淺談簡支鋼桁梁跨高速公路頂推安裝工法

王廣生 錢 偉

?

淺談簡支鋼桁梁跨高速公路頂推安裝工法

王廣生1錢 偉2

（中交三航局第三工程有限公司 江蘇南京 210011）

本文介紹了簡支鋼桁梁跨高速公路施工的其中一種工法，該工法較簡支鋼桁梁原位拼裝工法和桁梁懸拼工法等具有安全合理，經濟高效，施工快速等特點，該工法對現代化高標準、嚴要求的萬眾創新高新技術施工企業技術創新具有重要里程碑意義。

簡支鋼桁梁；跨高速公路；頂推安裝工法

1工程概況

白果村跨岳常高速特大橋1#墩、2#墩之間采用108m鋼桁梁跨越岳常高速公路，交叉點鐵路里程為DK1368+844.27，交叉處公路里程為K864+900。鐵路與高速公路交角為33度，路面設計標高39.17m,設計凈空按5.5m考慮，高速公路設計為雙線4車道，車道寬26米，中間為寬度1.5m的中央分隔帶，兩側為應急車道及硬路肩，與鐵路交叉處高速公路為半路塹半路基形式。

108m鋼桁梁全長109.5m，計算跨度108.0m，雙線鐵路，線間距4.0～4.001m，設計凈空5.5m。主桁為無豎桿整體節點平行弦三角桁架下承式有砟橋面簡支鋼桁梁。

1-108m鋼桁梁橋位立面布置圖見下圖所示:

1、鋼桁梁橋位立面布置圖

108m鋼桁梁橋位平面布置圖見下圖所示:

圖2、鋼桁梁橋位平面布置圖

2施工方案比選

根據鐵路橋梁跨越既有高速公路工況，通用的施工方案有三，即：一、采取高速公路半幅通行，半幅封閉，在高速公路上搭設拼裝支架原位拼裝方案，該方案特點是對既有高速公路運營有所影響，其與高速公路產權單位協商成本較高，受當地施工環境和高速車流量影響較大，對施工成本不可控因素較多；二、采用在高速公路上搭設防護棚，鋼梁懸拼施工方案，其施工投入較大，需要投入橋梁專用吊裝設備，對于鋼梁噸位總量不超過2000t的簡支鋼桁梁，顯然不是那么經濟合理，其高空作業的風險因素更多。三、采用鋼梁頂推方案，在臨近高速公路的一側設置拼裝場地和滑道，在拼裝場地進行簡支梁的組裝，完成鋼梁組拼工藝后，安裝頂推系統，利用頂推系統將鋼梁從一側利用滑道支撐鋼梁拖拉至另一側，安裝固定。該方案的特點是施工過程中幾乎不影響高速公路的運營，施工總體可控，安裝成本相對較合理，施工效率高等特點。

表1、原位拼裝、懸拼及頂推安裝方案比選

項目支架原位拼裝專用設備懸拼頂推安裝 方案可行性可行性可行可行可行 操作性操作簡單操作略復雜操作簡單 安全性吊裝風險節段吊裝，起重物自重略大，吊裝風險略高節段吊裝，起重物自重小，吊裝風險低節段吊裝，起重物自重略大，吊裝風險略高 支撐架受力桿件水平沖擊力略大，線型調整反力略大桿件水平沖擊力小，線型調整反力小桿件水平沖擊力小，線型調整反力小 經濟性設備投入少略多略多 人員投入30人40人25人 臨時鋼結構投入約400噸約400噸約650t 質量保證線型控制現場支架拼裝，線型成型較好高空懸拼，線形成型略困難現場場地拼裝，線形成型好 工期要求現場施工時間工期長工期長工期短 工廠預拼時間有有有 節點工期可控，要求高可控，要求高可控，要求低 場地要求高低低

3頂推施工工藝及重難點

3.1頂推施工定義

在橋頭沿橋縱軸線方向將拼裝好的梁段向前推出使之就位的橋梁施工方法。須緊靠橋臺后部開辟拼裝場地，每拼裝一個單位節段即用水平液壓千斤頂施力，借助于不銹鋼和聚四氟乙烯模壓板組成的滑動裝置，將鋼梁逐段向對岸頂推，待全部頂推就位后，再落梁。更換正式支座，完成橋梁施工。

