跨鐵路橋梁步履式頂推施工技術研究

袁傳軍

摘 要：近幾年，以分散施力為基本形式的步履式頂推法安全平穩，精確度高，逐步發展并廣泛運用。文章以實際項目為背景，對步履式頂推施工中的支架設計、梁體加固及糾偏、頂推系統同步性等關鍵技術進行了研究，為類似工程施工提供參考與借鑒。

關鍵詞：支架設計 梁體加固 頂推系

1.項目概述

武漢市東湖國家自主創新示范區有軌電車T1線及關山大道市政拓寬橋（下文簡稱“示例工程”）是在既有關山大道跨南環鐵路橋左右兩側新建三幅橋，其中有軌電車T1線橋長87.6m，橋面寬度12.3m；關山大道左幅市政拓寬橋長85m，橋面寬度8.5m；關山大道右幅市政拓寬橋長80m，橋面寬度12.1m。三幅橋均上跨既有南環鐵路，為連續鋼箱梁結構，梁高1.2m，橋面為正交異性板結構。

2.工作原理及流程

步履式頂推設備的工作原理可以概述為“協同間歇傳遞”，即通過一個主控端操作成組動作模塊在同一時刻完成相同的或幅度略有差別的動作，使被傳遞物發生整體間歇位移，最終完成預設距離的傳遞過程。

具體工作流程如下：豎向千斤頂（動作模塊之豎向動作單元）將梁體托起→水平千斤頂（動作模塊之縱向動作單元）將梁體向前頂推→豎向千斤頂回落將梁體重新放置在墊梁上→水平千斤頂回縮完成一個頂推行程。

3.步履式頂推法施工技術

3.1支架設計

3.1.1支架布置

步履式頂推法施工的橋梁支架分為拼裝支架和頂推支架兩部分，為保證支架結構的強度、剛度、穩定性及足夠的人員操作空間，一般設計為格構式鋼管支架，同時還應綜合考慮以下因素：

（1）頂推軌跡線與鋼箱梁縱向腹板同位，避免頂推過程中梁體局部受力過大，導致箱梁變形或受損，造成質量事故。

（2）現場地勢條件。一般采用步履式頂推法施工的橋梁，現場地勢條件均有不同程度的缺陷，在進行支架布置時，應避免將支架設置在既有構筑物、管線、軟弱地基、邊坡坡頂或其他障礙物上。

（3）抗傾覆安全儲備。根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）的相關規定，鋼結構在荷載的最不利組合下，由荷載標準值所產生的穩定力矩應大于荷載標準值所產生的傾覆力矩的1.3倍[1]。鑒于跨鐵路橋梁的施工安全等級高，且為盡量減小頂推力，步履式頂推施工時橋梁抗傾覆系數設置為2倍，這對支架的布置間距提出了基本的要求。

（4）橋梁線型的因素。許多頂推橋梁位于平曲線或豎曲線上，支架的布置直接影響了頂推是按曲線頂推還是直線頂推。示例工程位于半徑1600m豎曲線上，采用了沿兩個梁端走向的帶坡頂推方式，既避免了落梁高度較大，又保證了鋼箱梁頂推的安全。

（5）橋梁撓度和預拱度。在頂推橋梁中，橋梁自身的撓度和預拱度應在支架布置過程中進行充分考慮。經檢算，示例工程橋梁最大撓度和預拱度要求橋梁懸臂長度≤21m，最終設置的支架最大間距為17.5m。

3.1.2支架檢算

在支架施工前，應對支架進行詳細受力檢算，檢算內容包括地基承載力、支架承載能力、支架穩定性。在頂推施工前，計算鋼箱梁頂推各工況的撓度，鋼箱梁在風荷載作用下和最大懸臂狀態下的抗傾覆穩定性及鋼箱梁局部應力；模擬橋梁頂推全過程，復核結構與設備邊界、工作空間，、非一致工作條件（主要為千斤頂行程差，幅度差）。

由于同一個工況下，每個頂推墩的應力不盡相同，在進行頂推前應編制各墩詳細的應力控制表，頂推過程中每個行程均應嚴格按表內數據控制，防止與檢算狀態不一致而導致支架失穩或梁體局部變形。

3.2梁體加固

3.2.1原梁體設計

一般施工圖設計不會考慮頂推施工過程中頂推設備對梁體產生的局部應力影響，若盲目按照設計圖進行頂推施工極易造成局部應力過大導致梁體變形。示例工程也未對該橋進行頂推加固設計。

