鋼箱梁頂推施工工藝與監測控制研究

張俊雨

（中交二航局結構工程有限公司，湖北 武漢 431400）

在各種橋梁工程中，鋼箱梁的頂推法已得到了廣泛的應用，并取得了很好的效果。在實際運用中，有關技術人員要充分掌握鋼箱梁頂推施工技術的控制措施，才能提升這種技術的運用水平和運用效果，從而為整個橋梁工程的建設質量提供可靠的保障。

1 工程概況

北京路快速化改造工程的路線起點為迎賓大道，終點為宿連高速出口處，全長約11.85km。主線雙向6車道，設計時速80km/h，符合城市快速路和一級公路的標準。輔路雙向4 ～6 車道，設計時速50km/h，符合城市主干道和一級公路的標準。此標段的起訖樁號為K4+050 至K7+776，線路全長3.726km。該標段采用“地面快速化+節點高架”方案，在黃河南路、長江路、江山大道等設置節點高架，終點位于西楚大道以西200m 處。

2 鋼梁頂推施工

本橋頂推總體采用分節段頂推施工，其中拱肋部分在拼裝支架上與主梁拼裝成整體后頂推，全橋共9 組臨時墩。

2.1 頂推設備

本工程共使用18 臺承載能力為1200t 的步履式頂推設備。該設備由滑動面結構、上部滑移結構、下部支撐結構、支撐油缸、橫向調整油缸和頂推油缸組成，采用計算機控制和液壓驅動技術，能夠實現復雜的組合和順序動作，以滿足本工程的施工要求。

系統組成。一套步履式頂推系統主要由以下幾個部分組成。頂推設備18 臺、液壓泵站18 臺；分布式控制系統1 套；引入先進的5G 通訊技術來取代傳統有線通訊，對單個臨時墩分別部署單臺5G 模塊，主控配備5G 模塊，達到信號的無線傳輸，實現低延遲、高響應的信號傳輸和數據發送，降低現場因有線布置所帶來的問題，同時能夠借助云平臺技術來實現設備遠程控制以及調試。5G模塊布置示意圖如圖1 所示。

圖1 5G 模塊布置示意圖

選用具備5G 智能網管的應力監測模塊來實現梁拱結構中拱頂、拱腳以及1/2 拱架等應力集中較大的測量點來布置應力采集模塊，所采集的數據通過無線傳輸模塊并入至主控PLC 內來實現數據的實時讀取與監測。

利用軟件ANSYS 完成對梁拱組合體系橋梁結構受力分析，確定結構中應力集中位置以及結構薄弱處，通過安裝無線應力采集模塊，來實時采集相應點的應力變化情況，并將數直接發送至云端云平臺的數據庫內或者PLC 主機中實現接收，通過分析處理調用查看數據曲線分析器趨勢，并結合PLC 中的控制算法來防止應力過高導致結構出現形變問題，實時監測點的信息和遠程信息能夠保證同步更新，通過上位機分析數據后可以對梁體狀態進行預測，然后做出預警或者是調整頂推施工工藝參數，來避免意外出現。同時數據上傳云端后能夠更加直觀呈現至遠程故障診斷平臺上。

頂推設備布置及安裝。頂推裝置布置原則是在需要布置頂推設備的臨時墩上每墩一套，在墩頂的上、下游對稱布置；反力座則分別布置在每套頂推裝置的縱橋向兩側。

2.2 頂推施工流程

步履式頂推機構包括頂升支撐油缸、頂推縱移油缸、橫向調節油缸、縱移滑塊、橫移滑塊、橫移底座等結構，可實現鋼梁的豎向頂升下降、順橋向前進后退和橫向糾偏等功能。通過步履式頂推機構和臨時方木墊梁的交替使用，通過頂升、推移、下降和縮回4 個步驟，實現了鋼梁的間隙式遷移。

首先，進行鋼梁頂升，待各項準備工作就位后，步履千斤頂按照控制系統設定的力值頂升到位，使其承載梁頂面完全接觸主梁底面。隨后，通過控制系統同步控制頂升千斤頂伸縮到設定的活塞行程，將整個鋼梁平穩頂起，使承載梁底面離開墊梁一段距離。然后進行鋼梁推移，通過控制系統同步控制頂推千斤頂伸縮，推動千斤頂帶動承載梁及鋼梁在底座滑移槽中向前移動至設定好的活塞行程位置，實現鋼梁的推移。在推移過程中，要進行墩頂位移觀測，依據設計允許偏位作為最大偏位值，計算坐標，從施加力開始到鋼梁開始移動連續觀測，一旦位移超過設計計算允許值，即刻停止施加力，重新調整各頂推設備的頂推力。最后，千斤頂回油落梁，待鋼梁移動至系統設定的位移量后，頂升千斤頂活塞縮缸回程，使鋼梁下降至支墊上，進行力系轉換，一個行程的頂推結束。

