某跨鐵路橋鋼桁梁頂推施工方案及受力特性分析

黃慶玲

【關鍵詞】跨鐵路;鋼桁梁;頂推施工方案;受力分析;安全穩定

【中圖分類號】U445.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）06-0073-03

0 引言

隨著科學技術的不斷發展，跨鐵路區段建設鋼桁梁成為一種趨勢，然而受路段行車車速快和施工時間短等問題的限制，很難保證鋼桁梁施工有合適的時間和地點，并且施工過程存在一定的風險，項目施工的安全性難以保證[1]。如果使用頂推施工技術，利用場外進行施工，設計合理的工藝流程，不但可以降低整體項目的施工風險，還可以減少施工過程對鐵路運輸的影響。因此，設計合理的頂推施工方案是跨鐵路橋鋼桁梁項目最重要的環節。

1 頂推施工方案

1.1 工程概況

本項目屬于廣西境內的某跨鐵路橋鋼鋼桁梁頂推施工工程，主要采用雙幅鋼桁梁，固定在兩邊的橋臺墩上，項目全長59.8 m，跨鐵路長59 m。其中，主鋼桁梁的高度為8 m，寬度為19.8 m，兩節之間的距離為5.9 m。腹桿、部分平聯及橫聯使用的截面是“工”形，弦桿和其他平聯橫撐使用的截面是箱型。本施工技術項目把導梁裝到端部，利用頂推技術實施安裝，總體頂推1 389 t的重量，距離為94.4 m。鋼桁梁立面布置圖如1圖所示，鋼桁梁橫斷面布置如圖2所示。

1.2 工程難點

廣西某電氣鐵路具有特殊的性質，行車速度比較快。項目整體施工需要供電部門、車務部門、電務部門等多個部門相互配合，施工難度比較大，整體跨鐵路的跨度比較長，項目首先需要進行懸臂操作，然后進行簡支。此外，在施工過程中不但要注意鐵路電線，還要避免高空墜物。所以，本項目的重點是保證施工的安全性和穩定性。

1.3 頂推施工工藝

1.3.1 拖拉法多點施工工藝

拖拉法頂推施工是目前普遍使用的方法，它是一種多點連續頂推，其中鋼絞線使用千斤頂進行拉拽，設有臨時支墩頂，里面有滑道，這樣就可以保證梁在滑道上平穩滑動，保證梁體按照預定位置安裝到位[2]。頂推施工系統主要包括牽引系統、滑道系統及豎向調節，不同的系統需要不同的設備支持，其中牽引系統主要由千斤頂、牽引所及頂推架組成，滑道系統主要由鋼墊梁和滑板組成，豎向調節主要通過千斤頂和鋼墊塊實現。

拖拉法多點施工工藝具有以下特點。

（1）水平方向：使用鋼絞線進行拖拉，鋼箱梁發生平動，在這個過程中，水平力為支反力，橋墩整體所受到的摩擦力被抵消，合力微乎其微，不同支點的受力情況不同，所以整體水平方向具有力的作用。

（2）豎直方向：鋼箱梁發生平動時，由于橋墩受到的摩擦力是隨著豎直力變化而不斷發生變化的，所以在這個過程中要根據梁體受到摩擦力的情況不斷對牽引力進行調整，避免梁體受力過大;在泵站進行調壓的時候，一定要確保其獨立性。

（3）拖拉法多點施工工藝比較成熟，可以保證整體項目施工如期進行。

1.3.2 技術問題和解決措施

（1）進行頂推施工時，滑道和鋼梁容易脫空，這主要是受到豎曲線的作用，所以可以使用多個滑靴保證其處于同一水平位置，這樣可以保證鋼梁水平行進，實現線形頂推。

（2）在1號主墩位置建立一個頂推墩。使用頂推技術之前，頂推墩不能作業，處于拼裝平臺的設備發揮水平頂推作用，但是不同滑道的水平受力不均衡，所以需要嚴格監視水平力度，防止水平力度過大。此外，在這個過程中要不斷調節油壓，避免油壓過大，保證其處于安全范圍。

（3）拖拉鋼結構時，腹板同時受到3個方向的力，即剪應力、支承反力及彎曲壓應力，由于項目跨度比較大，因此腹板要進行屈曲計算。

1.3.3 頂推施工工藝流程

頂推施工工藝流程如圖3所示，主要包括以下工序：首先安裝支架、滑道，然后把導梁拼裝好，拖拉程序啟動8 m以后停止，在拖拉過程中去除1個滑靴，此時測量1個導梁的重量和側重量;再次拖拉16 m，再去除1個滑靴，再次測量導梁的重量、側重量及導梁前段下撓距離;繼續拖拉16 m，使用千斤頂輔助導梁上墩，然后把鋼絲繩松開并拆除，再去除2個滑靴，測量1個導梁的重量、側重量及導梁上墩前的最大下撓距離;又拖拉16 m，使用液壓千斤頂把鋼梁升上去，然后把滑靴拉回滑道，重復此動作后再去除1個滑靴;繼續拖拉6.4 m，使用液壓千斤頂把鋼梁升上去，然后把滑靴拉回滑道，重復此動作，去除1個滑靴;拆除導梁和進行落梁操作。

