東北路拓寬改造門式剛構拖拉施工研究

何長江

摘要：為解決既有橋梁改建過程中，施工對交通行車和橋下管網的影響問題，本文對傳統的框構橋頂進法進行改進，提出門式剛構拖拉法。結合大連市東北路拓寬改造工程，對所提工法的工藝原理和流程進行了介紹，并對該工法在施工過程中的操作重點和難點進行了分析。

Abstract： In order to solve the problem of the influence of construction on traffic and bridge pipe network during the reconstruction process of existing bridges， this paper improves the traditional frame structure bridge jacking method and proposes the portal rigid frame drag method. Combined with the widening and reconstruction project of the northeast road in Dalian， the process principle and process of the proposed method are introduced， and the operation focus and difficulties of the construction method in the construction process are analyzed.

關鍵詞：橋梁施工;穿越;門式剛構;拖拉法

Key words： bridge construction;crossing;portal rigid structure;drag method

中圖分類號：U448.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0156-04

0? 引言

隨著國民經濟的快速發展，城市進入了大開發、大發展的新的歷史時期，隨之而來的是城市交通壓力的增加，特別是貫穿老城區內既有下穿框構橋，因建造年代久、孔徑小、橋下城市管網密布動遷影響范圍大、拆遷費用高已經成為束縛城市交通發展的瓶頸，為了解決這一難題，在保證城市主干道交通和鐵路行車不中斷、既有橋下基礎設施不遷移的前提下進行施工，中鐵九局集團開發的門式剛構拖拉施工工法，在大連市東北路拓寬改造工程中的運用，巧妙的將傳統的框構橋頂進法創新為門式剛構拖拉法施工，是對下穿鐵路立交橋工程結構的全新的構思、設計和施工實踐[3-5]。在國內外權威刊物和重要學術論文集中均未發現有類似的報道，本工法在解決城市既有橋梁改建施工與城市交通和鐵路運營相互影響方面效果明顯，施工過程中城市道路和鐵路運輸均不中斷，不僅橋梁本體施工安全，還妥善解決了工程對周邊交通的影響，城市地下管網不用動遷，大大減少了投資額，技術先進，具有顯著的社會經濟效益。

1? 工藝原理及流程

門式剛構拖拉法適用下穿構筑物改擴建施工，與傳統的頂進方法相比，能在保證橋上鐵路正常運營和橋下公路交通不中斷情況下，利用鐵路的“天窗”作業時間將門式剛構拖拉到指定位置。尤其是在城市交通主干道下穿鐵路（公路）橋梁改擴建中，城市主干道影響范圍廣無法中斷交通，橋位地下管網動動遷量大，影響范圍廣，投資額度大幅度增加的情況下，本法施工優勢明顯。相對于傳統的框構橋頂進法，是對下穿工程結構的新構思、新技術，該工法具有以下優點。

①占用施工場地面積小，避免了施工對城市道路的全部占用，保證了城市道路交通順暢，對周邊交通影響范圍小，無需對既有橋下的城市地下管網遷移，工程投資少，施工周期短。②施工進度快，封鎖時間短，拖拉法施工工藝簡單易于操作，對城市交通和鐵路運輸干擾少，施工過程安全可靠。③拖拉法使用的機具簡單，主要機具為預應力穿心式千斤頂，材料為預應力鋼絞線，可操作性強，易于推廣，工程質量可控。

門式剛構拖拉法的原理是在傳統的框構頂進方法的基礎上，將構造物由一般千斤頂并聯頂進施工改進為由穿心式千斤頂串聯拖拉施工，其工藝流程如圖1所示。

并聯頂進施工由于千斤頂工作行程小，因此，當要求頂推構造物至相當大距離時，就必須分多次進行，千斤頂一次行程小于500毫米，需配備大量的傳力柱，占地面積大，更換傳力柱頻繁，框構頂進速度慢，需吊車配合作業，從基坑開挖到施工結束中斷既有道路時間一般至少在3個月以上時間，且整個作業范圍內的地下管網需全部動遷，其缺點是占地面積大，需長時間中斷道路施工，工藝相對復雜，施工進度慢，影響范圍廣，地下設施動還遷費用比重大。

