步履式頂推法在鋼箱梁安裝施工中的應用

許 欣

（中交三航局第三工程有限公司，江蘇南京 210011）

引言

步履式頂推法相比于傳統的橋梁頂推工藝，該方法精確度高，施工效率快，工期短，安全平穩，不產生墩頂水平力，梁體受力均勻[1-3]，已廣泛應用于各類橋型。對于跨線橋梁和斜拉橋梁，采用步履式頂推法具有更高的安全性與適用性[4-5]。步履式頂推法在2009 年在我國首次應用[6]，國內現階段關于步履式頂推施工法在鋼梁橋頂推施工的研究較少[7]。為了更好地研究步履式頂推施工在跨越航道和臨近地鐵中的應用，本文以跨越航道和臨近地鐵的連續鋼箱梁橋為工程實例，主要對步履式頂推施工工藝、材料與設備投入作出論述，對采用步履頂推法的連續鋼箱梁設計及施工具有參考價值。

1 工程概況

南京豐子河路建設工程PPP項目是南京浦口區重要的交通通道，貫穿整個橋林新城，北接浦濱路，南至橋林大道。項目線路全長約13.25 km，雙向6車道，設計道路寬度60 m。其中石磧河大橋為關鍵性控制工程。該項目與運營的地鐵寧和城際S3 號線共線約10 km，地鐵位于豐子河路中央綠化帶內。

石磧河大橋位于線路里程 K6+563.332～K7+161.832 處，橋梁全長598.5 m。主橋為40+60+40 m等高度連續鋼箱梁，梁體寬度24.75，梁體高度 2.0 m，主橋分幅布置，單幅箱梁采用雙箱變截面，雙箱之間采用橫梁連接。橋梁中心線與河道中心線斜交，交角約65°，鋼箱梁位于直線上，立面豎曲線半徑為2 200 m。主橋需要跨越7 級航道石磧河，主橋鋼箱梁與已通車運營的地鐵S3 號線現有箱梁水平距離僅0.75 m，垂直高差僅2.64 m，如圖1 所示。綜合考慮施工過程的安全性及經濟性，主橋鋼箱梁采用步履式頂推法進行施工。

圖1 石磧河大橋斷面示意圖

頂推法在1959 年首次應用在奧地利的阿格爾橋施工中，目前全世界超過200 座大橋采用頂推法施工。該工藝多用于鋼箱梁等截面連續梁橋梁的施工，通過用千斤頂將梁體從橋頭端逐段向前推移，使梁體通過各墩頂的臨時滑動支座面就位，如圖2所示。頂推法施工適用于無法吊裝就位的鋼箱梁安裝，尤其適用于臨近既有建筑物或跨越航道等特殊作業條件。一般單次頂推距離為20～30 m，當橋墩跨距大于該距離時需設置臨時墩進行過渡。

圖2 鋼箱梁頂推施工示意圖

2 施工工藝

步履式頂推基本原理是利用千斤頂將箱梁整體頂起，再用千斤頂將梁體向前推移和橫向平移，最后實現箱梁整體就位。單次行程完成后千斤頂收回，梁體下放臨時擱置，重復多次行程使梁體全部就位。

步履式頂推法施工工藝流程包括鋼箱梁節段預制、拼接平臺和臨時墩搭設、節段拼接、節段橫移、導梁安裝、節段頂推、導架拆除、鋼箱梁整體落架。

3 鋼箱梁施工

3.1 鋼箱梁預制

石磧河大橋主橋鋼箱梁采用Q345qD 雙箱截面，兩箱室邊腹板外設橫向挑臂，為方便泄水孔布置，兩箱室不對稱，箱寬也有差異。箱梁頂底板平行設置，設2 %的單向橫坡，箱體寬度24.75 m，高度2.0 m，全橋鋼箱梁總重量約3 400 t。

根據道路運輸條件、現場作業條件和吊裝設備經濟性綜合考慮。將全橋單幅鋼箱梁分為9 個12.6～17.4 m 不等的節段。

將每個節段在截面方向分為2個挑臂+2個箱體+中間嵌補散件構件，箱體單元單重均在54～61 t，挑臂吊裝單元平均在20 t 左右，單個節段重量約為200 t。鋼箱梁由專業廠家進行生產，在廠內完成試拼裝后，按節段順序將每個節段各單元依次運輸至現場拼接平臺附近。

