平豎曲線鋼箱梁橋多點自平衡頂推施工技術分析

中鐵五局集團第二工程有限責任公司，湖南 衡陽 421002

1 工程概況

某公路改建工程羅邊大橋上跨廈蓉高速贛州北出口A匝道，線路平面位于半徑R=1500m的平曲線上，豎向位于半徑R=8000m的凸豎曲線上，其中2#墩往5#墩方向大里程端86m為上坡，坡度為1.2%，小里程端54m為緩和曲線下坡，坡度為-2.7%。該橋上跨廈蓉高速贛州北出口A匝道的主跨采用40m+60m+40m的鋼混疊合梁，鋼箱梁為工廠制作、工地螺栓連接，上跨通行道路采用智能步履式全自動多點自平衡頂推法進行橋梁架設安裝，頂推裝置設置于永久墩及臨時墩的頂部，頂推與鋼箱梁節段組拼工序交替施工。在鋼箱梁頂推及橋面系施工期間，搭設防護棚架對橋下通行道路進行安全防護。

2 工藝原理

步履頂推千斤頂是一種用于起重位移的專用工具，是為了滿足重載構件或大型設備的空間三維位置精確就位需要而研制的調整設備。該產品的應用可實現對橋梁或類似梁式重物的位移作業，進行低高度、短距離的橫向、縱向和垂直方向的位移。步履頂推千斤頂液壓控制系統由N個單元液壓系統和總控PLC控制系統組成，其參數如表1所示。

表1 步履頂技術參數表

步履頂推結構由支撐頂升油缸、縱向頂推油缸及滑塊、橫向糾偏油缸及支撐底座組成，通過這三部分的協調作業完成重物的定向移動。一套步履頂推設備包含2個頂推單元、1個液壓泵站、1個控制系統。

智能步履式頂推系統將滑移面由箱梁底部改到頂推設備內部，顯著減小了頂推前進時的摩擦力，避免了對主結構的損傷，滿足了橋墩不受水平荷載及永久結構設計受力要求，實現了真正的自平衡頂推。

頂推系統集頂升、平移、橫向調整于一體，實現鋼箱梁的豎向、順橋向、橫橋向的移動或調整，從而保證鋼箱梁的坡度、全橋線形；系統采用計算機集中控制系統，設備集成化、自動化程度高，動作精度達到毫米級，操控安全、方便、可靠。

工作時豎向千斤頂頂起鋼梁，水平千斤頂完成向前頂推，落梁后擱置于墊塊上，千斤頂回油完成一個行程的頂推工作，頂推過程是一個自平衡的頂推動作，其操作步驟簡述為“頂→推→落→回”工作循環。

3 關鍵施工技術

鋼箱梁架設主要分為工廠制作、運輸、頂推拼裝平臺搭建、設備安裝調試、梁體頂推、梁體落梁就位等施工工序，頂推施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

3.1 頂推平臺拼裝、施工

鋼箱梁拼裝平臺由永久墩和臨時墩組成。臨時墩采用格構柱型鋼支撐結構，單個立柱采用大直徑螺旋鋼管，立柱之間用槽鋼連接成整體，以保證臨時墩整體穩定性，臨時墩立柱下設C30鋼筋混凝土基礎。臨時墩格構柱和混凝土基礎地基承載力需要進行受力檢算并符合要求，不良地基要用合格填料換填，壓實后再施工基礎混凝土，或采取其他處理措施。

3.2 頂推系統安裝、調試

（1）頂推系統安裝。一套頂推系統含2個步履頂頂推單元、1臺控制箱（含液壓泵站），根據頂推平臺數量設置。步履式千斤頂單個頂推器頂進速度為3～5m/h。在每個永久墩和臨時墩底部放置1臺控制箱，并連接好步履頂的液壓管道、位移傳感線路、壓力傳感線路，任意1臺控制箱均可設置成主控系統，通過有線網絡及藍牙傳輸網絡連接組成雙保險網絡控制系統，控制其他控制箱進行同步頂推施工。臨時墩及永久墩上每墩墩頂安裝2臺步履頂，按單幅橋梁控制中線對稱布置，其中臨時墩步履頂安裝于分配梁上，永久墩步履頂安裝于支座墊石上。每墩2臺步履頂上再各安裝1塊楔形調坡鋼板，調坡鋼板上橫橋向放置雙拼型鋼大墊梁，鋼箱梁底板與大墊梁之間接觸面墊一層3cm厚橡膠墊，起到局部承載均衡、保護鋼梁底部防腐涂層、增大箱梁與墊梁的摩擦力的作用。永久墩在蓋梁上設置工字鋼墊墩，每個墩蓋梁上設置2處墊墩，為便于拆除，墊墩采用工字鋼進行疊合組拼，并用螺栓連接成整體。

（2）頂推系統調試。頂推設備安裝完成后，連接好系統的通信網路、監控網路、油路及電路，進行調試以保證在手動、自動模式運行下，執行元件按設定的運動方式運行。聯機調試時，啟動泵站，選擇手動運行模式，在主控臺操作面板上控制執行元件伸缸或縮缸動作，檢查其進行的動作是否正確，并調節行程檢測裝置的檢測元件，使檢測裝置的接觸及檢測正常。系統手動試機完成后，選擇自動模式系統，檢查系統各千斤頂的動作協調性及同步性。如不滿足施工要求，應認真查找原因，排除故障，系統的動作完全協調方表明系統調試正常合格。