串聯拖拉施工是將兩臺穿心式千斤頂串聯為一組，相對門式剛構立墻配置，用鋼絞線將構造物與千斤頂連接起來連續拖拉，克服千斤頂工作行程小的缺陷，免除了更換傳力柱作業，無需吊車配合，門式剛構拖拉速度快，每小時可達8米以上，由于門式剛構設計取消了構造物的底板，整個作業范圍內的地下管網不需要動遷，其優點是占地面積小，不需長時間中斷市政道路交通施工，工藝相對簡單，施工進度快，影響范圍小，地下設施不需要動遷，能大量節約不必要的投資。

串聯拖拉施工雖然克服了并聯頂進施工缺點，但是由于穿心式千斤頂相對于一般千斤頂動力小，串聯拖拉施工中要相對門式剛構立墻配置，可配置千斤頂組少，施工中為了解決總拉力有限的問題，就必須盡量減少門式剛構在拖拉施工中的摩擦力阻力，提高滑道的剛度和精度，有效降低剛構與滑道間的摩擦系數，是減少門式剛構在拖拉施工中的摩擦力阻力的關鍵。

為了提高滑道的剛度和精度，如圖2所示，施工設計采用人工挖孔樁基礎，鋼筋混凝土槽型連續基礎梁滑道，滑道槽內鑲嵌厚鋼板，門式剛構立墻腳部外包鋼板，預留間隙為1.5cm。為了降低剛構與滑道間的摩擦系數，在門式剛構立墻底部與滑道槽內鑲嵌厚鋼板間鋪設四氟板和不銹鋼板，四氟板上涂抹黃油，將摩擦系數極限值控制在0.1以內。為了控制門式剛構立墻的橫向位移，在門式剛構立墻底部側面與滑道縫隙間每隔兩米放置一塊1cm厚的四氟板限位塊，將門式剛構立墻的橫向位移控制在1cm以內。

2? 工法應用實例

門式剛構拖拉法在大連市東北路拓寬改造工程中得到應用，在具體施工過程中，需對設備配置檢算、系統構建、同步控制、以及施工監測等環節進行準確的設計計算。下文以大連市東北路拓寬改造工程（如圖3所示）為例，對該工法的操作要點進行介紹。

2.1 拖拉設備配置檢算

沈大線鐵路橋自重及荷載：

結構自重=（33.51+47.58+42.68+47.58+33.51）t/m×8.3m=1700t

鋼軌=0.06t/m×25m×4根×2組×2處=24t

枕木=0.35t/根×84根×2處=59t

道碴=1.65t/m3×2m3/m×60.5m×2處=399t

以上合計總重=1700t+24t+59t+399t=2182t

不銹鋼板與四氟板的摩擦系數取μ=0.1（參考滑動支座摩擦系數為0.05-0.06及碼頭線行走實際平均摩擦系數為0.05、極限值為0.1）、荷載附加系數k=1.2，設計采用8？覫s 15.24鋼絞線進行拉進，鋼絞線橫截面積Ap=140mm2×8根=1120mm2;拖拉端控制應力δ=N/Ap （N為拖拉端的拉力）。

沈大線鐵路橋拖進牽引力N=μG=0.1×2182t×1.2=2618kN

1、5號立柱需牽引力：N=μG=33.51/204.86×2618kN=428kN

2、4號立柱需牽引力：N=μG=47.58/204.86×2618kN=608kN

3號立柱需牽引力：N=μG=42.68/204.86×2618kN=545kN

沈大線鐵路橋牽引端控制應力：

1、5號立柱：δ=N/Ap=428000/1120=382MPa<[δ]=1395MPa

2、4號立柱：δ=N/Ap=608000/1120=542MPa<[δ]=1395MPa

3號立柱：δ=N/Ap=545000/1120=487MPa<[δ]=1395MPa

19？覫s 15.24鋼絞線[δ]=1395MPa，因此能夠滿足拖進要求。

2.2 拖拉系統構建

設牽引平移點5個，每一個平移點中，配置1臺額定平移力為200噸的連續平移千斤頂，每臺頂配置8根Ф15.24、強度為1860MPa級鋼絞線，鋼絞線安裝采用墩后預埋錨墊板安裝承重錨，如圖4所示。平移系統設備分布及牽引如圖5所示。

