跨線鋼箱梁頂推施工技術研究

石凱凱

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

一個龐大而又有序的交通系統是一個城市經濟脈絡的真實體現，除了能加強人與人之間的聯系之外，還有著促進經濟、政治和文化等各個方面之間交流的作用，各城市地表交通已趨于飽和，跨線橋梁的施工研究是當下的研究重點、熱點。吳永泉[1]研究了跨線橋交叉施工對高速公路路基的擾動影響，并給出了一些針對性措施；崔衛瑞[2]以某高速公路工程跨線橋項目為例，研究了支架搭設、支架預壓、模板施工、混凝土澆筑及支架拆除等多個施工問題；柴加兵[3]對市政高架橋跨越高速公路施工時的頂推施工與吊裝施工進行了比較，并給出了選擇方案的參考意見；唐寧[4]采用ANSYS有限元程序對頂升過程中墊塊進行了仿真分析，總結了各施工過程中的要點與難點；陳亞娟[5]對高架橋鋼箱梁頂推施工技術進行了研究，采用案例分析法，分析頂推施工技術方案及施工工藝。以各位學者的研究為背景，基于吉林省扶余市富民路公鐵立交橋工程（30+45+30）m鋼箱梁跨京哈線項目的頂推施工，給出了一些頂推施工技術措施及施工工藝流程，具有一定的參考價值。

1 工程介紹

1.1 項目簡介

該工程位于吉林省扶余市，橋平面線型位于半徑為300 m的圓曲線及直線上，鋼箱梁橋面全寬（15.025+15.025）m，（30+45+30）m連續鋼箱梁跨越京哈鐵路K1145+750.7上、下行線，道路里程為DK0+282.01，交角68°，設計凈空為8.36 m，橋墩距離鐵路中心線最短距離為6.77 m。

跨京哈鐵路鋼箱梁共3連跨，全長105 m（30 m+45 m+30 m），位于3#橋墩至6#橋臺之間，分為左右2幅，單幅橋重840 t，總重量1 680 t。主鋼箱梁斷面采用單箱雙室直腹板形式，頂寬15.025 m，底面寬10 m，單側懸臂長度2.5 m，箱梁設計中心線處梁高2 m。左、右幅箱梁頂面各設1.5%單向橫坡、設4%縱向坡度，橫坡通過調整主梁腹板高度來形成。鋼箱梁頂板厚度16~20 mm，底板厚度16~24 mm，腹板厚度16 mm；頂板、底板和腹板設置縱向加勁肋，橫隔板標準間距3 m。

以鋼箱梁的右幅為研究對象，右幅鋼箱梁分為7個節段，節段一至節段五為頂推部分，其余為吊裝部分，不做研究。頂推滑移部分為4#橋墩至6#橋臺之間的鋼箱梁段，單幅橋滑移長度76.5 m，單幅橋滑移重量612 t，單個導梁重67 t。

1.2 施工重難點分析

鋼箱梁項目橫跨京哈鐵路線，且鐵路線上方具有一定數量的高壓線，鋼箱梁底板的焊接施工作業操作空間十分有限。在施工期間，京哈鐵路線無法停運，所以在施工中要格外注意鋼箱梁下部的行車安全，做好預防施工輔材及電焊渣墜落事故發生的工作。

施工現場環境復雜，通過考察發現施工現場周邊具有一定數量的居民建筑物，樁基附近有大量的雜草和生活垃圾，且部分樁基附近還有電線桿，這就對現場的施工造成了一定的困擾。在現場施工時，必須對這些問題進行充分全面的考慮，保證在不影響附近居民的生活的情況下，順利、安全地完成鋼箱梁安裝任務。

2 頂推施工技術保證措施

2.1 頂推支架的設計

以右幅鋼箱梁為施工對象，根據臨時支架的位置將支架分為4種，即臨時支架1（右幅4#橋墩位置，如圖1所示）、臨時支架2（右幅5#橋墩位置）、臨時支架3（右幅6#橋墩位置）和臨時支架4（6#橋臺東側路面位置）。4種支架的高度不全相等，但其主肢、綴條等的材料型號相同，即主肢為Φ609×16 mm的圓管，綴條為Φ159×6 mm的圓管，材質均為Q235B，支撐短柱選用Φ700×25 mm的箱型截面。從上往下，墊梁一為B800×600×25的三腹板箱型截面，墊梁二為B800×950×25的三腹板箱型截面，墊梁三為B800×600×25的箱型截面，材質均為Q355B。

圖1 臨時支架1示意圖（單位：mm）

2.2 頂推鋼導梁的設計

頂推最大跨度為45 m，鋼箱梁滑移時用一副鋼導梁。在頂推過程中，為了滿足鋼箱梁強度和剛度的要求，以及保證臨時支墩受力的合理性，需在頂推方向的前端設置鋼導梁，采用變截面工字鋼型，材質為Q355B。