1.4 頂推施工方案布置

1.4.1 總體布置

（1）綜合考慮不同場地的交通狀況，選取比較合適的頂推平臺進行跨度布置。如果選取平臺比較短，需要進行拼裝，并加推頂推，會造成鋼梁懸置時間過久。根據導梁長度和鋼桁梁的具體狀況，設置拼裝平臺為104 m。

（2）懸臂最大位置為導梁在1號墩時，此時主梁具有最大的剪力，所以需要對腹板進行屈曲分析。

1.4.2 關鍵工藝流程

（1）受到場地的影響，拖拉完畢后需要橫移鋼梁，使其到達比較理想的位置，此過程中要使用滑靴、千斤頂及滑道，方法同縱向拖拉。步驟1：把鋼梁用千斤頂頂起來，在滑道上使用橫向滑靴代替縱向滑靴，然后焊接固定。步驟2：在拼裝平臺和1號主墩位置兩邊設置千斤頂并用鋼絞線緊固，同時啟動千斤頂。步驟3：拖拉2.7 m以后拆除設備并落梁。

（2）落梁卸載的過程中，要使用合理的設備，考慮梁底標高，選擇使用單液壓頂。梁體落梁之前把支座安裝好，使用墩蓋梁并配置千斤頂，拖拉拼裝完成以后使用整聯落梁。千斤頂配置一定要滿足落梁要求。步驟1：頂推到預定位置以后，把卸載墊塊和油缸安裝在橫梁位置。步驟2：使用油缸把頂推頂起來，使其離開滑道，然后把支架和滑道拆除。步驟3：安裝支座，放置鋼墊板。步驟4：交替抽取鋼墊板和油缸墊塊，保證頂推落梁到預定位置。

（3）導梁進行拆除時利用汽車吊，使用分節拆除的方法。

2 受力特性分析

2.1 荷載計算分析

使用計算機對自重進行核算，然后修改容重，最后保證模型種類和實際重量一致。荷載組合使用1.2倍的自重和1.0 kN/m2的風荷載，風速按照27 m/s計算。

2.2 模型計算

使用有限元進行分析計算，具體步驟如下。

（1）整個路橋的結構為桁架式，總長度為59.8 m，跨度為57 m，使用支架簡支在兩邊臺墩，主梁桁的高度為8 m，寬度為19.8 m，桁節長度為5.9 m。弦桿和部分平聯橫撐截面都使用箱型，腹桿和其他平聯及橫聯截面使用“工”形[3]，主梁計算模型如圖4所示。

（2）導梁主要由2個主梁桁架構成，其材質為“H”形鋼，距離為19.8 m，具有圓形的橫向聯系和上下聯系，使其組成一個整體，縱向方向長41.3 m。在導梁的前面設有臺階，主要是為了方便上墩。導梁計算模型如圖5所示。

（3）主橋進行頂推時，主要依靠滑靴和臨時墩，在施工時起到臨時支撐的作用，根據其布置狀況，主要進行以下幾種工況計算：導梁和主桁梁拼裝、導梁懸臂、導梁和上1號墩、主梁和1號墩及導梁拆除。

（4）根據應力和變形計算，各工況計算結果見表1。

根據表1可知以下結果：根據工況六可知，導梁的最大應力可達184.1 MPa;根據工況三可知，導梁的最大位移可達142.3 mm。根據工況四可知，主梁的最大應力可達94.4 MPa;根據工況五可知，主梁的最大位移可達38.7 mm。主梁和導梁連接系材質的容許應力相比發現，工法滿足相應的施工要求。

3 結語

（1）使用跨鐵路橋鋼桁梁頂推施工技術，可以合理利用整體施工場地，優化了工藝流程，降低了施工風險，減少了對鐵路運輸的影響。

（2）通過深入剖析頂推施工技術流程，抓住重點、難點和主要工序，降低了施工過程中的危險系數，保證了施工的安全性和穩定性，能帶來較大的社會效益和經濟效益。

（3）通過對頂推施工過程中不同工況的受力特性進行分析，優化了不同結構的局部節點，計算結果滿足相應結構的設計要求，降低了工程成本[4]。

參 考 文 獻

[1]白烜寧.大跨鋼桁梁橋頂推施工過程受力分析及控制技術研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2014.

[2]蹇鋼.大跨度鋼桁梁頂推施工控制研究[D].長沙：長沙理工大學，2016.

[3]楊江國.鋼桁梁頂推施工的技術應用[J].城市道橋與防洪，2018，34（5）：56-57.

[4]范靜濤.高速鐵路四線大跨鋼桁斜拉橋主桁研究[J].鐵道標準設計，2018，24（4）：56-57.