曲線鋼箱梁頂推施工臨時設施力學特征分析

邱緒山

（中鐵十五局集團有限公司，上海 200070）

1 工程簡介

在某高速公路互通匝道橋的設計中，鋼箱梁的跨徑布置為40m+65m+40m，總長度為145m，平面位于半徑為280m 的圓曲線上，線路呈現圓弧形狀。該橋采用Q345qc 鋼材，主要用于跨越在役長張高速。橋梁的主體結構為全焊接單箱雙室橫斷面的鋼箱形連續梁，其跨越互通匝道花圃，保留足夠的安全空間。

鋼箱梁的主要參數包括梁高2.5m，底板寬度7.83m，橋面寬12.75m，橋面設有6%的橫坡。腹板采用標準型設計，厚度為16mm，頂板和底板的厚度分別為16mm 和16-20mm。懸臂部分的設計考慮了懸臂長為2.5m，懸臂端部高度為350mm，懸臂根部高度為650mm 的特殊要求。

主梁標準段的設計包括每隔3m 設置一道12mm 的橫隔板，每兩道橫隔板之間1.5m 位置設一道12mm 的框架式隔板。在邊支點和中支點的位置設置20mm 加厚隔板，并設置24mm 支座支撐加勁肋。橫隔板的設置垂直于線路設計線，為橋梁結構提供了有效的支撐和分隔。

2 頂推施工中的臨時設施

鑒于施工工期的緊迫性，結合所涉長張高速公路的車流量和行車安全的綜合考慮，通過方案對比研究，我們決策采用整體頂推的安裝方案來完成某高速公路互通匝道鋼箱梁的安裝。在此方案中，計劃在34#墩側設置1 個臨時鋼管支架，以充當鋼箱梁拼裝區的臨時支撐。在31#-34#墩之間設置5 個臨時鋼管支架，作為整體頂推操作的臨時支撐墩，在這些臨時支架上將設置五組頂推裝置，并通過通長滑梁的布置來支撐整個頂推操作的進行。值得注意的是，鋼箱梁的前端將配置導梁，而導梁的制作將呈凸臺狀。這一設計方案在滿足緊張工期要求的同時，充分考慮了行車安全及施工操作的可行性。

圖1 臨時支墩立面布置圖

2.1 臨時墩支架的施工

①臨時墩支架地基處理：在對臨時墩地基進行處理時，我們迫切關注防范頂推過程中可能出現的地基不均勻或沉降過大的風險，以避免支架、吊車等設備的潛在坍塌危險。在這一背景下，確保地基承載力能夠滿足設計標準顯得尤為關鍵。為此，我們精心設計了支架基礎，采用了0.6m 厚的條形基礎，并選擇了C30 混凝土進行澆筑，同時在其內部預先嵌入了用于支架連接的鋼板。這些支架位置緊鄰所涉長張高速公路主線中間隔離帶。

考慮到中間隔離帶下存在管線，并伴隨地基承載力不足的問題，我們決定將條形基礎設置在所涉長張高速公路路基上，以確保結構的穩固性。為了進一步增強支架的穩定安全，我們在條形基礎的外圍布置了混凝土隔離墩，這些墩不僅能夠提供額外的支持，還通過表面覆蓋高反光膜來增加夜間的可見性。這樣的設計綜合考慮了多方面因素，為工程的安全和穩定性提供了堅實的基礎。

②臨時墩支架搭設：在完成臨時墩基礎的準備后，采用吊車將焊接成型的管柱吊裝至預定的設計位置，隨后進行焊接剪刀撐的操作，以確保整個橋架體結構能夠牢固穩定。全橋的臨時墩支架整體上包括了51 根鋼管排架，其中沿橋縱向設置了15 排，而在橋橫向則有兩種設置方式，分別是3 排和4 排。所選用的材料為?630×14 螺旋鋼管，而在排架的柱頂部進行焊接時，使用了雙拼HN692*300 型鋼作為橫梁，其長度為12m。

為確保工程質量和安全性，需進行全橋臨時墩支架的驗收。驗收過程中，應特別關注焊接工藝的規范性和連接部位的牢固性，確保焊接成型管柱和剪刀撐的連接牢固可靠。另外，對于使用的鋼管排架和橫梁材料，要檢查其規格和質量是否符合設計要求。驗證整個結構的固定性和穩定性，以確保臨時支架在后續的施工過程中能夠可靠地支撐整個橋體。驗收工作應當由合格的工程驗收人員進行，確保符合相關的建筑標準和規范。

