨白頭山文物遺址保護(hù)區(qū)（見圖1）。 根據(jù)文物保護(hù)要求，施工時(shí)須按照“避開區(qū)域1、少占區(qū)域2、利用區(qū)域3”的原則，嚴(yán)禁任何施工設(shè)備、工程主體結(jié)構(gòu)或臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)入保護(hù)區(qū)，B14～B16 跨區(qū)域1，因此采用連續(xù)頂推法施工。

圖1 北互通平面Fig.1 North interconnection plan

2 頂推技術(shù)難題

1）閩侯二橋北岸互通匝道B14 ～B16 箱梁為變截面不等高鋼箱梁，頂推時(shí)需研究一種找平結(jié)構(gòu)，以保證頂推施工按照既定技術(shù)要求順利實(shí)施。

2）閩侯二橋北岸互通匝道B14 ～B16 箱梁為平曲線鋼箱梁，橋梁內(nèi)外曲線長(zhǎng)度不等，需采用內(nèi)外不同行走速度解決內(nèi)外曲線同步問題，需研究差速頂推技術(shù)用于解決內(nèi)外曲線同步行走問題。

3）頂推跨度大，最大懸臂長(zhǎng)度長(zhǎng)，頂推懸臂撓度較大造成橋梁線形、坡度難以按照設(shè)計(jì)線形控制，需研究一種測(cè)量方法用于解決橋梁線形及坡度問題。

4）鋼箱梁頂推跨度大、質(zhì)量大，單個(gè)支點(diǎn)質(zhì)量接近600t，需設(shè)計(jì)一種頂推專用支架用于頂推支點(diǎn)和頂推平移。

3 頂推解決方案

3.1 頂推找平結(jié)構(gòu)

B 匝道鋼箱梁為變截面箱梁，底板呈一定弧度，與頂推機(jī)構(gòu)及墊墩頂面不能緊密貼合，因此需設(shè)置找平結(jié)構(gòu)將箱梁底部調(diào)平，保證箱梁結(jié)構(gòu)良好受力。 找平結(jié)構(gòu)采用鋼板焊接而成，設(shè)置在鋼箱梁兩側(cè)腹板正下方。 單側(cè)主要由垂直于鋼箱梁板和平行于對(duì)接鋼箱梁斜腹板的2 道縱向鋼板和縱向鋼板間的三角橫隔板焊接而成。 兩側(cè)找平結(jié)構(gòu)每隔2m再設(shè)置1 道橫隔板。 找平結(jié)構(gòu)縱斷面如圖2 所示。

圖2 找平結(jié)構(gòu)縱斷面Fig.2 Vertical section of the leveling structure

3.2 差速頂推技術(shù)

北岸互通立交B 匝道平曲線彎道處進(jìn)行頂推時(shí)，內(nèi)、外側(cè)曲線長(zhǎng)度不一致，采用步履式千斤頂差速頂推技術(shù)，步履式頂推差速頂推設(shè)備系統(tǒng)是一套集液壓與自動(dòng)化控制技術(shù)于一體的整體頂升與平移的施工系統(tǒng)，屬于典型的分布式系統(tǒng)，由1 臺(tái)某品牌313C-2DP 型PLC 作為中央控制器，多臺(tái)某品牌224CN 型PLC 作為分站控制單元。 中央控制器連接計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)控制和驅(qū)動(dòng)3 個(gè)方向的液壓缸運(yùn)動(dòng)。在B 匝道B14 ～B16 頂推時(shí)，通過中央控制器精確調(diào)整內(nèi)、外側(cè)6 臺(tái)千斤頂油缸的進(jìn)油速度，控制內(nèi)、外側(cè)頂推油缸的速度比達(dá)到100 ∶103，實(shí)現(xiàn)B 匝道曲線鋼箱梁的內(nèi)外同步前進(jìn)。 頂推平面裝置及控制單元如圖3 所示。

圖3 頂推布置及控制單元Fig.3 Launching layout and control unit

頂推工作時(shí)，橫向2 臺(tái)頂推設(shè)備之間的油壓及千斤頂行程按照100 ∶103 設(shè)置，如果頂推控制系統(tǒng)屏幕顯示千斤頂?shù)膲毫蛐谐滩町愝^大，應(yīng)立即停止頂推，通過控制集控系統(tǒng)主控臺(tái)的糾偏裝置集中調(diào)節(jié)或通過分控柜手動(dòng)調(diào)節(jié)，使其保持差速節(jié)。

3.3 頂推線形測(cè)量控制技術(shù)

