頂推法在跨越城際鐵路天橋施工中的應用

劉建強 中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路樞紐工程建設指揮部

1 項目概況

本工程為新建京滬鐵路常州站改造工程非付費聯絡通道，通道一端接既有滬寧城際站房，一端接普速站房，中間不設下橋樓梯。工程建成滿足常州站城際候車室至客場候車室客流雙向通行需要。整個通道上跨常州站五臺十二線，下穿城際大雨棚和客場新建局部大雨棚。

通道結構外寬6.0 m、高4.25 m，總長度114 m。通道立柱設在站臺上，柱下基礎設有獨立基礎和樁基礎兩種形式。站臺基礎采用獨立基礎，旁邊設置輔助基礎，基礎間以基礎梁連接。通道立柱采用鋼管混凝土立柱，柱內灌注微膨脹C40混凝土。通道主體采用鋼桁架結構。焊接箱型梁與無縫鋼管腹桿組合結構，橋面下層鋪帶肋花紋鋼板。

2 施工簡介

第一階段停用京滬線2、IV、6道，在封鎖范圍通道采用吊裝法施工。第二階段停用京滬線I、3、5道，通道采用頂推法施工，由客場封鎖區域向城際場頂推。通道桁架經分4節預制，逐段接長，5次頂推，1次落梁完成全橋合龍。如圖1所示。

圖1 頂推通道立面布置圖

3 施工方法

3.1 頂推施工方法簡述

根據本工程特點結合現場實際施工條件，采用液壓同步頂推方案。同步液壓頂推系統由電腦控制，頂推行程及速度有效可控精確度高。頂推系統由滑軌、滾輪小車、側向限位裝置、液壓頂推系統系統組成。液壓頂推滑移系統滑移速度約為12 m/h。加速度極小，可以忽略不計。如圖2所示。

圖2 液壓同步頂推工作示意圖

第一步：液壓頂推器頂緊裝置安裝在滑道上，靠緊側向擋板；主液壓缸缸筒耳板通過銷軸與被推移結構連接；液壓頂推器主液壓缸伸缸，推動被推移結構向前滑移，由側向擋板提供頂推反力。如圖3所示。

圖3 油缸加壓頂推

第二步：液壓頂推器主液壓缸連續伸缸一個行程，頂推被推移結構向前滑移一個步距。如圖4所示。

圖4 油缸加壓頂推

第三步：一個行程伸缸完畢，被推移結構移動了一個步距；液壓頂推器主液壓缸縮缸，頂緊裝置與滑道擋板松開，并跟隨主液壓缸向前移動。如圖5所示。

第四步：主液壓缸一個行程縮缸完畢，拖動頂緊裝置向前移動一個步距，一個行程的頂推滑移完成，從步序1開始執行下一行程的步序。

圖5 液壓缸縮缸

3.2 滑移梁和滑移軌道設計

滑移梁設置在拼裝胎架上，滑移梁下翼緣與拼裝平臺鋼梁焊接連接，滑移梁截面為 H300×300×10×15，材質 Q235B。

在滑移過程中，頂推器所施加的推力和所有滑靴和滑軌間的摩擦力F達到平衡。

摩擦力F=滑靴在結構自重作用下豎向反力×1.2×0.15(滑靴與滑軌之間的摩擦系數為0.13～0.15，偏安全考慮取摩擦系數為0.15，1.2為摩擦力的不均勻系數。

滑移過程中總的摩擦力大小為：T=300×1.2×0.15=54 t。

根據以上計算，總頂推力大小約為54 t。結構滑移施工最多共設置2個頂推點，每個頂推點布置1臺YS-PJ-50型液壓頂推器，在每條軌道上平均布置。單臺YS-PJ-50型液壓頂推器的額定頂推驅動力為50 t，則頂推點的總頂推力設計值2×50=100t>54 t,能夠滿足滑移施工的要求。

滑移軌道中心線與滑移梁中心線重合。軌道由16a槽鋼及側擋板組成。16a槽鋼與滑移梁上翼緣焊接固定，滑移過程中起到抵抗水平推力及導向作用。側擋板規格為20×40×150 mm（材質Q235B），焊接在16a槽鋼翼緣兩側，起到抵抗滑移推力以及水平力作用。

