大跨度鋼箱梁分段拼裝曲線多點同步頂推施工技術

摘要：

文章以某三跨自錨式懸索橋為例，進行大跨度鋼箱梁分段拼裝曲線多點同步頂推施工技術研究。通過在合適的位置安裝臨時墩、導梁、頂推設備等輔助設施，再采用貝雷梁+鋼管的組合形式，搭設支撐頂推施工支架，為頂推施工營造良好的基礎環境；引入多點同步頂推施工理念，在滿足均勻受力的條件下在施工區域分散布置數個頂推點，并計算每個頂推設備所需施加的頂推力，通過壓力、位移交替控制的方式，實現多點頂推同步進行；運用動態糾偏法設計主動糾偏裝置，將其安裝在滑塊上實現多點頂推和糾偏的同步進行。施工結果表明，分段拼裝曲線多點同步頂推施工過程中，懸臂端位移最大值為36.5 mm，滿足施工要求。

關鍵詞：大跨度；鋼箱梁；分段拼裝；多點同步頂推；施工支架

中圖分類號：U445.462 A 44 146 4

0 引言

在城市交通橋梁建設難度不斷提升的社會背景下，橋梁基礎工程越來越復雜［1］。尤其對靠近城市、障礙物密集的施工區域來說，需要以降低鋼箱梁工程造價為目的，應用新型施工技術建造公鐵兩用橋［2］。在大跨度鋼箱梁分段拼裝施工過程中，常規的施工技術很難滿足線路的正常運營要求。隨著大跨度鋼箱梁工程項目越來越多，頂推技術得到廣泛應用，成為保證大跨度橋梁高質量施工的基礎。

近年來，橋梁跨越障礙物施工問題越來越受到重視，頂推技術的應用范圍越來越廣［3］。雖然當前頂推施工技術向著成熟化發展，但依舊有很多被忽略的內容，其大跨度鋼箱梁分段拼裝曲線頂推施工仍然存在問題。對此，本文以某三跨自錨式懸索橋為背景，進行多點同步頂推施工工藝研究，通過頂推輔助設施安裝、施工支架搭建、多點同步施工、動態糾偏處理4個主要環節，完成大跨度鋼箱梁分段拼裝曲線的建設。

1 工程概況

本次施工工藝研究以某三跨自錨式懸索橋為背景，該橋梁的實際橋型結構如圖1所示。通過查詢施工材料可知，該橋梁的主體寬度為39 m，屬于大跨度鋼箱梁結構，同時該鋼箱梁的兩側分別設有一個布索區，用以搭設吊索。為了提升橋梁的穩定性，鋼箱梁兩側的吊索距離中心線14 m，且相鄰吊索之間的距離為13.5 m，整座橋梁上共設有39對吊索。

在如圖1所示的橋梁結構中，主體結構為鋼箱梁，其總長度達到了737.43 m。選用厚度為18 mm的鋼板作為基礎材料，在U形肋加強處理后搭建正交異性板，并設置材料安裝坡度為2%，制作出大跨度鋼箱梁的頂板。鋼箱梁的底板結構主要包括水平底板和斜底板兩類，前者采用厚度為14 mm的鋼板作為基礎材料，后者采用厚度為8 mm的鋼板作為基礎材料。

此外，該橋梁的標準梁段設置了4道橫隔板，分別與頂板、底板和腹板焊接起來。橫隔板為板式斷面結構，其可以大致劃分為上、下兩部分，上部分結構與頂板單元相連接?？v隔板的布置與橫隔板相仿，唯一的區別是縱隔板上需要施加豎向加勁肋。

將錨固板、承壓板等結構組合起來，形成鋼錨箱，放置在腹板外側位置，以此為基礎將吊索連接在鋼箱梁分段的箱梁上，提升主梁的抗風性能?？紤]到大跨度鋼箱梁結構主要通過分段拼裝的形式搭建而成，需要通過多點同步頂推施工技術，實現大跨度鋼箱梁分段拼裝。經過調查可知，該橋梁施工階段的頂推距離與重量分別為715 m、15 329 t。結合不同大跨度鋼箱梁分段的長度和鋼板厚度，將選定橋梁施工工程包含的梁段劃分為6類，每一類梁段的參數如表1所示。

