鋼箱梁跨高速拖拉滑移施工的監控量測關鍵技術研究

■鐘 彬

(福建省交通科研院有限公司，福州 350004)

1 概述

拖拉式多點拖拉滑移施工，屬于頂推法施工工藝[1]的一種演變，即在沿橋梁縱向的臺后設立一個預制場地，分段將預制梁體拼接，將梁體與主動墩用鋼絞線錨固；然后通過張拉千斤頂牽拉鋼絞線， 拖動梁段在臨時支墩頂設置的滑道上滑移，牽引梁體安裝就位。采用拖拉法進行拖拉滑移施工，實現鋼箱梁的滑移，橋墩所受的水平載荷為支反力與摩擦力抵消后的合力[2]。此種工法對于橋位部分區域通行、地理環境復雜、不能采用支架法施工的主梁比較適合。

鋼箱梁的拖拉滑移較混凝土梁， 可以忽略混凝土收縮徐變等引起的內力問題，且自重輕施工荷載較小，單次跨越能力較混凝土梁強[3]。但由于箱梁整體抗扭轉性能較弱，因此在施工過程中要注意縱向抗扭的問題。目前對鋼箱梁的拖拉滑移施工控制技術研究較少， 福建省更是處于空白狀態。 已有的鋼箱梁的拖拉滑移研究主要側重于施工工藝， 同時以混凝土連續箱梁為主。 因此基于該項目，對鋼箱梁的拖拉滑移施工監控量測的研究，能夠為該工法在類似工程的運用提供參考借鑒。

2 工程概況

沈海高速公路鏡洋互通A 匝道跨線橋跨高速段為鋼箱梁，本聯為三跨連續梁，孔跨為40m+65m+40m，其中65m 跨梁底與沈海高速凈高約6m。鋼箱梁斷面采用單箱雙室截面，底板水平設置，頂板設2%的雙向橫坡，邊腹板采用斜腹板。 鋼箱梁中心線梁高2.60m， 梁頂面總寬16.50m，梁底寬度為8.188m。 鋼箱主梁縱坡在R=2500m的圓曲線的圓弧曲線上。主梁設置了預拱度，拱度線性為二次拋物線。 全橋分為29 個節段，連鋼護欄共計1320t。為減少對沈海高速路交通的影響， 采用梁段分階段拖拉滑移拖拉滑移施工方式進行鋼箱梁架設， 累計滑移距離為145m。 橋梁平面布置如圖1 所示、立面布置圖如圖2所示。

圖1 橋梁平面布置

圖2 橋梁立面示意圖

3 拖拉滑移施工流程

鋼箱梁總長145.00m， 總重11244kN， 總拖拉行程145.00m。鋼箱梁現場拖拉滑移施工立面圖及平面圖如圖3 所示。 施工流程如下：

(1)第一階段：預埋件預埋→支架搭設→拖拉滑移設備安裝→第一階段梁段(1～14 節段)運輸、吊裝、組拼、安裝、焊接、涂裝→導梁安裝→第一階段鋼箱梁拖拉滑移。該階段鋼箱梁總長70.40m， 總重5947kN， 總拖拉行程27.80m。

(2)第二階段：第二階段梁段(15～19 節段)運輸、吊裝、組拼、安裝、焊接、涂裝→第二階段鋼箱梁拖拉滑移。該階段鋼箱梁總長95.40m， 總重7800kN， 總拖拉行程80.00m。

(3)第三階段：第三階段梁段(20～29 節段)運輸、吊裝、組拼、安裝、焊接、涂裝→第三階段鋼箱梁拖拉滑移→導梁拆除→整橋就位、落梁→支架拆除、完工。

圖3 拖拉滑移施工立面與平面布置圖

4 施工狀態分析及理論計算

4.1 鋼箱梁拖拉滑移施工工序

鋼箱梁的拖拉滑移施工是一個持續性的動態過程，施工過程的監控量測需要對過程中的數據進行實時監控。 但過程中理論控制閥值的計算無法按照實時階段進行詳細計算， 因此需要仔細分析整個鋼箱梁拖拉滑移施工，從整個拖拉動態過程中選擇若干靜態工況進行分析，計算各自的理論值作為施工監控的控制閥值。 工況選取和施工狀態見表1。 其中，工況2、工況8、工況12、工況13 是值得關注的工況，涉及導梁與主梁連接處、主梁跨中、主梁懸臂最大處等位置的最不利受力狀態，同時臨時墩柱所受的支反力最大。

4.2 理論計算分析

采用大型有限元軟件建立橋梁模型， 對鋼箱梁三階段頂推施工過程共17 個工況進行模擬分析，鋼箱梁模型見圖4。 分析得到表1 中17 個靜態工況的受力情況，并以此建立拖拉施工過程的預警設置。

圖4 結構有限元模型圖

表1 工況選擇統計表

5 施工監控量測實施

采用拖拉滑移法施工梁式橋優點較多， 但施工過程受到的不利影響因素也不少， 因此必須加強施工控制[4]。從拖拉滑移橋梁的自身特點來看， 為了保證拖拉滑移施工順利進行， 在任何狀態下結構受力應在設計允許范圍以內，落梁后的梁體的標高、變形及受力狀態(截面應力應變、支座反力)要與設計相符是施工控制的主要目的。

