小曲線半徑變截面鋼箱梁頂推關鍵技術

谷繼振，陳時波

（中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

1 工程概況

福州市閩侯二橋工程北岸互通立交B 匝道B14～B16 跨徑布置為（52＋70）m，采用寬10.5m、高2.2～3.5m 變截面鋼箱梁，橋梁縱坡5%，無變坡點，總重973.7t， B14 ～B16 橋面距地面最大高度為14m。

北岸互通立交B 匝道B14 ～B16 跨白頭山文物遺址保護區（見圖1）。 根據文物保護要求，施工時須按照“避開區域1、少占區域2、利用區域3”的原則，嚴禁任何施工設備、工程主體結構或臨時結構進入保護區，B14～B16 跨區域1，因此采用連續頂推法施工。

圖1 北互通平面Fig.1 North interconnection plan

2 頂推技術難題

1）閩侯二橋北岸互通匝道B14 ～B16 箱梁為變截面不等高鋼箱梁，頂推時需研究一種找平結構，以保證頂推施工按照既定技術要求順利實施。

2）閩侯二橋北岸互通匝道B14 ～B16 箱梁為平曲線鋼箱梁，橋梁內外曲線長度不等，需采用內外不同行走速度解決內外曲線同步問題，需研究差速頂推技術用于解決內外曲線同步行走問題。

3）頂推跨度大，最大懸臂長度長，頂推懸臂撓度較大造成橋梁線形、坡度難以按照設計線形控制，需研究一種測量方法用于解決橋梁線形及坡度問題。

4）鋼箱梁頂推跨度大、質量大，單個支點質量接近600t，需設計一種頂推專用支架用于頂推支點和頂推平移。

3 頂推解決方案

3.1 頂推找平結構

B 匝道鋼箱梁為變截面箱梁，底板呈一定弧度，與頂推機構及墊墩頂面不能緊密貼合，因此需設置找平結構將箱梁底部調平，保證箱梁結構良好受力。 找平結構采用鋼板焊接而成，設置在鋼箱梁兩側腹板正下方。 單側主要由垂直于鋼箱梁板和平行于對接鋼箱梁斜腹板的2 道縱向鋼板和縱向鋼板間的三角橫隔板焊接而成。 兩側找平結構每隔2m再設置1 道橫隔板。 找平結構縱斷面如圖2 所示。

圖2 找平結構縱斷面Fig.2 Vertical section of the leveling structure

3.2 差速頂推技術

北岸互通立交B 匝道平曲線彎道處進行頂推時，內、外側曲線長度不一致，采用步履式千斤頂差速頂推技術，步履式頂推差速頂推設備系統是一套集液壓與自動化控制技術于一體的整體頂升與平移的施工系統，屬于典型的分布式系統，由1 臺某品牌313C-2DP 型PLC 作為中央控制器，多臺某品牌224CN 型PLC 作為分站控制單元。 中央控制器連接計算機，實時控制和驅動3 個方向的液壓缸運動。在B 匝道B14 ～B16 頂推時，通過中央控制器精確調整內、外側6 臺千斤頂油缸的進油速度，控制內、外側頂推油缸的速度比達到100 ∶103，實現B 匝道曲線鋼箱梁的內外同步前進。 頂推平面裝置及控制單元如圖3 所示。

圖3 頂推布置及控制單元Fig.3 Launching layout and control unit

頂推工作時，橫向2 臺頂推設備之間的油壓及千斤頂行程按照100 ∶103 設置，如果頂推控制系統屏幕顯示千斤頂的壓力或行程差異較大，應立即停止頂推，通過控制集控系統主控臺的糾偏裝置集中調節或通過分控柜手動調節，使其保持差速節。

3.3 頂推線形測量控制技術

頂推跨度大，最大懸臂長度達40m，頂推懸臂撓度大，最不利工況懸臂撓度25cm，且頂推過程中標高測量受每次頂推撓度不一致、前后端質量不一致等因素影響，常規測量三維絕對坐標無法實現對頂推鋼箱梁的線形控制，頂推過程數值模擬如圖4所示。

圖4 頂推過程模擬Fig.4 Launching process simulation

項目應用多點相對坐標測量控制技術實現了頂推過程中的鋼箱梁姿態精確控制。 多點相對坐標測量控制技術實施方法：在拼裝支架上拼裝鋼箱梁，按照設計坡度和相對偏距拼裝，控制點1 ～4 坡度為5%。 頂推完成后，控制點2 ～4 后移至懸臂端支點中心以內，落梁姿態保持控制點1 ～4 坡度為5%，平面相對偏距和設計偏距一致，控制好千斤頂的支點反力落梁，保持落梁姿態。 下一輪拼裝繼續按照此姿態拼裝，以相對標高控制坡度，以絕對偏距控制平面線形，從而實現鋼箱梁頂推的精確線形控制。 為了保證鋼箱梁軸線高程的施工精度，通過現場實測及時準確地控制和調整施工中發生的偏差。 選用高精度水準儀（偶然誤差≤1mm／km），高程控制以II 等水準高程控制測量標準為控制網，箱梁頂推施工以III 等水準高程精度控制網聯測。

