鋼桁架橋整體拖拉滑移橫偏控制技術(shù)研究

袁天駟

（上海隧道工程有限公司，上海 200232）

1 前言

拖拉式頂推是最早出現(xiàn)的橋梁頂推施工工藝。隨著頂推技術(shù)整體的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，拖拉式頂推也在不斷改進(jìn)。常見(jiàn)的拖拉式頂推根據(jù)拖拉力施加的位置不同包括單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種方式。當(dāng)頂推總重量較小或長(zhǎng)度相對(duì)較小時(shí)可采用單點(diǎn)拖拉。當(dāng)頂推梁體較長(zhǎng)且噸位過(guò)大，并具有多個(gè)牽引著力點(diǎn)時(shí)，可采用多點(diǎn)拖拉頂推。由于這種施工工藝技術(shù)成熟，施工成本較低，對(duì)設(shè)備要求不高，但早期的拖拉頂推一般采用滑塊進(jìn)行滑移，后來(lái)改進(jìn)成拖拉配合載重小車(chē)的方式，即將載重小車(chē)與梁體箱梁焊接在一起，利用載重小車(chē)的滑移滾軸實(shí)現(xiàn)縱向滑移。雖然滑移頂推實(shí)施起來(lái)較為簡(jiǎn)單，但這種工藝對(duì)橋墩額外提出了承受頂推力的要求，且對(duì)梁段的橫向限位較為困難，限位效果也較難保障。因此，橫向偏位控制與糾偏方法是拖拉滑移頂推過(guò)程需要重點(diǎn)關(guān)注的施工控制要點(diǎn)。

步履式頂推施工工藝可利用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)頂推過(guò)程中液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行同步性高精度控制。但實(shí)際使用效果表明，由于受到諸多因素影響，很難完全實(shí)現(xiàn)電氣對(duì)液壓的同步控制。如要提高同步性控制精度，需要頻繁通斷電磁閥以調(diào)整液壓動(dòng)作，但因此也將影響施工效率和設(shè)備壽命。因此，在實(shí)際頂推施工過(guò)程中受到執(zhí)行結(jié)構(gòu)不同步的影響，梁體容易出現(xiàn)橫向偏位。當(dāng)橫向偏位達(dá)到一定程度時(shí)，必須進(jìn)行梁體姿態(tài)糾偏。

綜上，無(wú)論采用拖拉式還是步履式滑移頂推，如何有效控制梁體橫向偏位都是關(guān)鍵問(wèn)題，須根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境制定合理的糾偏策略，采取有效的糾偏手段。本文以上海龍東大道（羅山路～G1501）改建工程運(yùn)河大橋項(xiàng)目為依托，開(kāi)展拖拉式滑移頂推工藝橫向姿態(tài)控制技術(shù)研究，以期為后續(xù)類似工程提供較為可靠有效的控制方法。

2 工程概況

2.1 鋼桁架橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

浦東運(yùn)河大橋與現(xiàn)有龍東大道平行，需跨越南北走向的運(yùn)河。現(xiàn)狀河口寬約37m，規(guī)劃河道藍(lán)線寬度85m。浦東運(yùn)河橋現(xiàn)存老橋建于1998年，橫向四幅設(shè)置，中間兩幅為雙向6車(chē)道機(jī)動(dòng)車(chē)道，兩側(cè)為兩幅非機(jī)動(dòng)車(chē)及人行道橋。改建后地面橋與高架橋主跨采用整體式鋼桁架結(jié)構(gòu)，為120m雙幅單跨桁架簡(jiǎn)支梁，高15m，寬12m，上層作為高架道路，下層作為地面橋道路。單幅桁架橫向間距為13.2m，下弦桿高度為2.6m，上弦桿高度2.4m，弦桿寬度為1.2m。

2.2 鋼桁架橋拖拉頂推的施工方法

本項(xiàng)目施工橋位鄰近平行路線龍東大道，龍東大道車(chē)輛通行繁忙，減少施工對(duì)車(chē)輛通行影響以及確保施工安全是本工程較為關(guān)注的重點(diǎn)。經(jīng)綜合比較，采用鋼桁架整體拖拉頂推方式對(duì)航道及周邊交通影響最小，總體布置如圖1所示。

圖1 頂推施工總體布置示意圖（單位：m）

本項(xiàng)目拖拉頂推施工共分5節(jié)段進(jìn)行操作。鋼桁架拼裝場(chǎng)地設(shè)置在浦東運(yùn)河?xùn)|側(cè)，布置34m長(zhǎng)拼裝臺(tái)座。根據(jù)分節(jié)段先拼裝再拖拉的流程，鋼梁拼裝由西向東依次進(jìn)行，拼裝完成的節(jié)段進(jìn)行外表面補(bǔ)涂后拖拉到位，再拼裝下一節(jié)段后繼續(xù)拖拉，待最后一步拖拉工序完成后落梁施工。

3 鋼桁架橋拖拉頂推的橫向糾偏策略研究

3.1 橫向偏位對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的受力影響性分析

針對(duì)本項(xiàng)目的施工特點(diǎn)，鋼桁架的頂推過(guò)程需要經(jīng)歷結(jié)構(gòu)均處于東側(cè)滑移平臺(tái)、桁架前端處于懸臂狀態(tài)以及桁架前端處于西側(cè)滑移平臺(tái)等三個(gè)主要狀態(tài)。為分析橫向偏位對(duì)桁架結(jié)構(gòu)受力的影響，選擇對(duì)應(yīng)三種典型工況進(jìn)行分析。典型工況1為第4節(jié)段拼裝完成后，整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)均處于東側(cè)滑移平臺(tái)上且前端開(kāi)始出現(xiàn)偏位并帶動(dòng)三個(gè)斜桿節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)偏位。橫向偏位引起的桁架結(jié)構(gòu)最大附加應(yīng)力隨偏位值變化呈線性增加特征，10mm偏位時(shí)最大附加應(yīng)力為94MPa。在該狀態(tài)下，以結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力不超過(guò)200MPa為前提，其橫向偏位應(yīng)該控制在20mm范圍內(nèi)。

