棗陽中興大道上跨既有漢丹鐵路鋼箱梁頂推施工技術

董 琨

（中鐵十一局集團第一工程有限公司， 湖北 襄陽 441104）

1 工程概況

本橋為新建鐵路武漢至十堰鐵路孝感至十堰段相關工程，為棗陽市中興大道跨漢丹鐵路立交橋改擴建工程。

橋梁設計采用連續鋼箱梁結構，三孔一聯。孔跨布置為（29.46+45+30）m，橋梁分兩幅，平面位于直線上，分別布置與既有橋兩側。橋梁采用等高度鋼箱梁，單幅標準橋寬18m，梁高2.1m。箱頂寬18m，箱底寬12m，懸臂長各為2.5m，采用單箱三室截面。橋梁設有2%的橫坡，兩幅箱梁總重2075t。

箱梁梁體采用Q345qD鋼材，預埋件、附屬結構鋼材采用Q235B鋼材。箱梁頂、底板厚度為16mm，支點處局部加厚，順橋向布置U型加勁肋，組成正交異性橋面。鋼箱梁設4道腹板，板厚為16mm。箱室內每隔3m左右設置一道橫隔板，板厚14mm。

2 頂推施工概況

此次施工需上跨既有漢丹鐵路，出于安全角度考慮排除了汽車吊及架橋機施工，選取偏安全考慮的頂推施工方案。此次頂推施工計劃單幅鋼箱梁頂推采用8臺450t步履機進行頂推施工。其施工流程如下：

(一)鋼箱梁節段在漢江重工廠內制造完成后，由高速運至現場，通過吊車按相應節段順序架設至臨時支架上（臨時吊點和臨時支點的位置必須設在縱向腹板和橫隔板的交叉處）。通過全站儀及水準儀對調整各節段高程、平面線形及節段間距進行量測，經現場復核確認后在現場焊接鋼箱梁節段并調試步履式千斤頂。

(二)臨時胎架施工前需對場地進行平整，之后進行臨時胎架擴大基礎、安裝胎架立柱及頂推設備就位施工，頂推設備必須安裝鋼箱梁加強肋的下方。在頂推施工，提前完成防護墻及防拋網施工，避免造成后續施工困難。

(三)拼裝36m導梁與105m鋼箱梁以及尾端12m導梁。

(四)將拼裝好的鋼箱梁節段向前頂推至設計位置，通過試頂方式確認設備同步性、頂推方向及高程控制，確保箱梁后續頂推施工中定位準確及頂推設備均勻受力。

(五)鋼箱梁頂推施工就位后，拆除臨時支架。同時完成后續橋面附屬工程施工。

3 荷載分析

3.1 鋼箱梁分段圖

頂推鋼箱梁單幅長105m，其分段如下所示：

3.2 建模分析

此次計算采用 Midas Civil 2017進行頂推模擬。由于此橋為斜交橋，平面單梁模型法顯然不適用，故使用空間梁格模型法對頂推過程進行模擬計算。建模時將鋼箱梁結構離散為縱梁腹板和橫隔板組成的梁格模型，縱梁單元截面為頂底板帶加勁肋的工字型截面，翼緣寬度為相鄰腹板間距的一半，有效分布寬度與空間單梁模型相同。每片橫隔板為一根虛擬橫梁，橫梁單元截面為工字型，腹板厚度設為 14mm。翼緣寬度為橋梁設計中心線處相鄰橫隔板間距的一半，橫梁高度為橋梁設計中心線處腹板的高度。通過調整自重系數讓程序自動生成鋼箱梁自重及導梁自重，箱梁橫隔板重量以節點荷載的形式施加在鋼箱梁模型上，鋼箱梁兩側防撞墻按10852N/m計算。計算風荷載時，風速等級按當地 10年一遇的風速考慮，根據《公路橋涵抗風設計規范》（JTGTD60-2004）計算橫向靜風荷載為2350N/m。溫度荷載按當地10年中的最低氣溫與最高氣溫考慮。由于頂推施工時，鋼箱梁及導梁頂部嚴禁堆載，故不考慮施工荷載的影響。鋼箱梁整體均布荷載按9t/m考慮，導梁均布荷載按1.2t/m考慮。