頂推跨度大，最大懸臂長(zhǎng)度達(dá)40m，頂推懸臂撓度大，最不利工況懸臂撓度25cm，且頂推過程中標(biāo)高測(cè)量受每次頂推撓度不一致、前后端質(zhì)量不一致等因素影響，常規(guī)測(cè)量三維絕對(duì)坐標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)頂推鋼箱梁的線形控制，頂推過程數(shù)值模擬如圖4所示。

圖4 頂推過程模擬Fig.4 Launching process simulation

項(xiàng)目應(yīng)用多點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)測(cè)量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了頂推過程中的鋼箱梁姿態(tài)精確控制。 多點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)測(cè)量控制技術(shù)實(shí)施方法：在拼裝支架上拼裝鋼箱梁，按照設(shè)計(jì)坡度和相對(duì)偏距拼裝，控制點(diǎn)1 ～4 坡度為5%。 頂推完成后，控制點(diǎn)2 ～4 后移至懸臂端支點(diǎn)中心以內(nèi)，落梁姿態(tài)保持控制點(diǎn)1 ～4 坡度為5%，平面相對(duì)偏距和設(shè)計(jì)偏距一致，控制好千斤頂?shù)闹c(diǎn)反力落梁，保持落梁姿態(tài)。 下一輪拼裝繼續(xù)按照此姿態(tài)拼裝，以相對(duì)標(biāo)高控制坡度，以絕對(duì)偏距控制平面線形，從而實(shí)現(xiàn)鋼箱梁頂推的精確線形控制。 為了保證鋼箱梁軸線高程的施工精度，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確地控制和調(diào)整施工中發(fā)生的偏差。 選用高精度水準(zhǔn)儀（偶然誤差≤1mm／km），高程控制以II 等水準(zhǔn)高程控制測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為控制網(wǎng)，箱梁頂推施工以III 等水準(zhǔn)高程精度控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)。

1）基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)立 利用現(xiàn)場(chǎng)大地控制網(wǎng)點(diǎn)，使用后方交匯法用全站儀測(cè)出墩頂測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在頂推施工橋梁的相鄰墩頂布設(shè)線形控制觀測(cè)點(diǎn)，墩頂布置1 個(gè)水平基準(zhǔn)點(diǎn)和1 個(gè)軸線基準(zhǔn)點(diǎn)，監(jiān)理單位、監(jiān)控單位和施工單位每月至少進(jìn)行1 次聯(lián)測(cè)。

2）主梁撓度觀測(cè) 每一節(jié)段懸臂端截面梁頂設(shè)立3 個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，同時(shí)也作為坐標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)。 測(cè)點(diǎn)須用紅漆標(biāo)識(shí)。 當(dāng)前鋼箱梁拼裝端截面同時(shí)設(shè)立3 個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，作為當(dāng)前梁段控制截面梁底標(biāo)高用，并給出對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的高程關(guān)系。 測(cè)試方法：用水準(zhǔn)儀或高精度全站儀測(cè)量測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。 測(cè)量頻率：監(jiān)控單位和施工單位按各節(jié)段施工次序，每一施工節(jié)段按2 種工況（拼裝后和落梁后）對(duì)主梁撓度進(jìn)行平行獨(dú)立測(cè)量。 盡量選擇在穩(wěn)定溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。

3）箱梁軸線抽測(cè)測(cè)點(diǎn)布置 利用觀測(cè)點(diǎn)的中間測(cè)點(diǎn)即可，不必另設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。 測(cè)量方法：使用全站儀和鋼尺等通過測(cè)小角法或視準(zhǔn)法直接測(cè)量其前端偏位。

4）主梁頂面高程的測(cè)量（見圖5） 在某一施工工況完畢后，對(duì)主梁頂面進(jìn)行直接測(cè)量。 在測(cè)量過程中，同一截面測(cè)量3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)橫坡取其平均值，得到主梁頂面高程，與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較后，可檢驗(yàn)施工質(zhì)量。

圖5 頂推測(cè)量控制Fig.5 Launching measurement control

3.4 頂推支架

北岸互通立交B 匝道B14 ～B16 鋼箱梁頂推跨度達(dá)70m，質(zhì)量接近1 000t，最不利工況下，單個(gè)支點(diǎn)質(zhì)量接近600t。 考慮到支點(diǎn)反力大，鋼箱梁存在平曲線，設(shè)計(jì)單支架和組合支架2 種方式共同作為頂推支架使用，確保頂推順利完成，頂推支架共設(shè)計(jì)3 個(gè)，最大墩高＜10m。