1）基準點設立 利用現場大地控制網點，使用后方交匯法用全站儀測出墩頂測點的三維坐標。在頂推施工橋梁的相鄰墩頂布設線形控制觀測點，墩頂布置1 個水平基準點和1 個軸線基準點，監理單位、監控單位和施工單位每月至少進行1 次聯測。

2）主梁撓度觀測 每一節段懸臂端截面梁頂設立3 個標高觀測點，同時也作為坐標觀測點。 測點須用紅漆標識。 當前鋼箱梁拼裝端截面同時設立3 個標高觀測點，作為當前梁段控制截面梁底標高用，并給出對應測點的高程關系。 測試方法：用水準儀或高精度全站儀測量測點標高。 測量頻率：監控單位和施工單位按各節段施工次序，每一施工節段按2 種工況（拼裝后和落梁后）對主梁撓度進行平行獨立測量。 盡量選擇在穩定溫度場進行測量。

3）箱梁軸線抽測測點布置 利用觀測點的中間測點即可，不必另設觀測點。 測量方法：使用全站儀和鋼尺等通過測小角法或視準法直接測量其前端偏位。

4）主梁頂面高程的測量（見圖5） 在某一施工工況完畢后，對主梁頂面進行直接測量。 在測量過程中，同一截面測量3 個測點，根據橫坡取其平均值，得到主梁頂面高程，與設計值進行比較后，可檢驗施工質量。

圖5 頂推測量控制Fig.5 Launching measurement control

3.4 頂推支架

北岸互通立交B 匝道B14 ～B16 鋼箱梁頂推跨度達70m，質量接近1 000t，最不利工況下，單個支點質量接近600t。 考慮到支點反力大，鋼箱梁存在平曲線，設計單支架和組合支架2 種方式共同作為頂推支架使用，確保頂推順利完成，頂推支架共設計3 個，最大墩高＜10m。

頂推支架設計采用混凝土擴大基礎。 每個頂推支架鋼管4～6 根，同一頂推支架的鋼管采用雙拼［25 平聯和斜撐連接成整體。 鋼管頂部設計帶法蘭的樁帽，頂推支架設置單層縱橋向主梁或雙層縱橫向主梁。 下層橫橋向主梁采用雙拼H588×，上層縱橋向主梁采用四拼H588×，主梁在樁頂、墊墩及千斤頂等受力較大位置設置加筋板，下層主梁通過法蘭與鋼管頂部樁帽進行剛接。 每個臨時墩放置4 個墊墩，以使在頂推裝置倒換行程時將鋼箱梁豎向荷載傳遞到鋼管上。 頂推支架如圖6 所示。組合頂推支架由2 部分組成，前半部分用于安置頂推裝置，后半部分用于鋼箱梁拼裝接長，為鋼箱梁頂推專用設計，穩定性、安全性高，頂推拼裝相結合，大大延長了支架面積，對施工安全和操作便捷均有極大提升。 墊墩高度為1 200mm，采用?800鋼管上下口封板加工而成。 鋼管內部設置井字形加筋板，外部設置梯形加筋板。 頂板及底板為直徑1 100mm 圓形板，板厚20mm。 單個墊墩在現場加工焊接成整體，由100t 履帶式起重機直接吊裝至縱向分配梁上。 組合支架及墊墩設計如圖7 所示。

圖6 頂推支架Fig.6 Launching single bracket

圖7 頂推組合支架Fig.7 Launching combination bracket

4 頂推實施

4.1 頂推設備安裝

頂推設備安裝應按以下原則進行。

1）在臨時墩頂推平臺上放置步履式頂推機，頂推方向須正確且與順橋向保持平行。

2）在臨時墩中間位置合理擺放泵站，在現場選擇合理位置布置控制中心。

3）設備吊裝過程中，吊裝設備須由專人觀察指揮。

4）按照控制中心到分控箱，分控箱到配電箱，泵站到步履式頂推機的順序依次安裝。

5）分控箱到配電箱的強電電纜線，控制中心到分控箱的傳輸數據線需正確連接。

6）泵站到步履式油管連接正確，泵站到步履式頂推機的信號電纜連接正確。

7）豎向位移傳感器連接正確，拉線安裝正確。8）安裝完畢后，再次檢查整套設備的完整性和正確性，緊固螺栓，復緊各器件接頭。

每個臨時墩需要橫向調整的寬度不同，因此外側的步履式頂推裝置安裝底面的標高不同，需特別注意每個點的標高，需根據審批后的方案編制作業指導書，在作業指導書中明確各放置點和工作階段的標高。 相對標高系統設計統一以內側肋板中線與底板底面交點為基準。

