連續鋼桁梁頂推架設施工過程中的安全控制分析

鄧旭，劉志軒 （中交二航局結構工程有限公司，湖北 武漢 430000）

1 工程概況

漠陽江特大橋：橋梁全長8.05km，橋梁分別跨越漠陽江東河、漠陽江、漠陽江西河，于DK274+664～DK274+700處跨越漠陽江航線，河流與線路大里程夾角為68。，跨徑134m。

134m鋼桁梁采用步履式頂推法進行施工，施工前在工廠內完成鋼桁架各桿件加工、制作，現場完成64m簡支現澆梁及臨時施工平臺、頂推臨時墩的搭設，使其具備頂推施工的條件，確保鋼桁梁推進安全順利完成，使所有措施必須符合規范要求[1]。

2 施工方案

2.1 方案總述

漠陽江大橋鋼桁梁的推頂和架設工藝為：鋼桁梁制造、運輸以及布置頂推設備→布置鋼桁梁組裝平臺和臨時支墩→使用一臺70t橫跨64m現澆梁龍門拼裝節段→頂推節段→鋼桁梁拼裝、焊接→頂推節段→依次按每次拼裝、頂推一個節間循環施工直至鋼桁梁拼完成→頂推到位→落梁→拆除頂推平臺、支墩等臨時設施。

鋼梁在工廠加工制造完成后，在廠內全部試拼，試拼完成后經陸地交通運至現場鋼梁預拼場存放。最大頂推質量為3300t，設計頂推力為400t。除此之外的相關設計，諸如配種總計的1000t以及將其系在鋼梁橋面，其目的便是要確保鋼桁梁的抗傾覆指數不低于1.5。

基于預先確定好的施工步驟，將先期分段的橋面、鋼梁等結構依照相關標準拼裝在鋼桁梁小里程側搭設鋼梁拼裝平臺之后，再將其往大里程方向推進，直至達到設計位置[2]。

2.2 施工步驟優化

主墩中心間距134m，而懸臂的長度不得過長也不宜過短，若過長或過短，均會因臨時結構的鋼導梁體量過大而使整體結構受力不均，繼而對后續的頂推工作開展造成困擾。因此，最適宜的方案可在兩主墩之間搭建臨時墩，來為后續的施工步驟提供方便。

在推動鋼梁時設置兩個滑塊，并將至少20mm厚的鋼板覆蓋在滑動梁的頂面，讓不銹鋼與MGE板能可在滑動梁頂面摩擦滑動，以此將能為滑動梁方面相關作業的完成過程提供方便。

圖1 優化施工步驟后的臨時支撐墩

3 受力分析

3.1 計算模型

此次設計是采用有限元分析軟件MIDASCivil2015版來對鋼桁梁施工過程進行計算，而基于模擬結構用梁單元，共計得出3305個節點以及4705個單元，如圖2所示。

圖2 鋼桁梁和導梁的受力模型

3.2 分析結果

基于對本鋼桁梁頂推施工計算模型的分析，可以明確的是，此次施工主要分為17個階段。而有關桁梁橋頂推的施工環節，為確保鋼桁梁變形與強度均能滿足施工的具體要求，則需確保其前導梁的懸臂撓度不得低于353.3mm；而下鋼桁梁前導梁的拉應力也應在接觸臨時墩工時保持最大，即235.9MPa。

確定鋼桁梁頂推位置：

①拉錨器與鋼梁末端固定。

②將千斤頂固定在滑軌上。

③鋼桁梁的推拉千斤頂與錨拉器之間的距離控制在至少80m，這樣鋼桁架梁的位置在推進過程中不會發生變化。而為確保電纜的應力均勻，則需確保千斤頂與拉錨器的施力點始終位于同一水平線并與梁的軸線保持平行[3]。

3.3 抗傾覆分析

對施工過程中懸臂狀態下的各工況進行抗傾覆分析，懸臂結構抗傾覆安全系數K0計算公式為：

式中：M2為傾覆力矩，即懸臂段對傾覆點的力矩；M1為穩定力矩，即平臺段對傾覆點的力矩。

從支座傾覆點分離，全梁構造為兩座簡支梁計算模型，求出支座反力乘以力臂，即可得出該工況下的穩定與傾覆力矩。對本桁梁橋頂推過程進行抗傾覆驗算，其中導梁完全懸臂時的抗傾覆安全系數K0為4.4，最大懸臂狀態的抗傾覆安全系數K0為2.7（K0均大于1.5），經計算表明鋼桁梁結構的整個頂推過程滿足抗傾覆要求。

4 安全生產保證體系

該項目跨越漠陽江中河，采用步履式鋼桁梁頂推施工。由于施工過程中使用的機械設備設施較多，且存在跨航道立體交叉環境作業、臺風風期作業等外部因素影響，存在許多安全風險，包括：高處墜落、人員淹溺、機械傷害、坍塌、觸電傷害、起重傷害、火災、航船碰撞、極端天氣災害等。

此項目在鋼桁梁安裝施工過程中特成立跨漠陽江鋼桁梁安裝施工安全生產領導小組，解決和處理安全生產中的重大問題和關鍵問題。結合鋼桁梁的施工特點，確定施工過程中的關鍵工序，要點和控制措施，建立并形成了符合本項目特點的安全生產保障體系，形成了安全系統文件，并按文件要求嚴格執行。配置必要的技術設備，安全質量管理和施工技術人員。

5 鋼桁梁頂推施工過程中的安全控制

鋼桁梁頂推施工重點工序為臨時墩搭設、鋼桁梁桿件拼裝、鋼梁架設，現簡述其施工過程中的安全控制措施。

5.1 臨時墩搭設的安全措施

在焊接臨時墩連接件時，搭設人員配備防墜安全帶并確保正確使用；使用起重設備吊運時，由專人指揮；在起吊中設置晃繩，確保平穩起吊；臨時墩連接件的焊接遵循由下自上的原則進行，下部加固完畢后再逐步往上安裝；搭設中，臨時支撐立柱上焊接了臨時踏步確保人員安全攀爬；技術人員和測量員監控整個過程，以確保桿的角度和位置滿足設計要求。

5.2 鋼桁梁組裝的安全措施

鋼桁梁在起吊拼裝過程中嚴格按照下弦桿→腹桿→上弦桿→腹桿→橋面板→橫聯→上平聯的順序拼裝，在重要部位安裝應力及應變監控系統，實施拼裝全過程的監控，防止拼裝過程出現應力或變形過大引起結構的不安全。

5.3 鋼梁架設的安全措施

夜間工作時配備充足的照明。吊裝鋼梁桿件前，確認起吊桿件的重量和重心位置，并牢固捆綁，吊具的夾角不超過60。。在吊具和提升桿的桿之間的角接觸處使用橡膠墊。提升桿時安排固定的人員指揮吊裝，提前檢查周圍區域，確保沒有障礙物。所有相關人員密切配合，指揮得當。對拆裝腳手架、緊固螺栓等工作，避免交叉作業。

6 結束語

鋼桁架梁的安裝采用頂推法進行施工與傳統吊裝方式相比，不僅可以有效簡化施工工作流程，而且具有更好的安全性和經濟性，有利于保證項目經濟效益。