在實際的多點同步頂推施工過程中，需要在橋梁北側邊跨位置打造大跨度鋼箱梁分段拼裝平臺，更好地控制頂推操作。在橋梁跨中區域布置多個臨時墩，輔助分段鋼箱梁的組合拼接，形成完整的大跨度橋梁結構。

2 大跨度鋼箱梁分段拼裝曲線多點同步頂推施工工藝

2.1 安裝頂推輔助設施

大跨度鋼箱梁多點同步頂推施工的實現，需要臨時墩、導梁、頂推設備等設施的輔助［4］。其中，臨時墩指的是4根鋼筋混凝土基礎樁，主要安裝在橋塔墩和輔助墩之間。臨時墩樁基頂的承臺尺寸為6 m×5 m×2 m。在承臺上方樁基的對應位置，安裝4根螺旋鋼管，所有鋼管的尺寸均為630 mm×12 mm，通過32a槽鋼實現鋼管之間的水平連接與斜向連接。

為了更好地發揮頂推輔助作用，在4個臨時墩布置的過程中，前兩個臨時墩設有2道橫梁，后兩個臨時墩上的橫梁數量分別為1道和0道，每個橫梁均是由32a工字鋼和20a槽鋼焊接而得。在臨時墩頂部放置3根120 cm×30 cm的鋼材，充當分配梁?？v向安裝3根同樣尺寸的鋼材，建造承重滑道梁，并在承重梁頂端安裝頂推千斤頂反力架。考慮到臨時墩較高，將其應用在多點同步頂推施工過程中，會同時承受頂推豎向荷載和頂推力。為了加強臨時墩的抗壓性能，本次大跨度鋼箱梁分段拼裝布置的臨時墩，在兩側分別設置一束7股鋼絞線組成的水平拉索，錨固在橋塔墩橫梁和輔助墩反力架上方，用以實現曲線多點同步頂推施工前的張拉預處理。頂推臨時墩的具體布置情況如圖2所示。

導梁作為頂推施工的另一重要輔助設施，在本次施工過程中定義導梁主體結構為工字形鋼梁。通常情況下，導梁根部和鋼梁接頭的高度相一致，且相鄰鋼梁之間通過拼裝板進行連接。結合該大跨度鋼箱梁施工工程的設計要求，設置導梁總長度為25 m，并通過208 mm×5 mm的無縫鋼管實現導梁的橫向連接，最終連接為米字形。在多點同步頂推施工過程中，導梁前端設置一個“鼻梁”，促使鋼梁順利轉移至相鄰的臨時墩墩頂滑道。

設計包含滑塊、支撐千斤頂、頂推千斤頂、滑道梁和步進式夾軌器的頂推設備，如圖3所示，作為多點同步頂推工作實現的基礎。

在大跨度鋼箱梁分段拼裝曲線多點同步頂推操作過程中，需要在頂推設備的滑塊上放置待處理的鋼材。因此，滑塊載荷需要保持在50 t左右，其中頂推千斤頂設備是通過連接耳板與推移結構相連，由液壓頂推器的主液壓缸產生驅動力，保證頂推裝置開始工作。應注意的是，頂推設備中千斤頂與滑塊的連接方式為銷子。

2.2 搭建頂推施工支架

頂推施工支架是多點同步頂推施工的核心結構，為了滿足大跨度鋼箱梁頂推施工的受力要求，并保證頂推支架符合施工現場的交通規則，本次施工采用的組合形式為貝雷梁+鋼管。單個跨越單元的頂推施工支架跨越結構屬于跨式雙層加強型貝雷梁結構［5］，其實際跨度為35 m。