3.2.2調整后梁體加強設計

在頂推施工時，應按最不利工況下梁體本身的局部應力進行檢算，防止頂推時梁體變形，造成質量事故。示例工程對梁體進行了加固設計，在腹板上設置了與梁體同材料的加勁肋，加勁肋寬度0.3m（接觸面寬度0.3m）、高度0.4m，縱向間距0.5m（單個頂推行程0.5m），加固后的截面見圖1。

3.3梁體糾偏

3.3.1豎向糾偏

豎向糾偏也稱為高程糾偏或調整，梁體每個截面的高程不一定相同，而頂推支架頂部標高是確定值，在頂推過程中隨著梁體前移，頂推軌跡線上的梁體標高時刻都在發生變化，這就造成梁體不一定是預定的設計線型，需要進行豎向糾偏或調整。在頂推前，應根據頂推的距離，提前計算出各個頂推階段的設計高程，制定頂推施工梁體高程監測表，并采用一定的方法對梁體豎向高程進行糾偏。由于示例工程選用的步履式千斤頂豎向頂升行程為20cm，糾偏時采用高度18cm組合鋼墩并配備不同厚度的鋼板進行糾偏，既保證了糾偏的準確性，又對步履式千斤頂頂升過程不造成影響。

3.3.2水平糾偏

水平糾偏包括縱向糾偏和橫向糾偏，因縱向偏差在縱向頂推過程中完成，故水平糾偏一般指的是橫向糾偏。梁體橫向偏差一般是梁體水平向微小轉動的直觀體現。若梁體出現橫向偏位，先統計分析各頂推點處橋梁偏移矢量，因橋梁整體等量偏移的情況很少見，一般都層線性變化規律，故計算各自需調整的糾偏量。人工調整各動作模塊的系數，啟動步履式千斤頂橫調系統，從而實現橫向糾偏。橫向糾偏也是步履式式千斤頂縱橫豎三向千斤頂協同工作，每次都從縱向、豎向和橫向三個方向對梁體姿態進行調整，監測一旦梁體軸線超過限值，則先啟動豎向千斤頂將梁體頂起脫離墊梁，再啟動橫向糾偏千斤頂橫移梁體（協同啟動縱向千斤頂則向前移動），橫移前在每個千斤頂上設置相應的位移值標記，防止梁體橫移值超限或梁體偏轉。

3.4頂推同步性

在頂推過程中，由于工作的實際條件的不同，如梁底與千斤頂頂托頂面之間的間隙不同，每臺千斤頂承受的荷載也不是均等的，臨時的墩高度不一剛度也不相同，所以每臺步履式千斤頂與梁體、千斤頂與頂推平臺之間的摩擦力不一定相同，必須通過每臺千斤頂位移同步來避免結構偏轉不利的情況。需采用位移和壓力同時控制，來保證頂推過程受力狀態在設計允許誤差范圍內，從而提高達到千斤頂的同步性，此過程須遵循以下要點：

3.4.1設備性能一致性

頂推設備性能參數必須保持一致，步履式千斤頂、油泵、油表、控制箱等敏感設備及組件必須為同一廠家生產的同一型號，才用相同材質、相同元器件組裝而成，杜絕不同型號、不同性能、不同材質及不同元器件的設備混用。

3.4.2頂推系統同步性

頂推系統同步即單元控制系統同步。橋梁在進行頂推作業時，頂推設備用量會達到數臺或數十臺，應將各設備進行分組、分單元系統控制，以實現單元內系統控制的同步性，達到一鍵控制，同步頂升、同步縱向平推、同步下降及同步回縮的目的。示例工程單幅橋梁頂推設備用量為12臺，現場以4臺千斤頂為一個控制單元，再采用數據線將3組單元合并為整體，達到了同步頂推的效果。

3.4.3人員操作同步性

頂推操作人員必須經過專業培訓執證上崗，頂推前按照預定口令進行試頂（空載頂推），以檢驗操作和頂推的同步性。示例工程實行“一頂一人”、“一箱一人”的操作模式，在千斤頂周邊和梁體均標注頂推刻度線，并嚴格按照預定口令進行各項操作，確保每個千斤頂都同步頂升、同步頂推、同步下降及同步回縮。

4.結束語

綜上所述，步履式頂推施工方法相對其他橋梁施工方法對橋梁本身影響小，對橋梁下方的設施影響小，且智能化程度高，過程平穩安全、實操可靠，該項施工技術可廣泛運用于跨江河、跨鐵路、跨道路、跨管線等跨越障礙物或在有限的空間內實施橋梁架設。

參考文獻：

[1]JTGD64-2015，公路鋼結構橋梁設計規范[S].

[2]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[3]閻永風.步履式頂推跨鐵路鋼箱梁施工技術[J].鐵道建筑技術，2014（01）：58-62.