5.1 拖拉滑移過程中的監測方案

(1)梁體中線偏位監測

拖拉滑移施工過程中，千斤頂的推力會有差別，為防止梁體頂偏，應對梁體中線偏位進行監測。

監測方法： 采用全站儀測箱梁水平坐標與經緯儀測箱梁中線雙控的方法。

具體操作：①全站儀測箱梁水平坐標。 全橋共設14個測量斷面，分布在成橋后每孔的四分點位置(見圖5)，沿腹板梁底位置黏貼全站儀反光片，見圖6。 通過先期計算，獲得每個階段測點的空間坐標值。根據理論坐標值與實際坐標值進行比較，對箱梁偏位情況進行評價；②經緯儀測箱梁中線。精確測量獲得箱梁頂板的中間位置，在橋面上做好標記，見圖7。 將經緯儀架設在3# 臺高處，通過水平角度測量，對箱梁偏位情況進行評價。

如果發現主梁軸線偏離設計軸線到達控制值時，應立即通知指揮人員，指揮人員下達糾偏指令。操作人員擰動導向設施的絲杠，在拖拉滑移過程中進行糾偏。

圖5 梁體中線監測點縱向布置圖

圖6 測站測量示意圖

(2)主梁和導梁應力監測

拖拉滑移過程中， 主梁截面應力是隨著拖拉滑移的進行不斷變化的，不但應力大小改變，其應力屬性(抗、壓)也會發生改變。 為保證拖拉滑移過程中結構的受力始終不超過設計允許值，就必須對其進行跟蹤監測，一旦出現異常情況，應立即暫停拖拉滑移施工，查找原因并采取合理措施保證拖拉滑移施工的順利進行。

圖7 測點布置圖

根據設計模擬拖拉滑移過程計算分析， 初步選擇主梁在拖拉滑移過程中受力最不利的位置作為應力監測截面，另外鋼導梁和主梁連接部位易發生開裂，拖拉滑移過程中要密切監測連接部位是否存在應力過大、 腹板屈曲等現象。

選定的監測截面：導梁與主梁結合截面(Ⅰ-Ⅰ截面)、主梁距梁端21.4m 位置截面(Ⅱ-Ⅱ截面)、成橋后各孔的跨中截面(Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ截面)。截面見圖8，應變測點布置見圖9。

圖8 梁體應變監測截面(單位：m)

圖9 監測截面應變測點布置圖(單位：m)

(3)導梁變形監測/成橋線形測量

在拖拉滑移過程中，導梁端部標高是不斷變化的。一般說來，導梁端部撓度總大于預測值。為保證導梁順利通過支墩，在導梁端部接近支墩時，應對其標高進行監測，并采用千斤頂使導梁前端位于將就位的墩上。

根據理論計算得到的導梁前端最大位移值， 采用全站儀，對導梁前端變形進行監測。 同時，需要對箱梁的變形進行測量，保證箱梁受力在理論范圍內，同時成橋后對橋梁線形進行測量控制。

(4)落梁監測

落梁按設計分次進行，直至梁體就位。 每次落梁后，對本次落梁高度進行監測，同時對橋面高程點進行測量，以便掌握橋梁的扭轉情況。 同時對梁體的跨中截面應變進行監測，防止橋梁局部扭轉發生。

(5)拖拉滑移墩頂水平位移/墩腳受力監測

拖拉滑移施工過程中需防止拖拉滑移墩承受過大的水平力而產生超限水平位移， 需對各個拖拉滑移墩的墩頂進行水平位移監測， 同時對墩腳受拉區的混凝土應力進行監測。從施力開始到梁體開始移動連續觀測，一旦位移超過最大值則立即停止施力，重新調整各千斤頂拉力。監測方法：水平位移采用傾角儀進行監測；混凝土應力采用應變計進行監測，測點布置見圖10。

圖10 1# 墩柱測點布置圖

5.2 監測結果

(1)各工況下各控制截面的應變測點實測值大部分都小于模型理論計算值， 說明該鋼箱梁橋的實際受力狀態與模型計算的相符。 期間出現左右箱室應變數值偏差的情況，通過分析增加橫向限位裝置，對拖拉滑移施工進行糾偏，保障橋梁拖拉施工順利進行。

(2)各工況下各撓度測點實測值基本都小于模型理論計算值， 說明該鋼箱梁橋的實際剛度狀態與模型計算的相符，橋梁的線型變化處于可控范圍。

(3)施工過程，受支點水平反力的作用，1-1# 墩頂和1-2# 墩頂的縱向水平位移均小于相應理論計算值，在支點水平反力和豎向反力共同作用下，1-1# 墩腳和1-2#墩腳的混凝土應變均小于相應理論計算值， 說明該鋼箱梁橋橋墩的實際受力狀態與模型計算的相符。

從以上監測結果來看，整個頂推施工過程較為順利，施工及其監控均按照預定計劃穩步進行， 考慮到頂推過程鋼箱梁存在整體右偏現象， 現場實測的數據結果基本都在理論計算值范圍左右，都在可控范圍之內，該理論計算模型基本能反應施工現場的實際情況。

6 結論

(1)鋼箱梁拖拉滑移施工能夠有效地解決下穿通道項目的施工難處，提供很好的解決方法和思路；

(2)鋼箱梁不同于混凝土箱梁，在施工過程中具有易扭轉、易偏移的難題，需要在施工前期做好應急預案；

(3)鋼箱梁拖拉滑移施工的監控量測要根據施工特點進行設計，要求數據能夠較好的反應施工過程的狀態，對過程中橋梁狀態進行糾偏， 保障落梁后橋梁的結構受力滿足設計要求；

(4)該項目的監控量測方案可以很好地為類似項目提供借鑒參考。