雙層加強型貝雷梁結構，是多點同步頂推支架的支撐縱梁，在貝雷梁上方布置橫向分配梁和滑道梁。頂推施工支架采用的鋼管立柱尺寸為630 mm×8 mm，在支架正式搭建之前，為了保證該支撐結構具有良好的荷載性能，需要應用專業設計軟件對頂推施工支架進行整體建模，展開頂推移動荷載模擬分析，從而計算出頂推支架雙層貝雷梁各個構件的應力參數。

根據下頁表2可知，頂推支架的主要組成構件為滑道梁、橫向分配梁、樁頂分配梁、鋼管立柱、貝雷梁弦桿、貝雷梁豎桿和貝雷梁斜桿等。從應力參數計算結果可以看出，這些構件當前的應力性能滿足多點同步頂推施工要求，可以保證頂推施工的順利進行。

2.3 多點頂推同步施工

在上述輔助設施和頂推施工支架的共同作用下，針對大跨度鋼箱梁分段拼裝工作，開展多點同步頂推施工。實際操作過程中，設置每個點的最大頂推重量為850 t，且定義4組滑塊為一組，在箱梁橫隔板和腹板相接處為滑塊組布置3個支點提供反力，保證頂推工作的順利實施。

多點同步頂推施工有兩項要求：（1）需要多臺頂推設備同時工作；（2）需要實現頂推同步控制。這要求每個頂推點的頂推設備同步運行，并具有獨立調整荷載值的作用。施加荷載量值的取值，會對多點同步頂推施工效果產生直接影響。橋梁建設過程中，為了保證鋼箱梁分段拼裝質量，針對多點整體頂推施工的各墩千斤頂，計算其需要提供的水平力，得到式（1）、式（2）：

0≤Gu-ηu×（Vu+βu）≤［Ku］（u=1，2，3，…，n）（1）

0≤∑nu=1Gu-∑nu=1ηu×（Vu+βu）≤［K］（u=1，2，3，…，n）（2）

式中：u——墩臺；

n——工程內墩臺數量；

G——頂推裝置提供的外荷載；

K——墩臺承受的水平推力；

η——瞬時支反力；

V——滑道摩擦系數；

β——推豎曲線縱向坡度。

一旦多點同步頂推施工過程中某一個頂推裝置不能正常工作后，其所產生的水平力，低于梁體與墩臺的摩擦力，此時縱向推力大小可以表示為式（3）：

Ku=ηu×（Vu+βu）-Gu（u=1，2，3，…，n）（3）

式中：G——設備故障條件下施加的水平力。

通過上述計算，確定不同工況下多點同步頂推施工需要施加到每個墩頂的水平力，保證頂推工作的順利完成。而對滑塊起頂進行倒換處理后，可以計算出不同墩頂對應的支反力，將其與靜摩擦系數相結合，確定每個千斤頂所需施加的頂推力。為了降低頂推摩擦力和提高同步性，本次施工需要先加載拼裝平臺和橋墩上的頂推千斤頂，使其分別處于自身施加極限的80%、70%，同步開始頂推工作。在頂推距離到達6 m后，需要放鋼絞線停止滑塊受力，調整兩個頂推千斤頂的加載值為70%、80%，在該條件下頂推12 m。應注意的是，多點同步頂推施工過程中，需要實時了解鋼梁結構的應力變化，出現異常問題后應立即停止頂推施工，查找并解決異常問題，再重新開始頂推施工。

大跨度鋼箱梁分段拼裝曲線多點頂推施工的同步性，需要通過壓力、位移交替控制來實現，主要控制環節包括頂推分級加載預緊、位移同步頂推兩個部分。首先，需要根據頂推力計算結果，將其劃分為5個級別，其加載參數分別為25%、50%、70%、80%和90%，按照實際頂推需求匹配其所屬等級，從而完成頂推參數的同步生成。多點同步頂推準備工作完成后，選取手動操作模式，按序將活塞放置到行程開關位置，通過操作人員電機“前頂進”按鈕進行手動頂推。此時，工作人員可以實時觀察操作界面顯示的壓力情況，確保多點頂推施工過程中不會出現異常情況。而當加載參數達到80%后，整個施工系統內所有水平千斤頂具有相同的受力情況，此時可以將手動頂推操作模式轉換為自動模式，通過計算機對各水平千斤頂位移信號進行計算，生成合適的頂推控制信號，實現自動同步連續頂推。