典型工況2為桁架前端處于懸臂狀態(tài)并帶動(dòng)四個(gè)弦桿節(jié)點(diǎn)一起發(fā)生偏位。桁架前端出現(xiàn)偏位引起最大附加應(yīng)力變化趨勢(shì)與工況1反應(yīng)的情況一致。10mm偏位時(shí)結(jié)構(gòu)最大附加應(yīng)力為128MPa，因此，在此種狀態(tài)下，橫向偏位應(yīng)控制在17mm范圍內(nèi)。

典型工況3為所有節(jié)段拼裝完成后，桁架前端進(jìn)入對(duì)岸的滑移平臺(tái)，尾部節(jié)段處于東側(cè)滑移平臺(tái)上的狀態(tài)。此時(shí)，桁架前端出現(xiàn)偏位，帶動(dòng)桁架兩個(gè)弦桿節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)偏位。桁架在河道西側(cè)墩頂處位置處于限位狀態(tài)，其主河道范圍段為自由狀態(tài)。同樣，橫向偏位引起的桁架結(jié)構(gòu)最大附加應(yīng)力變化情況與工況1和工況2類似。當(dāng)出現(xiàn)10mm偏位時(shí)最大附加應(yīng)力為181MPa。在此種狀態(tài)下，橫向偏位應(yīng)該控制在10mm范圍內(nèi)為宜。

3.2 橫向偏位的糾偏策略

在施工過(guò)程中，可以滑道為基準(zhǔn)進(jìn)行糾偏與調(diào)整。當(dāng)載物小車(chē)處于滑移軌道范圍內(nèi)時(shí)，可利用載重滑移器與軌道的相對(duì)位置進(jìn)行被動(dòng)糾偏調(diào)整。當(dāng)桁架小幅偏位時(shí)，可利用楔形墊塊調(diào)整糾偏導(dǎo)向輪與滑移軌道之間的間隙。

在橋梁頂推跨越河道后進(jìn)入對(duì)岸的第一個(gè)臨時(shí)墩是決定橋梁在河對(duì)岸姿態(tài)的關(guān)鍵，也是主動(dòng)糾偏位置。在桁架下弦桿前端通過(guò)該位置前，回縮糾偏千斤頂，帶動(dòng)糾偏滾輪拉開(kāi)與主梁之間的橫向間隙。在下弦桿進(jìn)入該區(qū)域再通過(guò)伸出糾偏千斤頂活塞桿，將桁架前端調(diào)整至與其橫向理論位置偏差在8mm的范圍內(nèi)，使得桁架前端的1#載重車(chē)能夠順利進(jìn)入滑移軌道。在梁體繼續(xù)拖拉的過(guò)程中，緩慢調(diào)整糾偏千斤頂，當(dāng)兩側(cè)糾偏滾輪與梁體側(cè)面理論位置的間隙控制在5mm范圍內(nèi)后，鎖定調(diào)整千斤頂，持續(xù)限位。

此外，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明梁體前端的橫向偏位超過(guò)20mm時(shí)，可利用兩側(cè)拖拉力的差異化調(diào)整，對(duì)其前端的橫向偏位進(jìn)行輔助控制。最終本橋的橫向糾偏采用滑道梁限位導(dǎo)向、桁架前端跨越臨時(shí)墩后主動(dòng)糾偏與牽引力輔助調(diào)整相結(jié)合的方式，不同等級(jí)偏差對(duì)應(yīng)的調(diào)整策略如表1所示。

表1 橫向糾偏控制指標(biāo)與糾偏策略

4 鋼桁架頂推過(guò)程中橫向姿態(tài)控制成果

在頂推過(guò)程中，對(duì)載重車(chē)的與滑道的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)載物小車(chē)處于滑移軌道范圍內(nèi)時(shí)，在導(dǎo)向輪的合理限制狀態(tài)下梁體的橫向偏位均在可控的范圍內(nèi)。整體上，橫向相對(duì)位置偏差基本控制在5mm以內(nèi)。在滑移前行48m時(shí)，桁架前端橫向偏位達(dá)到6mm。此時(shí)，利用糾偏楔形塊進(jìn)行一次糾偏，糾偏后相對(duì)偏位減小。在桁架前端剛進(jìn)入懸臂式時(shí)橫向偏位僅為3mm。在桁架前端進(jìn)入懸臂狀態(tài)后橫向偏位有所增大，最大橫向偏位達(dá)12mm。在前端跨越臨時(shí)墩時(shí)，采取主動(dòng)糾偏措施，橫向偏位顯著下降。桁架頂推就位時(shí)，前端的橫向偏位僅為3mm。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)大跨度鋼桁架橋整體拖拉頂推施工工藝進(jìn)行闡述，梳理了整個(gè)施工過(guò)程中桁架結(jié)構(gòu)面臨的三種狀態(tài)，并通過(guò)典型工況結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明了桁架偏位對(duì)其附加應(yīng)力的規(guī)律性影響，并給出了橫向偏位的控制范圍。通過(guò)設(shè)計(jì)被動(dòng)和主動(dòng)糾偏方法并結(jié)合差異化拖拉力糾偏方案，給出相應(yīng)的糾偏策略，最終基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明了該方案的有效性。