梁段均為2%橫坡設計，為保證頂推設備的垂直穩定性及受力面完全契合，頂推梁面和鋼箱梁底面增加楔形鋼板（見圖8），每個墊墩及頂推設備上放置3 塊，共需24 塊。 頂推設備及墊墩的標高存在制作及測量誤差，同時鋼箱梁預起拱引起標高差異，需在頂推梁及擱置梁處準備抄墊板，每個位置準備10 塊。

圖8 楔形鋼板Fig.8 Chequered steel plate

4.2 系統連接

系統連接分為電源連接和通信線與控制線連接（見圖9）。

圖9 系統連接Fig.9 System connection

控制線的連接較為方便，用信號線將設備接線盒與泵站上的傳感器接口連接即可，連接線端部均為7 芯防水航空插頭。

4.3 頂推前檢查

1）油缸安裝正確，導向油缸是否調整到位。

2）液壓泵站與油缸間的油管連接必須正確、可靠；油箱液面應達到規定高度；提升前檢查溢流閥；利用截止閥閉鎖檢查泵站功能，出現任何異常現象立即糾正；泵站要有防雨措施。

3）計算機控制系統各路電源，其接線、容量和安全性都應符合規定；控制裝置接線、安裝正確無誤；應保證數據通信線路正確無誤；各傳感器系統，保證信號正確傳輸；記錄傳感器原始讀數。

4）檢查橡膠板擱置梁及頂推梁面橡膠板安裝是否正確，檢查不銹鋼滑板。

5）主橋結構檢查檢查。 主橋結構的應力及變形、主梁結構與墩、臨時頂推墩、千斤頂的相對位置是否正常。

6）各種應急措施與預案的檢查設備備件等是否到位，安全應急措施是否到位。

對各項目進行檢查后形成書面記錄，并進行總結，各項檢查結果均符合要求后方可進入下道工序。

4.4 試頂推

為了觀察和考核整個頂推施工系統的工作狀態，在正式頂推之前按下列程序進行試頂推。

1）試頂推前調整 傳感器的讀數與設置，計算機控制程序中的參數設定。

2）試頂推 計算機進入自動操作程序，進入鋼箱梁的頂推流程；在試頂推過程中，對各點的位置與負載等參數進行監控，觀察系統的同步控制狀況；根據同步情況對控制參數進行必要的修改與調整；試頂推距離為1 個行程。 試頂推完成后需對試頂推進行總結，主要包括：總結頂推設備工作是否正常，頂推控制策略是否正確，各種參數設定是否恰當；滑板工作是否正常；對于組織配合狀況，總結頂推指揮系統是否順暢、操作與實施人員工作是否配合熟練；鋼箱梁的受力、變形等是否滿足設計要求；在試頂推過程中，對于出現的問題及時整改。

4.5 頂推

步履式頂推采用多點三向千斤頂連續頂推施工，按“分級調壓，集中控制，差值限定”原則進行。工作原理是通過頂推裝置頂升、平移、落梁和回程4個步驟不斷循環進行橋梁頂推施工。 步履式頂推系統操作步驟如下（見圖10）。

圖10 頂推操作流程Fig.10 Incremental launching operation process

1）在支墩上布置頂推裝置和施工臨時墊墩，拼裝好的梁體荷載通過墊墩傳遞到墩臺，墊墩位于頂推裝置的前后或者兩側位置。

2）頂推裝置豎向頂升液壓千斤頂同步頂起整段橋梁，脫離墊墩，橋梁由墊墩支撐轉移到頂推裝置支撐。 平移液壓千斤頂同步施力，克服滑移面摩擦阻力，橋梁整體前移1 個活塞長度。

3）豎向頂升液壓千斤頂同步縮缸，橋梁整體同步下落到墊墩，橋梁由頂推裝置支撐轉移到臨時墊墩支撐。

4）平移液壓千斤頂縮缸，裝置上部結構（滑箱）回歸原位，循環下一個工位施工。

5 結語

閩侯二橋鋼箱梁頂推施工所采用的工藝技術安全可控，依托項目開發的差速頂推技術、找平結構、頂推支架、測量控制技術科學有效地解決了小曲線半徑變截面頂推施工難題；較常規拖拉施工質量極大提高、進度更可控、安全保障措施更有效，鋼箱梁全部頂推完成，頂推結果全部符合設計及規范要求。