頂推支架設(shè)計(jì)采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。 每個(gè)頂推支架鋼管4～6 根，同一頂推支架的鋼管采用雙拼［25 平聯(lián)和斜撐連接成整體。 鋼管頂部設(shè)計(jì)帶法蘭的樁帽，頂推支架設(shè)置單層縱橋向主梁或雙層縱橫向主梁。 下層橫橋向主梁采用雙拼H588×，上層縱橋向主梁采用四拼H588×，主梁在樁頂、墊墩及千斤頂?shù)仁芰^大位置設(shè)置加筋板，下層主梁通過法蘭與鋼管頂部樁帽進(jìn)行剛接。 每個(gè)臨時(shí)墩放置4 個(gè)墊墩，以使在頂推裝置倒換行程時(shí)將鋼箱梁豎向荷載傳遞到鋼管上。 頂推支架如圖6 所示。組合頂推支架由2 部分組成，前半部分用于安置頂推裝置，后半部分用于鋼箱梁拼裝接長(zhǎng)，為鋼箱梁頂推專用設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性、安全性高，頂推拼裝相結(jié)合，大大延長(zhǎng)了支架面積，對(duì)施工安全和操作便捷均有極大提升。 墊墩高度為1 200mm，采用?800鋼管上下口封板加工而成。 鋼管內(nèi)部設(shè)置井字形加筋板，外部設(shè)置梯形加筋板。 頂板及底板為直徑1 100mm 圓形板，板厚20mm。 單個(gè)墊墩在現(xiàn)場(chǎng)加工焊接成整體，由100t 履帶式起重機(jī)直接吊裝至縱向分配梁上。 組合支架及墊墩設(shè)計(jì)如圖7 所示。

圖6 頂推支架Fig.6 Launching single bracket

圖7 頂推組合支架Fig.7 Launching combination bracket

4 頂推實(shí)施

4.1 頂推設(shè)備安裝

頂推設(shè)備安裝應(yīng)按以下原則進(jìn)行。

1）在臨時(shí)墩頂推平臺(tái)上放置步履式頂推機(jī)，頂推方向須正確且與順橋向保持平行。

2）在臨時(shí)墩中間位置合理擺放泵站，在現(xiàn)場(chǎng)選擇合理位置布置控制中心。

3）設(shè)備吊裝過程中，吊裝設(shè)備須由專人觀察指揮。

4）按照控制中心到分控箱，分控箱到配電箱，泵站到步履式頂推機(jī)的順序依次安裝。

5）分控箱到配電箱的強(qiáng)電電纜線，控制中心到分控箱的傳輸數(shù)據(jù)線需正確連接。

6）泵站到步履式油管連接正確，泵站到步履式頂推機(jī)的信號(hào)電纜連接正確。

7）豎向位移傳感器連接正確，拉線安裝正確。8）安裝完畢后，再次檢查整套設(shè)備的完整性和正確性，緊固螺栓，復(fù)緊各器件接頭。

每個(gè)臨時(shí)墩需要橫向調(diào)整的寬度不同，因此外側(cè)的步履式頂推裝置安裝底面的標(biāo)高不同，需特別注意每個(gè)點(diǎn)的標(biāo)高，需根據(jù)審批后的方案編制作業(yè)指導(dǎo)書，在作業(yè)指導(dǎo)書中明確各放置點(diǎn)和工作階段的標(biāo)高。 相對(duì)標(biāo)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)一以內(nèi)側(cè)肋板中線與底板底面交點(diǎn)為基準(zhǔn)。

梁段均為2%橫坡設(shè)計(jì)，為保證頂推設(shè)備的垂直穩(wěn)定性及受力面完全契合，頂推梁面和鋼箱梁底面增加楔形鋼板（見圖8），每個(gè)墊墩及頂推設(shè)備上放置3 塊，共需24 塊。 頂推設(shè)備及墊墩的標(biāo)高存在制作及測(cè)量誤差，同時(shí)鋼箱梁預(yù)起拱引起標(biāo)高差異，需在頂推梁及擱置梁處準(zhǔn)備抄墊板，每個(gè)位置準(zhǔn)備10 塊。

圖8 楔形鋼板Fig.8 Chequered steel plate

4.2 系統(tǒng)連接

系統(tǒng)連接分為電源連接和通信線與控制線連接（見圖9）。

圖9 系統(tǒng)連接Fig.9 System connection

控制線的連接較為方便，用信號(hào)線將設(shè)備接線盒與泵站上的傳感器接口連接即可，連接線端部均為7 芯防水航空插頭。

4.3 頂推前檢查

1）油缸安裝正確，導(dǎo)向油缸是否調(diào)整到位。

2）液壓泵站與油缸間的油管連接必須正確、可靠；油箱液面應(yīng)達(dá)到規(guī)定高度；提升前檢查溢流閥；利用截止閥閉鎖檢查泵站功能，出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象立即糾正；泵站要有防雨措施。