3.2 拼接平臺和架設臨時墩

根據鋼箱梁拼裝工藝和鋼箱梁頂推施工要求，分別在9#～10#排架內設置鋼箱梁拼接平臺2 座，在10#、11#、12#、13#排架附近設置臨時墩8 座，如圖3 所示。

圖3 拼裝平臺與臨時支墩平面布示意置

拼裝平臺的作用是為鋼箱梁節段拼接提供作業區并為梁體頂進提供支撐點。主要由鋼管樁基礎、樁頂分配梁、平聯斜撐、頂推設備縱橫梁、鋼箱梁支墩等組成。頂部分配梁上設置滑道，端部設置橫移反力支座，便于鋼箱梁橫移，如圖4 所示。平臺尺寸為25×21 m，平臺后支撐點設置在引橋墩承臺上。根據鋼箱梁梁體線型變化趨勢，拼裝平臺頂面設有一定坡度。一般平臺頂部支架與鋼箱梁之間預留不小于50 cm 的調位空間。平臺共設置4 臺橫移頂推設備，每臺前后各設置一個Φ630×10 mm鋼管混凝土墊墩。后端兩臺頂推設備為臨時設備，僅用于鋼箱梁前2 個節段。

圖4 拼接平臺結構縱斷示意面

由于主橋最大跨徑為60 m，頂推施工除拼裝平臺外，共設置4 排臨時墩（跨徑分別為42 m、45 m、42 m）作為頂推施工時的頂推墩，主要承受頂推施工的荷載。為控制橋梁的橫縱坡度，臨時墩橫橋向做成獨立的兩個支墩，兩個支墩之間由平聯、斜撐連成整體，兩個獨立的臨時支墩中心間距為6.6 m，每個支墩上布置1 套頂推設備，如圖5 所示。根據計算，臨時支墩單根鋼管樁豎向承載力按1 380 kN來控制，樁底進入持力層為粉砂4-1。單個支墩縱梁上設置2 個臨時墊墩。墊墩頂部通過鋼板進行高度調整，以控制鋼箱梁豎向線型，墊墩位置理論最大需要墊板高度按不大于300 mm 控制。

圖5 臨時墩結構縱斷示意面

3.3 鋼箱梁節段拼接

由于鋼箱梁距離寧和城際S3 號線箱梁邊緣僅75 cm，常規的一次性將鋼箱梁塊體吊裝到位后再焊接的方法不能確保在吊裝安全。為此在拼裝平臺上設計了橫移軌道，通過在外側拼裝后向內側橫移的方法完成節段鋼箱梁拼裝，并在拼裝平臺內側設置限位擋塊，對地鐵箱梁進行二次保護。鋼箱梁節段拼接包括內側箱體安裝，內側懸挑節段吊裝、內側梁段橫移、外側箱體起吊調整、外側懸挑節段吊裝、散件吊裝、內外側梁段匹配連接、梁段縱移及匹配連接等，施工工藝流程如下：

1）吊裝靠內側的箱體梁段，安裝內側挑臂與內側箱體形成整體；

2）整個內側梁段橫移至橋位安裝位置并用三向千斤頂調梁就位；

3）吊裝靠外側的箱體梁段，安裝外側挑臂與外側箱體形成整體；

4）安裝內、外箱體之間的橫梁嵌補構件，調整外側梁段進行內外側梁段匹配并焊接連接成整體；

5）采用三向千斤頂調整整個箱梁節段就位后與前一節鋼箱梁焊接固定。

根據鋼箱梁節段分塊，最大塊體重量為60.4 t，均為內側箱體。鋼箱梁頂距離地面約10 m，去掉梁體高度，支架凈空高8 m 左右，根據吊裝工況下吊機站位綜合放樣以及最長梁段尺寸吊索布置，現場選擇300 t 汽車吊在拼接平臺外側吊裝。根據現場情況，最不利工況下吊機回轉半徑10 m，臂長 30.5 m。根據300 t 汽車吊起升參數該工況額定起重量為79t，施工時最大起重量為額定起重量的0.77倍，滿足吊裝要求。

