基于重交通條件下曲線橋梁施工關鍵技術

湯天惟

（中交一公局第三工程有限公司，北京）

前言

在我國交通建設里程不斷增加的背景下，復雜橋梁不斷涌現，對施工作業提出了更大的挑戰。特別是重交通條件下的曲線橋梁施作，面臨著施工車輛多、作業空間小、作業精度要求高、偏心風險大等諸多難題。因此，為有效降低偏心風險，保障施工質量升級達標，探究重交通條件下的曲線橋梁施工關鍵技術非常必要。

1 基于重交通條件下的曲線橋梁施工背景

某曲線橋梁為客流主通道，全上跨長516 m，寬41 m。橋梁由主橋、引橋、道路組成，主橋長240 m，拱塔高82.2 m。主橋需跨越既有線，主橋上部結構為28 m～32 m 預應力T 型箱梁，橋上線路為400 m 小半徑曲線（含圓曲線、緩和曲線），橋上線路最大坡度為9‰，超高90 mm。橋墩（圓柱墩）為左線、右線錯開孔位布置，梁體斜向放置。

2 基于重交通條件下的曲線橋梁施工問題分析

2.1 移動模架偏位問題描述

在案述曲線橋梁主橋施工時利用上行式移動模架造橋機，可以在不配備輔助吊機情況下自動完成支腿過孔移動位置，同時主梁兩側挑梁頂部頂棚兼具防雨水、防日曬功能，可以實現全天候高效率運行[1]。但是，經筆者現場調研發現，由于案述橋梁曲線半徑過小，移動模架在前移過孔期間，前支腿沿著導梁移動到下一個橋墩位置，沿橫向無法順利落入橋墩中心，出現位置偏移。若簡單將前支腿橫向糾偏促使其落入橋墩中間，導梁、前支腿橫向無法對中，出現偏載。此時，移動模架主體結構順導梁行進到即將施工孔位時，主體結構自重經導梁下壓到前支腿，整個移動模架主體重量易引發前支腿局部應力過大，甚至失穩。

2.2 標準性荷載下力學性能分析

為確定偏心程度，我認為應該根據曲線橋梁移動模架前支腿橫梁、支柱形式，結合移動模架支腿滑移參數，采用標準性荷載情況，進行力學性能分析，局部參數見表1。

表1 曲線橋梁移動模架力學性能分析參數

根據表1，計算偏載。偏載計算圖式見圖1。

圖1 曲線橋梁移動模架偏載計算圖式

圖1 中，1 為荷載作用點荷載大?。? 為計算跨距；3 為橫梁上2 個著力點間距；4 為支腿滑移橫梁上托輥箱中心距。

根據上述計算圖式，采用有限元軟件ABAQUS 構建三元實體有限元模型（見圖2），提取移動模架前支腿局部應力大小[2]。

圖2 某曲線橋梁三元實體有限元模型

在局部應力提前時，考慮橋梁結構施工所處環境溫度干擾，進行修正，修正公式如下

式中，s 為修正后讀數，kN；st為橋梁糾偏過程中讀數，kN；；s0為初始讀數，kN；Tt為橋梁糾偏過程中溫度值，℃；T0為初始溫度，℃。修正后，得出結果見表2。

表2 移動模架前支腿局部應力

根據表2，可推測移動模架前支腿局部應力過大，且偏載一側支腿橫梁應力超出Q345B 鋼強度設計值，整個曲線橋梁移動模架作業期間失穩風險較大。

2.3 曲線橋梁移動模架偏位程度判定

在圖2 基礎上，利用Midas Civil，構建同一聯上行線、下行線的有限元模型，經彈性連接模擬支座[3]。根據實際支座平面布設情況進行多方向支撐剛度連接，對比上行線、下行線偏心值，得出重交通長期作用下案述曲線橋梁移動模架將出現向曲線內側偏移，局部見表3。