鋼導梁與箱梁之間采用焊接連接，在連接范圍內應加大截面尺寸。鋼導梁節段之間采用焊接連接。鋼導梁分節段工廠制造，現場拼接。鋼導梁長度為27 m，重量為67 t。導梁之間采用H型鋼、鋼管連接成整體。

主導梁截面選用H2035×800×20×20、H1600×800×20×20和H1000×800×20×20焊接H型鋼，主要橫向聯系桿件選用各段H型鋼，交叉支撐加固連桿選用Φ159×6 mm的圓管，橫連桿選用Φ245×10 mm的圓管。其中型鋼的材質均為Q355B，圓管的材質均為Q235B。鋼導梁示意圖如圖2所示。

圖2 鋼導梁示意圖（單位：mm）

2.3 其他技術措施

頂推支架與橋墩連接加固。在頂推施工過程中，頂推支架可能產生頂推方向上的位移，為保證施工安全，將頂推支架與其相鄰的橋墩之間用Φ159×6 mm的連接桿進行連接加固，選取的橋墩上的加固點相對于中心線對稱。

鋼導梁與鋼箱梁之間的連接加固。鋼導梁與鋼箱梁的相交處由于要承受所有的頂推力，所以此處的受力十分危險，需要進行一定的連接加固，加固的方式為：將導梁的腹板進行延伸，焊接到鋼箱梁之中，在鋼箱梁的端部用加勁板進行焊接加固，以此來保證頂推過程中的結構穩定性。

3 頂推施工

3.1 頂推介紹

鋼箱梁頂推一般采用步履式多點頂推法施工，在頂推支架上設置步履式頂推設備和墊梁，鋼箱梁通過步履頂推器頂推至設計位置。鋼箱梁頂推到位后，利用步履頂推器將鋼箱梁整體卸載落位至支座上，完成鋼梁的頂推滑移施工作業。步履式頂推器一個循環作業流程具體為：液壓千斤頂頂起鋼箱梁—液壓千斤頂向前頂推鋼箱梁—液壓千斤頂回落—液壓千斤頂回縮。

頂推過程中橋體的承載體系始終由臨時墩承擔，當液壓千斤頂頂起結構時千斤頂承載，千斤頂將力傳遞給臨時墩；當千斤頂縮回時，由臨時墩前端墊梁托住鋼箱梁，通過墊梁將荷載傳遞給臨時墩。

該項目按照結構布置特點及滑移施工工藝的要求，鋼箱梁利用“液壓同步頂推”技術采取“累積滑移”的施工工藝進行安裝。

3.2 頂推準備與思路

在正式頂推施工前，需要進行頂推與拼裝支架的施工工作，該項目擬在6#橋臺東側設置2組頂推支架及1組拼裝支架，拼裝支架為鋼箱梁遠端支架，5#—6#橋墩之間設置2組頂推支架，4#—5#橋墩之間設置1組頂推支架，頂推支架布置立面圖如圖3所示。

圖3 頂推支架布置圖（單位：mm）

每組頂推支架上設置2組步履式液壓頂推器，單幅總共10臺XY-BL-500型頂推器。頂推思路大致如下：頂推部分鋼箱梁分為5個節段，節段一12.5 m，節段二、節段三、節段四和節段五均為16 m。先在拼裝胎架上拼裝節段一、節段二及節段三，拼裝完成后在其滑移方向的前端安裝導梁，導梁長度29 m，并利用已安裝完成的步履式液壓同步頂推系統將其整體滑移16 m后，暫?；疲谄囱b胎架上拼裝鋼箱梁節段四，拼裝焊接完成后，繼續將鋼箱梁整體滑移16 m后，暫停滑移，拼裝節段五，拼裝焊接完成后形成鋼箱梁整體滑移單元，進行頂推施工。鋼梁頂推到位后，通過各臨時墩上的橫向千斤頂對鋼梁縱向線形進行微調。并利用步履頂升器將鋼箱梁整體卸載落位至支座上，完成鋼梁的頂推滑移施工作業。