③隔離帶臨時墩支架處的交通組織設計：在進行隔離帶處臨時墩支架的地基基礎及上部支架的施工時，必須實施所涉長張高速中間隔離帶處雙向各封閉一個車道的交通管理措施。這一封閉措施的原因在于，施工期間需要在所涉長張高速隔離帶處進行設備和人員的作業，而臨時墩支架基礎被設置在高速路面上。出于對鋼箱梁頂推施工期間施工人員安全、滿足長張高速管理機構日常巡檢工作安全以及保障長張高速交通通行安全的關切，交通流量分流將在所涉隔離帶處實施。

為實現所涉長張高速中間隔離帶處雙向各封閉一個車道，將在路網遠端進行交通流量的分流，并在近端設置三級預告及警示。這樣的交通管理措施旨在最大程度地降低施工區域的交通干擾，確保施工過程中施工人員的安全，并保障長張高速交通的正常通行。在實施交通封閉的過程中，將特別注重預警信號的合理設置以及信息的充分傳達，以提高駕駛員的警覺性，進而確保施工區域和交叉路口的交通流暢和安全。

2.2 臨時支架的施工

①臨時支架搭設：臨時支架基礎可以利用某匝道橋的樁基或墩柱擴大基礎，以提高其穩定性和承載能力。支架的立桿選用螺旋管，規格為Ф630×14，橫向間距可選擇3600mm、2500mm 或1500mm，其中同一列的間距保持一致，而縱向間距統一為4500mm。在鋼管柱之間設置橫梁，其規格為Ф219×8，橫向間距為2500mm。柱間通過斜撐進行連接，斜撐采用Ф219×8 的鋼管，而立柱頂部的橫梁則采用雙拼H 型鋼，規格為HN692×300。為提高結構的整體穩定性，支架的頂部配置有沙箱。

這一支架結構的設計旨在充分利用螺旋管的承載性能，通過橫縱向的合理間距布置，確保了支架的穩定性和可靠性。同時，通過斜撐的設置和雙拼H 型鋼的運用，進一步提高了結構的整體剛性。此外，配置沙箱在支架頂部，有助于對支架的額外加固和穩定。這樣的設計方案在實際工程中可行性強，為臨時支架的施工提供了可靠的技術支持。

②安全防護設置：在進行臨時支架的搭設之前，必須對施工部件周圍進行安全防護設計。這一安全防護措施中，特別需要進行對安全防護棚的安全驗算，以確保其在使用過程中具備足夠的自身安全穩定性，同時在碰撞后也能維持系統的整體穩定性。安全防護棚的主要功能在于有效防范高空墜物和墜落物，以確保在整個施工過程中能夠維護高水平的安全性。

這一設計要求的核心目標是為了提高施工現場的安全性，減少潛在的傷害和事故風險。安全防護棚的安全驗算是保障其可靠性和穩定性的重要步驟，通過確保防護棚的結構在各種工作情況下都能夠承受外部力量的作用，從而保護施工人員免受高空墜物和其他危險因素的威脅。這種全面而謹慎的設計理念為施工現場提供了有效的保障，有助于確保整個工程過程的安全進行。

③拼裝區臨時支架搭設：在鋼箱梁的拼裝區域，應當設立一個專門的臨時支架，其位置位于33#墩和34#墩之間，距離34#墩的位置為10m 處。該支架的結構形式與臨時墩支架相似，包括設置6 根鋼管排架，其中順橋向設置2 排，橫橋向設置3 排。所采用的材料為?630×14 螺旋鋼管，而在柱頂進行焊接時，選擇雙拼HN692*300 型鋼作為橫梁，其長度達到了14m。在這一設施的基礎上，可充分利用33#-34#墩進行鋼箱梁的拼裝和焊接工作。

為了確保焊接過程中的人身安全，有必要在臨時支架的頂部搭設一個平臺。該焊接平臺的設計包括采用10#槽鋼，其寬度為3.1m。為提高平臺使用者的安全水平，平臺的護欄高度被設定為1.2m，并在其周圍設置了掛有防護網的圍欄。這一結構設計不僅能夠提供足夠的工作空間和平臺穩定性，同時也為操作人員提供了有效的防護措施，確保施工過程中的安全性和高效性。