側擋板與槽鋼軌道及滑移梁連接采用雙面角焊縫焊接連接，單塊側擋板焊縫所承受的最大頂推反力為500÷4=125 kN。焊縫設計高度hf=10 mm時，焊縫設計強度：σ角焊縫抗壓強度，l w焊縫計算長度

N=σ×0.7hf×lw=160×0.7×10×（150-2×10）=146 kN>125 kN

滿足設計要求。滑移軌道如圖6、7所示：

圖6 滑移軌道立面示意圖

圖7 滑移軌道平面示意圖

3.3 限位設計

結構滑移過程中，為保證結構不發生偏移，需設置必要的側向限位措施，側向限位措施由H300×300×10×15型鋼及滾輪組成，側向限位布置圖如圖8所示。

圖8 側向限位布置圖

3.4 導梁設計

滑移過程中，為保證結構抗傾覆安全系數不低于1.5，在結構前端設置導梁，導梁截面與結構下弦截面一致。導梁總長9 m，平面立面采用180×6鋼管支撐，構件平面連接節點鉸接，立面連接節點焊接。節點板采用Q235鋼20 mm厚鋼板，采用M20螺栓連接。

3.5 頂推節點設計

頂推器設置在結構尾部的橫梁上，液壓頂推器前端通過銷軸與被推移構件上的耳板進行連接固定，用以傳遞水平滑移頂推力，頂推耳板板厚t=20 mm，材質為Q235B。

3.6 落梁

結構滑移到設計位置后，利用液壓千斤頂將結構頂起，在柱頂安裝結構永久支座，拆除滾輪小車后液壓千斤頂同步下降，將結構落在永久支座上。

4 重大工程技術問題

4.1 防傾覆措施

措施之一：滑移中為進一步降低鋼結構傾覆風險，在設置頂推耳板的桁架橫梁下翼緣設置卡板，卡板與軌道梁預留間隙25 mm。

措施之二：采用前導梁加后配重技術措施，增加抗傾覆系數。

4.2 頂推最大懸臂工況下桁架下弦桿應力集中處理措施

當結構頂推至最大懸臂時，結構中間支點處承受最大豎向力，同時前段撓度達到最大值。中點支座與下弦桿接觸面處產生應力集中現象，造成桿件局部破壞，結構失穩。經計算，下弦桿受力不滿足要求。采取了以下措施保證結構安全。措施之一：中心支點位置選用大號輥軸，增大輥軸與下弦桿接觸面積，分散接觸面應力。輥軸滑動面帶自動調節功能，可隨著結構受力變形情況上下自由轉動，始終保證輥軸與結構面接觸，從而達到減小接觸面應力的效果。

措施之二：中心支點處前后范圍內增大下弦桿壁厚，增加內隔板密度。經驗算，受力滿足要求。

措施之三：頂推過程中對中間支點前后結構桿件進行應力監測，實時動態監測，如發現應力超限，立即停止頂推采取措施，保證結構安全穩定。

4.3 頂推最大懸臂工況下懸臂端撓度控制措施

頂推過程中，如結構產生較大撓度值，會造成結構前端與前方支架垂直距離過小，千斤頂無法安放，結構不能順利就位。

措施之一：局部加強鋼桁架結構剛度，減小撓度值。采取加密內閣板，增厚下弦桿壁厚的方法。

措施之二：提高鋼桁架中心支座高度，增加高度等于理論計算的撓度值。

措施之三：中心支架基礎與橋梁基礎合建，永臨結合，減少中心支架的沉降量，從而降低了懸臂端的撓度。

措施之四：前端支架設牛腿，保證橋梁順利上架。

措施之五：頂推過程中進行實時動態的監控量測，反映出懸臂端撓度值和支架的沉降量，根據監控量測的結果來控制頂進作業。如產生較大撓度，立即停止作業，采取相應措施。

5 結束語

通過推行全面質量管理與工藝創新，總結了一套跨越城際鐵路天橋施工的方法和安全技術措施。在施工過程中未發生質量、安全事故。于2017年11月完成了天橋跨城際鐵路頂推工作，并順利通過了階段驗收。