頂推壓力是多點同步頂推施工輔助控制的基礎，本次施工定義每個液壓泵站的最大壓力值，并安裝壓力限定裝置進行頂推壓力控制。在滑塊和滑道出現摩擦時，頂推壓力會隨之發生改變，只要變化值在預設的最大壓力值之內，限壓裝置就不發揮作用，反之則會進行報警處理。由主控機根據實際頂推狀態發布下一條指令，各分控系統同時執行指令，每個頂推設備也同步開始進行頂推施工。

2.4 頂推動態糾偏處理

多點同步頂推施工中可能會出現偏差，當頂推偏差超過預警之后，需要暫停頂推工作進行糾偏處理。該橋梁工程的主墩高度達到了72 m，糾偏工作也需要經由混凝土主墩實現，但當糾偏水平力較大時，可能會引起混凝土主墩結構出現破壞。為了保證頂推糾偏不影響混凝土墩結構的安全性，本次施工選用動態糾偏法，進行多點同步頂推糾正。將動態主動糾偏裝置布置在鋼梁支持滑塊上方，輔助頂推施工。該設備在頂推進行時自動調整鋼梁軸線，保證糾偏作業與頂推作業的同步完成。

設置糾偏動力源為液壓千斤頂，將其與鋼梁支撐滑塊連接起來，實現多跨動態糾偏。

頂推動態糾偏開始之前，需要實時監控每個橋墩表現出的支反力，基于此計算出動態糾偏力數值。依據糾偏數值，控制糾偏千斤頂活塞，緊貼滑道梁側面反力板糾正當前頂推偏差。需要注意的是，當多點頂推施工的加載參數達到80%后，鋼梁支撐滑塊的偏移變緩，此時需要停止加壓操作，盡量降低糾偏反力。根據支撐滑塊的初始位置和實時測量數據，計算出糾偏方向和偏移值，避免糾偏過量問題的出現。通過上述處理，完成多點頂推和糾偏的同步施工。

3 施工結果分析

每個階段的多點同步頂推施工主要包括13個施工工況，在頂推施工結束后，為了確保該施工模式下大跨度鋼箱梁分段拼裝的施工質量，針對每個工況下的懸臂端位移進行測量和記錄，得到如表3所示的位移統計結果。

根據表3可知，在多點同步頂推施工過程中，工況10的懸臂端位移值最大，為36.5 mm；而正常條件下，施工允許變形值為44 mm。對比二者可以看出，本文所提施工技術滿足多點同步頂推施工要求。

4 結語

隨著大跨度橋梁工程建設項目越來越多，頂推施工技術逐漸應用到施工過程中，但是傳統的頂推施工技術無法在大跨度鋼箱梁分段拼裝環節發揮較好的應用效果。本文以某三跨自錨式懸索橋為研究背景，研究出一種多點同步頂推施工技術。通過對施工結果進行分析可以發現，該技術有效可行。

參考文獻

［1］畢紅艷.跨河寬幅鋼箱梁單向多點同步頂推施工要點探討［J］.中國水運（下半月），2022，22（6）：108-109，112.

［2］那澤軒.跨越站場咽喉鋼箱梁步履式多點頂推施工關鍵工序及技術［J］.中國高新科技，2021（23）：121-122.

［3］王宏毅.4.3萬t鋼桁梁長距離多點同步頂推施工技術研究［J］.鐵道建筑技術，2021（11）：104-110.

［4］田小娟.鋼箱梁步履式多點同步整體頂推施工技術研究［J］.城市建筑，2020，17（36）：110-112.

［5］左權勝，俞康軍.18 m高桁架橋步履式多點同步累積頂推施工技術［J］.施工技術，2020，49（15）：44-47.

收稿日期：2023-01-20