各牽引點位置同步控制：在牽引體系中，按最小值相對誤差計算平衡誤差實施模糊控制。控制系統牽引點平衡的誤差計算方法圖解如圖6。

各個誤差值的計算：

H2值為最小則：

ΔH1=H1-H2? ΔH2=H2-H2=0? ΔH3=H3-H2? ΔH4=H4-H2

按誤差控制調節各頂、各吊點調節閥組的通用計算機流程如下：

起動平衡控制→ΔH1≥δ（δ：牽引點同步誤差為10 mm）→設置調節1#吊點調節閥組閥→ΔH1≤1mm→停止調節1#吊點調節閥組閥→ΔH2≥δ→設置調節2#吊點調節閥組閥→ΔH2≤1mm→停止調節2#吊點調節閥組閥→ΔH3≥δ→設置調節3#吊點調節閥組閥→ΔH3≤1mm→停止調節3#吊點調節閥組閥→ΔH4≥δ→設置調節4#吊點調節閥組閥→ΔH4≤1mm→停止調節4#吊點調節閥組閥→關閉平衡→ΔH5≥δ→設置調節5#吊點調節閥組閥→ΔH5≤1mm→停止調節5#吊點調節閥組閥→關閉平衡……。平衡調節以牽引總程同步誤差為主，千斤頂伸缸行程為輔。

2.3 拖拉過程同步控制

平移剛構橋在牽引過程中牽引總程的平衡是由穩壓調節器適時調控完成的;由于鋼絞線是柔性的，它不能約束剛構橋在運行過程中的慣性動量，所以剛構各個狀態必須由外設檢測裝置來檢測，提供信息應時刻監測剛構的步進軌跡及工況，在平移施工過程中，根據專業測量人員對平移剛構運行偏差情況作相應的調整。牽引平移的過程必須在60分鐘內完成（不括在平移中由于其他原因（如滑道、導向等原因）可能造成延誤的處理時間），平移速度最小為7分鐘/每米，糾偏處理按20分鐘考慮，過程對于設備的配置采用連續式牽引系統。

其在牽引的過程中有停頓的時間，可利用這個時段確定整個結構的運行狀態，提前確認結構是否需要調整，這個系統平移速度平均為每小時8米以上，滿足拖拉進度要求。

2.4 拖拉過程縱向位移的施工監測

拖拉時，采用剛構橋實際位移為準、千斤頂行程為副的方法進行監控，設專人通過粘貼在承臺表面的標尺對各滑道剛構橋的5個立墻所處滑道上設置基準點，配備專人進行位移、速度、偏差等指標監控，5點同步牽引、各牽引點形成、位移偏差、縱向設定值為10-15mm，橫向設定值為5-10mm，10mm內監控、10-15mm為糾偏、15mm以上停止。在行進過程中始終堅持如出現偏差超過+5mm情況，則必須調整油泵流量，馬上進行調整，使剛構橋位移保持在可控范圍之內。

3? 結論

本文結合大連市東北路拓寬改造工程，對門式剛構拖拉施工工法在操作中所需注意的具體問題進行了分析，得出的主要結論如下：

①門式剛構相對框構基本上為不閉合結構，由于其下部是開放式的，剛構立墻的橫向位移控制是保障門式剛構在拖拉過程中結構質量的關鍵，按設計要求門式剛構在拖拉過程中，橫向位移控制在1.5cm以內，施工中采取橫向限位擋塊，確保門式剛構每個立墻橫向位移控制在1cm以內。

②滑道的精度和剛度會引起門式剛構在滑動的過程中摩擦阻力的增加，有可能直接造成門式剛構拖拉中途停頓，無法保證在計劃時間內完成施工任務，影響鐵路和城市道路的交通。

③滑道縱向限位在牽引中占有很重要的地位，它起著控制剛構慣性動量釋放的作用，無論牽引設備的測量、控制如何優越都不能控制物體慣性動量的偏移，必須設置限位裝置，當其摩擦系數越小其慣性動量的影響就越大，限位的制作必須設置在滑道上并與滑道連為一體才能達到其使用效果。

④在牽引施工中，摩擦阻力是隨時變化的，對于在封鎖時點內的施工必須按最壞的異常情況考慮牽引力的要求;由于剛構的結構復雜，要使牽引力在牽引中波動不要太大，則要求滑道的摩擦系數越小越好，同時，摩擦系數較小，也能使結構受在平移的過程中受到的力偏小。

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