3.3 頂推流程

頂推一共分為11個步驟，具體如下：①在6#橋臺東側設置2組頂推支架，5#—6#橋墩之間設置2組頂推支架，4#—5#橋墩之間設置1組頂推支架。每組臨時支架由2個支架單體組成，每個支架頂部設置1臺步履頂推器。右幅鋼箱梁共計布置5組頂推支架、10臺步履頂推器；②在6#橋臺東側的臨時支架上拼裝鋼箱梁節段一（長12.5 m）、節段二（長16 m）和節段三（長16 m），3段梁焊接完成后在節段一小里程側安裝鋼導梁，長度為27 m，布置液壓泵源系統等設備設施；③調試液壓同步滑移系統；④檢查滑移臨時措施是否滿足滑移工藝及設計要求；⑤確認無誤后，利用豎向頂升器頂起滑移單元，按照設計荷載的20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%和100%的順序逐級加載，直至鋼箱梁滑移單元開始滑動；當節段一向前滑移16 m后暫?；疲虎拊谄囱b支架上拼裝節段四（長16 m）；⑦節段三與節段四焊接完成后，豎向頂升器頂起滑移單元，按照步驟⑤繼續向前滑移16 m后暫停滑移；⑧在拼裝支架上拼裝節段五（長16 m）；⑨節段四與節段五焊接完成后形成鋼箱梁整體滑移單元，按照步驟⑤繼續向前滑移至設計位置；⑩鋼箱梁落位卸載，直至落位于橋墩支座上；1○拆除臨時措施、導梁和滑移設備，完成鋼箱梁滑移作業。

3.4 步履頂升器落梁步驟

落梁步驟一共為8步，具體如下：①利用4#、5#、6#橋墩處步履頂推器進行卸載落梁，頂推滑移到位后，將鋼箱梁頂起至底部標高超過支撐短柱頂部墊梁10 mm，此時在橋墩支座位置上墊鋼墊塊；②拆除頂部墊梁一、支撐短柱等臨時措施，頂升器回縮將鋼箱梁落在支座鋼墊塊上；③頂升器頂起鋼箱梁，拆除橋墩支座位置上的部分鋼墊；④頂升器回縮，讓鋼箱梁落位在橋墩支座鋼墊塊上；⑤更換頂升器位置鋼墊塊（降低鋼墊塊的高度）；⑥頂升器頂起，拆除橋墩位置的部分鋼墊塊；⑦重復步驟①—⑥，頂升器頂起，拆除橋墩位置的部分鋼墊塊；⑧頂升器縮回，鋼箱梁卸載落位至橋墩上。

3.5 鋼導梁與鋼箱梁施工模擬計算

3.5.1 鋼導梁施工模擬計算

采用Midas Civil對鋼導梁在施工過程中的工況進行仿真模擬計算，鋼導梁全部采用梁單元進行模擬，根據頂推情況，共分為3個工況。

第一個工況：導梁剛接觸到4#橋墩，此時導梁受到的豎向力為F=150 kN，導梁與鋼箱梁連接處假定為固定端，導梁在自重和節點荷載作用下，各桿件應力最大值為57.2 MPa，小于295 MPa，強度滿足要求，導梁自由端位移為71.8 mm。當荷載放大21.7倍，導梁才會發生Mode1屈曲破壞，所以此時導梁不會發生整體失穩破壞。

第二個工況：頂推至4#橋墩處于導梁中部，此時導梁受到的豎向力為F=750 kN，導梁與鋼箱梁連接處假定為固定端，導梁在自重和節點荷載作用下，各桿件應力最大值為188 MPa，小于295 MPa，強度滿足要求，導梁自由端位移為160 mm。當荷載放大12.5倍，導梁才會發生Mode1屈曲破壞，所以此時導梁不會發生整體失穩破壞。

第三個工況：頂推至4#橋墩處于導梁根部，此時導梁受到的豎向力為F=1 200 kN，導梁與鋼箱梁連接處假定為固定端，導梁在自重和節點荷載作用下，各桿件應力最大值為65 MPa，小于295 MPa，強度滿足要求，導梁自由端位移為64 mm。當荷載放大19.7倍，導梁才會發生Mode1屈曲破壞，所以此時導梁不會發生整體失穩破壞。

3.5.2 鋼箱梁施工模擬計算

在頂推過程中，導梁跨越鐵路線即將接近4號橋墩處支架時為鋼箱梁懸臂段最長時。此時鋼箱梁懸臂段長度為18.4 mm，導梁長度為27 mm，3組頂推支架假定為3個豎直向上的支撐約束，橫隔板自重轉化節點荷載施加在橫隔板處，橫隔板重量為40 kN，在自重和節點荷載作用下，鋼箱梁最大應力為71.2MPa，小于295MPa，強度滿足要求，鋼箱梁自由端位移為37.4 mm，同樣滿足施工要求。

4 結束語

跨線橋梁是城市交通系統中的重要組成部分，隨著社會的發展，其在當今的人民生活中扮演著越來越重要的角色，而跨線橋梁的施工技術研究則是工程人極為熱衷的一點，其吸引了大量的學者進行研究。頂推施工技術作為一項經典的橋梁施工技術，在市政橋梁施工中具有舉足輕重的地位。本文以吉林省扶余市某鋼箱梁工程為研究對象，給出了在鋼箱梁頂推施工過程中的一些技術措施和施工過程分析，并結合實際進行了施工模擬，模擬結果表明該頂推施工切實可行、安全可靠，具有一定的參考價值，可以對現場施工進行一定的理論指導。