3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各路電源，其接線、容量和安全性都應(yīng)符合規(guī)定；控制裝置接線、安裝正確無(wú)誤；應(yīng)保證數(shù)據(jù)通信線路正確無(wú)誤；各傳感器系統(tǒng)，保證信號(hào)正確傳輸；記錄傳感器原始讀數(shù)。

4）檢查橡膠板擱置梁及頂推梁面橡膠板安裝是否正確，檢查不銹鋼滑板。

5）主橋結(jié)構(gòu)檢查檢查。 主橋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形、主梁結(jié)構(gòu)與墩、臨時(shí)頂推墩、千斤頂?shù)南鄬?duì)位置是否正常。

6）各種應(yīng)急措施與預(yù)案的檢查設(shè)備備件等是否到位，安全應(yīng)急措施是否到位。

對(duì)各項(xiàng)目進(jìn)行檢查后形成書面記錄，并進(jìn)行總結(jié)，各項(xiàng)檢查結(jié)果均符合要求后方可進(jìn)入下道工序。

4.4 試頂推

為了觀察和考核整個(gè)頂推施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在正式頂推之前按下列程序進(jìn)行試頂推。

1）試頂推前調(diào)整 傳感器的讀數(shù)與設(shè)置，計(jì)算機(jī)控制程序中的參數(shù)設(shè)定。

2）試頂推 計(jì)算機(jī)進(jìn)入自動(dòng)操作程序，進(jìn)入鋼箱梁的頂推流程；在試頂推過程中，對(duì)各點(diǎn)的位置與負(fù)載等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，觀察系統(tǒng)的同步控制狀況；根據(jù)同步情況對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行必要的修改與調(diào)整；試頂推距離為1 個(gè)行程。 試頂推完成后需對(duì)試頂推進(jìn)行總結(jié)，主要包括：總結(jié)頂推設(shè)備工作是否正常，頂推控制策略是否正確，各種參數(shù)設(shè)定是否恰當(dāng)；滑板工作是否正常；對(duì)于組織配合狀況，總結(jié)頂推指揮系統(tǒng)是否順暢、操作與實(shí)施人員工作是否配合熟練；鋼箱梁的受力、變形等是否滿足設(shè)計(jì)要求；在試頂推過程中，對(duì)于出現(xiàn)的問題及時(shí)整改。

4.5 頂推

步履式頂推采用多點(diǎn)三向千斤頂連續(xù)頂推施工，按“分級(jí)調(diào)壓，集中控制，差值限定”原則進(jìn)行。工作原理是通過頂推裝置頂升、平移、落梁和回程4個(gè)步驟不斷循環(huán)進(jìn)行橋梁頂推施工。 步履式頂推系統(tǒng)操作步驟如下（見圖10）。

圖10 頂推操作流程Fig.10 Incremental launching operation process

1）在支墩上布置頂推裝置和施工臨時(shí)墊墩，拼裝好的梁體荷載通過墊墩傳遞到墩臺(tái)，墊墩位于頂推裝置的前后或者兩側(cè)位置。

2）頂推裝置豎向頂升液壓千斤頂同步頂起整段橋梁，脫離墊墩，橋梁由墊墩支撐轉(zhuǎn)移到頂推裝置支撐。 平移液壓千斤頂同步施力，克服滑移面摩擦阻力，橋梁整體前移1 個(gè)活塞長(zhǎng)度。

3）豎向頂升液壓千斤頂同步縮缸，橋梁整體同步下落到墊墩，橋梁由頂推裝置支撐轉(zhuǎn)移到臨時(shí)墊墩支撐。

4）平移液壓千斤頂縮缸，裝置上部結(jié)構(gòu)（滑箱）回歸原位，循環(huán)下一個(gè)工位施工。

5 結(jié)語(yǔ)

閩侯二橋鋼箱梁頂推施工所采用的工藝技術(shù)安全可控，依托項(xiàng)目開發(fā)的差速頂推技術(shù)、找平結(jié)構(gòu)、頂推支架、測(cè)量控制技術(shù)科學(xué)有效地解決了小曲線半徑變截面頂推施工難題；較常規(guī)拖拉施工質(zhì)量極大提高、進(jìn)度更可控、安全保障措施更有效，鋼箱梁全部頂推完成，頂推結(jié)果全部符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。