4 頂推工況分析

根據施工情況共分為六個工況，具體為：①鋼箱梁在拼裝完成后的初始頂推狀態，其尾端懸挑長度最大。此時步履機支點反力、鋼箱梁單根縱梁彎矩及剪力最大，；②當后導梁尾端剛好脫離 6#步履機時，此時尾端懸挑長度為36m；③當前導梁前端到達2#步履機但未上步履機時，此時頂推整體前端懸挑長度最大，此時撓度最大；④當前導梁前端剛好到達2#步履機時；⑤當前導梁與鋼箱梁連接處到達52m跨跨中時，此時鋼箱梁所受應力最大；⑥當鋼箱梁前端即導梁尾端剛好到達2#步履機時。具體如下：

工況各步履機支點反力（t) 最大撓度（cm)最大應力（MPa)最大彎矩（KN·m)最大剪力（KN)1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 6-1 6-2工況一 9.2 9.6 208.0 226.9 197.7 197.2 385.9 18.5 92.7 17761.1 2108.7工況二 236.4 257.7 188.8 185.3 377.8 376.6 18.2 87.3 16736.6 1923.0工況三 303.9 327.6 202.7 193.5 296.3 298.5 76.2 12678.6 1778.4工況四 9.1 9.3 278.9 301.2 221.5 214.2 293.4 295.0 5.3 60.8 9829.5 1609.7工況五 30.9 32.6 346.5 366.1 237.1 229.4 188.5 191.7 8.4 13632.5 1988.6工況六 177.0 190.6 356.7 358.9 262.9 263.8 7.7 60.5 11943.8 1918.0images/BZ_213_802_1734_859_1784.pngimages/BZ_213_914_1832_984_1883.pngimages/BZ_213_983_1931_1052_1982.png

5 頂推梁體抗傾覆性驗算

根據頂推工藝圖及工況計算分析可知，在頂推過程中可能發生傾覆的工況有二種，第一種即剛開始頂推時，尾端懸挑長度最大；第二種即導梁將要到達2#步履機時，此時前端懸挑長度最大。計算時，鋼箱梁整體均布荷載按9t/m考慮，導梁均布荷載按1.25t/m考慮。則鋼箱梁的抗傾覆系數計算如下：

工況一：剛開始頂推時，尾端懸挑長度最大；

抗傾覆系數計算：

工況二：導梁將要到達2#步履機時，此時前端懸挑長度最大；

抗傾覆系數計算：

抗傾覆系數遠大于1.3倍的抗傾覆要求，故頂推過程中梁體的抗傾覆性滿足要求。

6 頂推支架受力分析

根據工況計算，單組頂推支架最大反力388t。支架主體采用4根800×16的鋼管，長約6m，連接系采用165×5.5的鋼管與[20連接。用MADIS/Civil 2017對頂推支架進行建模計算如下：

頂推鋼管柱受力結算結果如下：

屈曲一階模態如下：

根據計算結果可知，頂推支架最大應力位于縱梁中部，且最大應力為91.6MPa，一階屈曲模態臨界值為19.7>>4。根據《公路鋼結構橋梁設計規范》可知，Q235鋼材的抗彎強度允許值為180MPa，故支架強度與支架整體穩定性皆滿足要求。

7 結語

綜合上述考慮，本次頂推施工從技術角度考慮可行。隨著城市圈發展需要，后續會出現更多的上跨既有鐵路橋梁施工。因此，采取鋼箱梁頂推施工工藝更加符合現場施工條件，不僅在上跨既有線施工過程中能做到安全可控又能確保施工質量。