表3 重交通條件下曲線橋梁移動模架偏位值

由表3 可知，曲線橋梁偏心以運行重車的上行線較為突出，最大偏心值達到310 mm（1 孔），偏心超出限值（70 mm）的區段主要為1 孔、5 孔、15 孔，多為圓曲線，局部為緩和曲線；下行線偏心程度相對較小，最大偏心值為92 mm（1 孔），主要出現在圓曲線段。

3 基于重交通條件下曲線橋梁施工關鍵技術應用策略

3.1 移動模架外側加固技術

移動模架外側加固是應對重交通條件下曲線橋梁移動模架前支腿橫梁端部在應力應變下彎曲的主要手段。加固如圖3 所示。

圖3 曲線橋梁移動模架加固

圖3 中，1 為橫梁；2 為前支腿；3 為加長橫梁；4為斜撐。根據圖3，可以將橫向移動平臺增設到前支腿上部橫梁外側，橫向移動平臺向外加長50 cm，確保曲線橋梁移動模架前支腿橫梁偏載情況下最外側輥輪接觸部位超出橫梁端部邊緣，從源頭規避局部應力集中問題。同時考慮到結構不平衡水平力，利用3 條20 mm 厚鋼板斜撐，焊接在橫梁加載端下部立柱，設置與實際重載列車運行速度相適應的曲線外軌超高[4]。鋼板斜撐焊接超高根據均方根速度計算，計算公式如下

式中，V 為均方根速度；N 為一晝夜各類重載列車趟數；Q 為各類列車質量；V0為實測各類列車速度。根據式（2）計算結果進行斜撐超高設置，確保重交通條件下曲線橋梁移動模架偏載情況下承受應力處于標準限值內。

3.2 下行線架橋糾偏

原架橋機由主梁、前支腿、后支腿、起重小車、輔助支腿、前懸臂梁幾個部分組成。在上行式移動模架造橋機應用時，需要根據不同跨度時支腿位置調整要求將多個前支腿連接位設置到主梁下蓋板，并將支腿邊跨縱向移動軌道、起重天車運行軌道分別設置到主梁下部、上部，利用前橫梁、后橫梁將2 根主梁連接為一個整體[5]。主梁前端部固定的工字板梁式懸臂梁可以確保上行式移動模架造橋機縱移穩定。同時在上行式移動模架造橋機過孔時，需利用輔助支腿輔助縱向移動，輔助支腿經球面芯盤、芯軸與走行小車相連接，滿足曲線橋梁架設要求。輔助小車橫移動機構橫向移動量限定在±350 mm，無法滿足400 m 小半徑曲線橋梁過孔。400 m 小半徑曲線橋梁過孔要求上行式移動模架造橋機輔助小車橫向移動機構橫向移動量超出±930 mm?；诖?，在上行式移動模架造橋技術應用時，就需要從增加輔助小車橫向移動行程著手，擴大輔助小車橫向移動空間。即將懸臂梁內側的鏈條驅動機構固定支座轉移到前懸臂梁外側，并將輔助小車橫向移動輪距由760 s mm 縮短為640 mm。同時利用±950 mm 輔助小車橫向移動油缸代替原有油缸。而后支座輪箱鉸座則由直接螺栓固定轉變為帶立軸可旋轉鉸座，經立軸安裝孔與手孔連接，允許走形輪箱與上行式移動模架造橋機進行微量自由旋轉，避免架設曲線橋整機過孔時因無活動余量而出現橫向局部應力集中。

3.3 上行線頂推糾偏

在主橋架設后，因案述曲線橋梁無法直接現澆，預應力T 型箱梁主橋需在既有線外側現澆后張拉頂底部鋼束，促使梁體處于軸向壓力狀態，在梁體進入預設位置后，進行剩余鋼束張拉，完成上行線的頂推糾偏施工。根據案述曲線橋梁處于重交通條件、作業空間小的特點，優選運輸便捷的小里程側場地，利用步履式多點頂推方案，由小里程側向大里程側進行頂推糾偏，頂推步進距離為0.70 m，控制頂推線路縱向坡度小于-9‰。同時考慮到連續梁高于簡支梁，調整相鄰橋墩支撐高度，進行鋼筋混凝土接長處理。