3.2頂推施工設計工藝

頂推法施工的過程受力分析及施工驗算內容是需要掌握的關鍵，拿本橋簡支鋼桁梁各頂推工況分析示例，以便更好的說明頂推工藝的關鍵控制措施。

白果村跨岳常高速特大橋108米鋼桁梁架設時，在0#墩與2#墩之間現場搭設8個臨時支墩，臨時支墩采用格構式結構，在0#墩后方搭設123米條形基礎。臨時支墩分配梁上安裝滑道梁，在滑道梁上放置滑塊，基礎采用C30的擴大基礎。臨時支墩總體布置如下圖所示。

圖3 臨時支墩布置圖

本橋采用單點頂推法架設鋼桁梁。在0#~1#橋墩之間及0#墩后方架設14個節間長度的臨時拼裝支架（鋼梁9個節間、導梁5個節間），利用150T履帶吊將導梁和鋼桁梁拼裝成整體節間，采用頂推裝置將架設的節間由1#墩向2#墩頂推，直至鋼桁梁全部頂推就位。

根據《新建蒙西至華中地區鐵路煤運通道108米簡支鋼桁梁（圖號：專橋（2014）0421-IV）》和)施工單位提供的導梁及臨時支架設計圖，采用有限元分析軟件Midas civil 2012建立包括鋼桁梁和導梁的有限元模型，共318個節點，819個單元，其中前端5個節間為導梁，后端9個節間為鋼桁梁。在頂推過程中，根據實際受力情況調整有限元模型，如圖4所示。

圖4鋼桁梁頂推計算簡圖

3.3頂推過程典型計算工況

表2 頂推過程計算工況

根據上表分析，工況二鋼梁懸臂最大，導梁將要上L4#支墩，工況二邁達斯建模如下圖所示。

圖5 工況二情況下有限元計算模型

工況二支反力、應力圖和變形圖如下所示。

圖6 工況二情況下支反力（單位：t）

圖7 工況二情況下應力云圖（單位：Mpa）

圖8 工況二情況下變形云圖（單位：mm）

根據頂推施工過程各工況支反力可知：滑座所受最大壓力F=657t，在頂推過程中臨時支架L1處受到最大壓力F1=123.0t，臨時支架L2及臨時支架L3處受到最大壓力F2/3=657t，臨時支架L4處受到最大壓力F4=472.6t。在頂推過程中產生的水平力由滑道梁傳至后端條形基礎處，即臨時支架L1與臨時支架L2處水平力忽略不計，而臨時支架L3處產生的頂推水平力N=65.7t，張拉千斤頂反力座及拉錨器受到的水平拉力N1=150t。

根據鋼梁及導梁受力分析結果，設計臨時支架承力結構，滑道設計，以及滑塊設計，布置頂推系統和相關構件，完善相關構件一系列的受力計算，以便指導現場頂推施工安裝。

白果村村跨岳常高速特大橋108米鋼桁梁架設步驟：

步驟一：1、在0#墩與1#墩之間、1#墩右側20米范圍及0#墩左側123米范圍內搭設拼裝平臺，2#墩左側25米范圍內搭設臨時支架,用于鋼桁梁拼裝與頂推。

2、在拼裝位置上方設置滑道梁，在臨時支架L3上方滑道梁上面設置200t連續水平千斤頂及其配套設置（液壓泵、控制系統等）；

3、在L1臨時支架和1#墩上方滑道梁上布置200t橫向限位糾偏千斤頂，每處各布置2臺。

4、在L2臨時支架和2#墩上方滑道梁上布置550t豎向頂升千斤頂，一共4臺。

步驟二：1、利用150t履帶吊在拼裝平臺上拼裝導梁U8U7、U7U5、U5U4、U4U1、U1E0’共5個節間的63.75米導梁及鋼桁梁第一節間下弦桿，拼裝架設時，依次在節點U8、U6、U5、U4、U3、E0’對應節點中心底部設置滑移墊塊。