④臨時支架拆除：經過鋼箱梁的全面驗收后，拆除臨時支架的任務即刻展開。拆除工作應當嚴格按照設計要求和施工方案進行，確保拆除過程的有序進行。在拆除支架的過程中，必須特別注意施工部件的順序，以防止任何不必要的安全風險。

在進行拆除工作時，應當嚴格按照設計要求和相關施工方案的步驟進行，確保拆除的有效性和安全性。拆除過程中，需特別關注支架各個部件的連接情況，逐步解除焊接點和支撐點。為保障整個拆除過程的順利進行，必須確保所有參與拆除工作的人員都具備相應的操作技能和安全防護意識。

2.3 鋼箱梁頂推導梁方案

導梁的設計尺寸為長28m，寬7.75m，結構由兩片工字型梁構成，每片梁均由四個節段組成，并通過中間的橫聯進行連接。每個工字梁的截面形狀為工字型，其最大截面寬度為2.4m，最小截面寬度為1.2m。這些截面由20mm、16mm 和14mm 厚的鋼板通過焊接工藝構成。中間的橫聯部分采用?219×6 的鋼管進行焊接。

導梁的施工方案需要特別注意工字梁的截面尺寸和焊接工藝的合理性。在焊接過程中，必須確保每個節段的連接牢固且符合設計要求。另外，導梁的整體尺寸和結構穩定性對于鋼箱梁頂推過程至關重要。在施工過程中，應當加強對導梁結構的質量監控，特別是焊接工藝的質量控制，以確保導梁的整體性和穩定性。同時，在導梁安裝的過程中，需要精準測量和準確調整導梁的位置，以滿足設計要求和確保鋼箱梁頂推過程的順利進行。

3 鋼箱梁頂推臨時支墩受力計算

根據工程工況計算，針對單組頂推支架，在考慮摩擦效應的情況下，最大反力估算為1412.8kN，其中摩擦系數取0.07。該支架主體結構由4 根直徑為630×14 的鋼管組成，長度約為13m。連接部分采用直徑為219×8 的鋼管，并在支架的頂部設置了雙拼N650×300×11×17 型號的橫梁。

為了進一步深入研究鋼箱梁頂推支架的性能，我們采用了MADIS/Civil2019 軟件進行了建模和計算。該軟件能夠提供詳盡的結構分析，通過數值模擬的方式，對支架在工程工況下的力學行為進行全面而準確的評估。這一計算過程有助于優化支架的設計和性能，確保其在實際施工中能夠承受最大反力，同時考慮到摩擦效應，為工程提供可靠的技術支持。

鋼箱梁頂推支架進行建模計算，如圖2 所示。

圖2 支架模型圖

頂推鋼管柱受力結算結果如圖3 所示。

圖3 支架應力圖

屈曲一階模態如圖4 所示。

圖4 屈曲一階模態圖

Q235 鋼材的抗彎強度設計值為215MPa。經過詳細的計算和分析，得知頂推支架在實際工況下的最大應力為127.4MPa，表明其抗彎性能滿足設計要求。同時，通過對支架結構進行一階屈曲模態的計算，其臨界值為137MPa，遠遠高于實際應力值。這一計算結果表明，頂推支架在抗彎強度和整體穩定性方面均滿足設計要求。這一結論對于支架設計和工程實施提供了有力的技術支持，保障了施工過程中支架的穩定性和安全性。

4 結論

在曲線鋼箱梁頂推施工過程中，臨時設施的受力狀況直接影響整個系統結構的安全性和穩定性。為保障工程施工的可靠進行，必須通過優化頂推臨時設施的設計及施工方案，采用有限元Civil 軟件進行數值仿真分析，以確保支架的強度和整體穩定性能夠滿足設計要求。

在這一優化過程中，特別需要關注頂推臨時設施的設計，包括支架的結構、材料選用以及連接方式等方面。通過合理設計和施工方案的優化，旨在提高支架的整體性能，確保其在受到外部荷載作用時能夠保持結構的安全性和穩定性。有限元Civil 軟件的數值仿真分析將為優化設計提供有效的工具，通過對支架的強度和整體穩定性進行詳盡的數值模擬，為實際施工提供科學的依據。