3.4 導梁安裝

在鋼箱梁頂推施工中，導梁的設計決定了頂推的最大跨度。為滿足梁體結構的受力需要，導梁一般采用變剛度變截面梁。與鋼箱梁連接端高度為 2 m，前端高度1 m，長度24.5 m，重量38.4 t。為保持平衡，導梁按左右兩幅主梁設計，根部焊接在第一節段鋼箱梁腹板位置。兩幅導梁間采用150×150×8 mm 和120×120×8 mm 方鋼管做成的桁架作為支撐，桁架與主梁之間采用銷軸連接。導梁共分4 段（2 m+7.5 m+7.5 m+7.5 m），導梁節段間采用法蘭連接。安裝時先在橋下拼接好兩片主梁，然后起吊放于拼裝平臺上并進行平面位置及姿態調整，最后吊裝桁架橫聯使其連接成整體。

3.5 節段頂推

拼裝平臺和臨時墩搭設完成后需要進行步履式頂推設備安裝，其中每個拼裝平臺4 臺（2 臺臨時），每個臨時墩2 臺，全橋共配備頂推設備24 臺。步履式頂推設備主要包括上部滑移結構、下部支撐結構、三向油缸(推進、橫移、頂撐)。

24 臺頂推設備由計算機聯網實現同步控制，以滿足施工要求。每臺頂推設備配備10 個不同行程和頂推力的液壓油缸分別用于頂升、平移、頂推，同步精度可控制≤1 mm；頂推速度保證1～2 m/小時。

頂推設備安裝就位后應對所有設備進行調試與檢查并至少使設備運行一個工作行程，確保設備各項功能工作正常，確保設備間同步協調運動正常。各位置設備安裝調試完畢后，對所有設備縱向軸線進行測量和標定，以確保各設備推進方向與箱梁軸線平行。

首段鋼箱梁與導梁焊接拼裝完成，頂推設備聯網調試完畢后，可以進行鋼箱梁首次頂推施工。單幅鋼箱梁頂進總行程為154 m，需分多次頂進：

1）首段鋼箱梁縱向推進5 m，檢查各設備間工作狀態；

2）首段鋼箱梁縱向推進8 m，拼接第二節段鋼箱梁；

3）鋼箱梁縱向再推進8 m，拆除拼裝平臺尾部臨時頂推設備移至臨時支墩；

4）鋼箱梁縱向推進8 m，拼接下節段鋼箱梁；

5）鋼箱梁縱向二次推進12 m，拼接下節段鋼箱梁；

6）重復上一步驟；

7）拆除導梁，調整橫縱坡到設計位置。

鋼箱梁首段頂推時先選擇手動模式，檢查各設備是否運轉正常。主梁滑移啟動后，確定各設備運轉正?？汕修D換至自動運行模式，進行主梁的自動頂推。完成一個推進行程后，所有頂推油缸回縮至下個行程起點進行下個行程的頂推。導梁因自重會前段下撓，通過臨時墩采用50 t 螺旋頂將其頂起通過，鋼箱梁過橋墩前將支座臨時安裝就位，支座上鋼板與鋼箱梁底預留至少30 mm 的活動空間。

3.6 鋼箱梁落架

鋼箱梁頂推到位后，利用頂推設備的三向油缸對鋼箱梁的軸線、橫坡、縱坡進行調整直至滿足設計規范要求后進行鋼箱梁落架工作。先將鋼箱梁整體頂起，拆除反力座的墊板，然后進行整體落梁；再拆除拼裝平臺、反力座、頂推設備和臨時墩。最后將永久支座頂升使支座上鋼板與鋼箱梁底調平鋼板對位密貼，并用高強螺栓栓接連接。在支座下鋼板四周安裝模板，將支腿螺栓預留孔、支座下鋼板調平縫隙采用專用支座灌漿料填充密實，灌漿料強度滿足要求后解除支座上下鋼板聯系，完成鋼箱梁落架作業。

4 結語

目前，歷時70 天，石磧河大橋鋼箱梁頂推施工已順利完成，經過檢測鋼箱梁安裝軸線位置，線性符合設計規范要求。實踐證明，該施工工藝很好的解決了豐子河路項目臨近既有地鐵結構物工況下，鋼箱梁安裝的施工難題，同時跨越航道時對航道影響降到最小。整個安裝過程地鐵監測數據均小于報警值，未對地鐵運營造成影響。為類似工程提供了借鑒和參考的案例。