3.3 鋼箱梁節段拼裝

鋼箱梁根據設計圖在工廠分段制作成型及進行試拼裝檢驗，然后分段運輸至施工現場，按頂推順序先拼裝第1節段和導梁，節段和導梁拼裝完成后開始頂推，并形成拼裝→頂推循環作業。鋼箱梁節段間用10.9s高強螺栓和連接夾板將2節箱體連接成整體。節段單個箱體采用300t汽車吊整體吊裝至拼裝平臺準確就位，并配合1臺50t汽車吊吊裝縱橫梁和連接鋼板，吊裝箱體時節段底板連接處連接鋼板需預先安裝在一側箱體上并完成螺栓初擰。

箱體就位后按從下到上的順序吊裝連接鋼板和縱橫梁，并用沖釘臨時固定連接鋼板與箱體、縱橫梁的螺栓孔位，按初擰、終擰力矩要求擰緊高強螺栓。螺栓擰緊操作可使用手持電動扳手，在電動扳手上設定好初擰、終擰扭矩，螺栓達到擰緊扭矩后，電動扳手自動斷電完成擰緊工作。

鋼箱梁前端鋼導梁長為主跨的0.6～0.8倍，鋼導梁主梁分2個工字型鋼結構，并用槽鋼進行平連。鋼導梁與主梁連接時，在鋼箱梁封端板處設置加強板，用10.9s級M22高強螺栓進行連接；鋼導梁節段連接部位設置加強板，用10.9s級M22高強螺栓連接。

3.4 鋼箱梁節段頂推

鋼箱梁初始頂推節段為鋼導梁+第1、第2節段，后續按拼裝1個節段頂進1個節段形式進行循環作業。步履頂每循環進尺為0.4m，用時4～5min，操作步驟如下。

步驟一（頂升）：開啟支撐頂升油缸，使支撐頂升油缸同步上升，直到鋼梁脫離落梁調節支座，如圖2所示。

圖2 步驟一“頂”

步驟二（平推）：開啟頂推油缸，使鋼梁與上部滑移結構整體前移，直至平推油缸完成一個行程，如圖3所示。

圖3 步驟二“推”

步驟三（下降）：開啟頂升油缸，使鋼梁與上部滑移結構整體下降，直到頂升油缸完全脫離鋼梁，如圖4所示。

圖4 步驟三“落”

步驟四（回縮）：開啟頂推油缸，使上部滑移結構向后回位，回到初始位置，并開始下一個往復行程，如圖5所示。

圖5 步驟四“回”

橋面平面位于圓曲線上，頂推機全部沿各自前進方向頂進，鋼箱梁節段每頂推前進5m需要進行一次糾偏操作，測量梁面各中線控制節點軸線偏位情況，通過主控箱設置各頂推點橫向糾偏數據，利用步履頂的橫向糾偏千斤頂調整平面位置，確保梁體曲線線型誤差符合規范要求。

3.5 監控量測

鋼箱梁節段拼裝及頂推施工過程中均使用全站儀進行平面線型控制，使用水準儀進行高程控制。頂推過程中進行平面位置跟蹤監控和臨時墩鋼管柱位移監控，發現線型有偏差要及時進行調整。

頂推過程中需要進行鋼箱梁主梁、永久墩和臨時墩應力監控，永久墩和臨時墩位移監測，導梁變形監測，一旦發現施工過程中有超允許值需要暫停施工，并分析原因，確定控制措施。

3.6 落梁就位

落梁就位順序為拆除導梁→拆除步履頂→安裝落梁千斤頂→安裝支座→落梁就位。落梁千斤頂采用薄型和超薄型豎向千斤頂進行交替作業。

鋼箱梁梁體頂推到設計平面位置后先拆除導梁，在拆除過程中，鋼梁全程處于簡支狀態，不得出現懸壁情況。

落梁千斤頂仍采用原步履頂頂推控制系統，落梁千斤頂與梁體底板間隙支墊鋼墊板和橡膠墊片，落梁方法為豎向千斤頂升降循環，逐步拆除鋼墊墩、落梁千斤頂頂部墊塊至梁體全部落于支座上鋼板上，支座上鋼板與梁底預埋板之間用二保焊采用斷續焊進行加焊，最后對支座地腳螺栓錨栓孔采用無收縮灌漿料封閉，完成全部鋼箱梁頂推安裝工作。

4 結論

該橋鋼箱梁采用多點自平衡頂推施工技術完成架設后，復測其三維坐標，施工誤差均符合相關驗收規范要求。該技術主要施工工藝特點如下：

（1）利用自動化控制系統控制步履頂對鋼箱梁進行“頂→推→落→回”循環作業，達到連續頂進目的。

（2）針對平豎曲線橋梁線型，利用步履頂可進行橫向、豎向調整的特性，保證梁體姿態的準確性和平衡穩定。

智能步履式全自動多點自平衡頂推系統在進行橋梁頂推施工時具有良好的可操控性，有充足的安全保障，將在橋梁工程建設中得到廣泛應用。