在步履式多點頂推技術應用于曲線橋梁上行線偏心整治時，需遵循經濟適用、配套恰當的方針，選擇QF100-800 的水平千斤頂搭配DBC2.0/DBC10L 液壓泵站、QF400-60 豎向千斤頂，在預應力T 型箱梁制作平臺上布設滑道，并在頂部設置長45 cm、寬45 cm、厚4 cm 的不銹鋼墊層與四氟復合板，確?；腊迤秸?。頂推過程位置限定裝置為滾輪限位器，限位器底座豎向滾輪負責限制預應力T 型箱梁的平面位置，并促使其朝著頂進方向滾動。在這個基礎上，根據上行線頂推施工作業過程梁體橫向偏移風險表現，增設導向糾偏裝置，固定在案述曲線橋梁兩側，一旦梁體出現橫向偏移，第一時間啟動千斤頂對梁體進行頂推調整，避免橫向偏移量過大引發梁體失穩。比如，在上行線連續預應力T 型箱梁前進軌跡偏離設計軌道，且墩頂位置上部箱梁內側與外側縱向增量相差較大時，技術人員可以調整伸縮縫位置千斤頂外側頂推力、千斤頂內側頂推力之比為1.3:1，均衡上行線橋梁關鍵控制點應變，將橋梁主體與橋墩共同頂推糾偏到位。糾偏到位后，促使曲線橋梁伸縮縫位置護欄、前端橋梁護欄與后端相鄰橋梁護欄基本對位。

上行線頂推糾偏的本質是將頂推反力架沿著曲線橋梁縱軸方向的伸縮縫位置、連續支座橋墩位置安裝，經水平千斤頂施加應力，借助臨時滑移面向所需方向頂推連續橋跨結構，頂推到位且確定無誤后進行臨時限位裝置的設置。我認為案述橋跨結構上行線糾偏應當沿著每處橫向安裝2 臺千斤頂，經平衡分流閥組合控制，逐級施加縱向水平頂推力，并以連續梁體發生位移為節點進行主千斤頂組水平頂推力的調整，以實現上行線預應力T 型箱梁的均衡移動。期間需要先沿著橋梁縱軸方向，在伸縮縫位置、橋墩位置安裝反力架，再安裝水平千斤頂，千斤頂前后與梁體接觸位置接觸擴大鋼板墊進行處理，確定千斤頂有效作用于箱梁腹板指定高度后，借助楔形枕木鎖死沿線橋梁伸縮縫梁體。隨后依據位移4 mm±1 mm 的標準，多次頂推，每次頂推后靜置20 min，每12 h 累計頂推量控制在10 mm 以內，確保上行線偏位糾正過程安全開展。

4 基于重交通條件下曲線橋梁施工關鍵技術的應用效果

重交通條件下，以每一階段施工進入尾聲、下一階段模板標高定位前為節點，進行多次觀測，并記錄曲線橋梁移動模架內外側偏移數值。移動模架外側加固關鍵技術應用前后曲線橋梁結構穩定性參數見表4。

表4 關鍵技術應用前后曲線橋梁結構穩定性參數

由表4 所示，曲線橋梁偏心糾正關鍵技術應用后，內側橫移、外側橫移數值顯著下降，橫移變化趨于穩定。表明關鍵技術的應用可以改善曲線橋梁結構穩定性。

結束語

綜上所述，重交通條件下的曲線橋梁施作任務重、時間緊、難度大，面臨著偏心整治問題。我認為技術人員應堅持現場謀劃病害、現場推進工作、現場解決問題，積極發揮技術專業優勢，突破重交通條件下的曲線橋梁施工難題。同時綜合利用頂推復位、移動模架造橋等技術，高標準、高效率、高質量地完成重交通條件下的曲線橋梁施作任務。