2、在鋼梁E0'節點下方安裝頂推反力座后錨（不影響滑塊抄墊），牽引用鋼絞線（規格為?15.24）與反力座后錨錨固，至端部200t連續千斤頂穿出，L3臨時支墩為固定牽引端，利用主控單元控制系統控制2×200t千斤頂同步向2#墩方向頂推前移。

3、將導梁向2#墩方向拖拉，直至導梁前端到達L3臨時墩處。

步驟三：1、用150t履帶吊在拼裝平臺上分別按節間順序拼裝鋼桁梁,直至拼裝結束。

步驟四：1、利用200t水平張拉千斤頂對導梁和鋼桁梁向2#墩方向進行整體拖拉。

2、當E0'節點到達L3臨時墩上方時停止拖拉,將E0’節點下方的后錨反力座安裝到E0節點下方（不影響滑塊抄墊）。

步驟五：1、繼續拖拉，直至導梁到達L4#臨時墩。

步驟六：1、繼續拖拉，直至鋼梁到達設計位置。

2、拖拉過程中逐步拆除導梁伸出部分,直至導梁全部拆除。

步驟七：1、在1#及2#墩頂安裝落梁裝置、縱橫移裝置。

2、拆除L1#至L4#臨時支架、及頂推系統。

3、利用落梁裝置完成鋼梁體系轉換，并安裝墩頂支座。

4、利用墩頂布置的橫移裝置調整鋼梁成橋線型。

5、完成橋梁附屬結構的施工，全橋施工完成。

圖9 臨時支架布置圖

3.4頂推過程中的糾偏

1）鋼桁梁兩點同步連續水平頂推系統由液壓泵站、連續千斤頂和控制系統三部分組成，具有兩側同步、單側單動、單點單動功能。通過調整千斤頂不同的行程，來達到糾偏目的，再同時頂推。

2）頂推作業完成后，利用墩頂布置聚四氟乙烯板和豎向千斤頂落梁，利用水平千斤頂調整橫向位移，完成體系轉換。

3.5落梁工藝

在球形支座上安裝落梁抄墊裝置與鋼桁梁支點抄實，在油頂支撐位安裝起頂落梁裝置；

起頂落梁裝置起頂，完成支撐體系轉換，拆除滑道系統，開始起落梁。起落梁原則：由1#墩側先于2#墩側依次落梁，每次起落高度定為 80mm，落梁次序為1#墩→2#墩→1#墩→2#墩→1#墩。每墩落梁時墩頂布置的豎向油頂同步起頂，起頂高度控制為 20mm，然后抽出 20mm 抄墊板，接著落梁 20mm，采用邊抽邊落的方法，直至落梁高度達到 80mm，停止落梁。固定抄墊板，轉至下一橋墩落梁。如此循環，直至全橋落梁至理論高度。落梁就位后，檢查各支點位移數值，進行縱橫移糾偏。

成橋縱橫向糾偏完成后，通過溫差法落梁安裝支座。

4 結論

頂推架設工法在支架上集中拼裝鋼桁梁，有條件做到常規化作業，尤其是跨高速公路安裝便于采取安全防護措施，還可避免因高空安裝風險帶來的不利影響，有利于控制安全、質量、工期等風險，同時對高速公路運營及周邊環境影響最小。

頂推施工必須解決好幾個關鍵因素：一、胎架在滿足落梁需要時，盡可能降低與橋臺支座的高差，以方便落梁，降低安全風險和工作量；二是各類臨時設施如臨時支架、胎架的基礎工作要牢固可靠，避免給鋼梁施工帶來傾覆和失穩安全風險。

[1] 白果村跨岳常高速特大橋108米鋼桁梁頂推施工計算書

[2] 白果村跨岳常高速特大橋1-108m簡支鋼桁梁安裝專項施工方案.

[3]《鐵路橋涵設計基本規范》（TB10002D1-2005）

[4]《鐵路橋梁鋼結構設計規范》（TB10002.2-2005）

[5]《鐵路鋼橋制造規范》（Q/CR9211-2015）

[6]《鐵路鋼橋高強螺栓連接施工規定》（TBJ214-1992）

[7]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南》（TZ203-2008）

王廣生，性別；男，出生年月；1976.12，職稱；工程師，研究方向；路橋施工管理，工作年限；16年，畢業院校；南京工業大學。

G322

B

1007-6344（2017）03-0314-03