2.3 導梁上墩

鋼梁在頂推過程中，最大懸臂工況下，根據建模計算導梁最大撓度426mm，越墩過程考慮下撓影響，在導梁越墩前兩跨對下一個墩頂進行超墊，確保導梁在頂推過程中自然上墩。

2.4 橫向糾偏

鋼梁橫向糾偏以千斤頂同步控制進行，鋼梁頂推施工時，梁體在縱向移動過程中會出現左右方向的橫向偏移。為了控制鋼箱梁在頂推過程中的中線始終處于規定范圍內，采取以下的糾偏方法：（1）在頂推過程中，軸向偏差的警告值是3cm，在偏差達到設定的數值后，停止推桿，并實施校正。（2）保證頂推的同步。在進行每次頂推之前，都要對中央控制系統和各個墩位處頂推設備的性能進行詳細的檢查，在頂推的過程中，要通過頂推位移和頂推力雙控的方式，以頂推位移控制為主要內容，保證鋼箱梁左右前行位移量的協調統一。（3）在頂推過程中，應采取動態監控措施。在推舉臨時支墩的頂點上，同時將鋼梁的底點也放了出來，在推舉過程中，由站在墩頂的操作者通過懸掛垂線的方式，來測定進尺的同步度和軸心偏差。在中心線偏離位置的情況下，應及時糾正。在鋼箱梁端中心的頂底上，用紅色顏料畫出截面中心線，并定期用全站儀測取軸端點，判斷有無偏差，若有偏差，應及時糾正。

2.5 整體落梁

首先，在落梁前檢查永久支座偏位和標高是否與設計一致，是否完成安裝工作，清理永久支座和清掃障礙工作，其次，做好機具準備工作，安裝固定永久支座，精確微調鋼梁橫向和縱向位置，鋼梁整體位置滿足落梁條件。待準備工作完成后，進行整體落梁，最后一片鋼梁完成環焊后，鋼梁整體高出設計線及支座，此時，需要將鋼梁整體頂起，然后抽調反力座和千斤頂位置所有支墊，將鋼梁整體下放到永久支座上受力。采用整體落梁的方式需注意：（1）落梁前，對各個頂推位置的反力、標高測量，并將實際值與理論值進行比較分析。（2）落梁前，先精確調整成橋位置，然后一次落梁到位。落梁時，采用頂推設備將鋼梁整體同步下放。（3）落梁時，各反力座位置支墊全部拆除，使鋼梁能夠落與永久支座上。（4）落梁時，各個頂推設備位置安排1 名專人對梁體與永久支座的接觸情況進行觀察，并及時匯報，落梁前先對準支座頂部的支腿與鋼梁的孔位。（5）落梁時，與監控緊密配合，落梁到位前，反復測量，如遇偏位問題，需及時糾偏。（6）落梁完成后，及時連接鋼梁與永久支座。（7）落梁完成后，永久支座安裝完畢后，即可開始拆除頂推臨時結構。

3 鋼梁頂推監測

3.1 監測目的

在鋼梁頂推的過程中，是一個不斷轉變的結構體系的過程，在此過程中，鋼梁的整體和局部受力都非常復雜。在眾多的外因和內因的聯合作用下，這不僅會導致頂推結果存在不確定性，還會增加頂推過程中的風險。比如，在頂推過程中，鋼梁的整體姿態會對頂推施工的平穩性和結構強度產生直接的影響。因此，對整個施工過程進行監控，目的就是要消除這些不確定因素，確保施工的安全和質量。頂推施工的目標主要在于：在頂推的過程中，保證鋼梁的應力穩定并保持同步性，不會出現單點過頂、受力不均勻的情況；其次，要保證在頂推時鋼梁的穩定性，使其不發生傾覆和支墩的受力部位不超過設計值；最后，還要保證鋼梁的推桿精度。

3.2 監測監控措施

鋼梁拼裝時，嚴格按照監控指令控制拼裝梁段的空間姿態，頂推過程中控制鋼梁底板高程在設計范圍內，在統一水平標高下進行整體頂推。本方案中頂推設備采用整體式油頂。

3.2.1 標高及線型控制措施

鋼梁拼裝時，支撐油頂調整至水平頂推高程位置，通過調整頂推油頂上的鋼墊梁及鋼墊板來保證鋼梁拼裝完成后線型滿足設計要求。鋼梁頂推過程中，通過控制支撐油頂油壓，動態調整與鋼梁底面的間隙保持一致，保證支撐油頂及鋼梁受力與方案建模驗算相接近。

3.2.2 頂推過程控制

頂推過程中，通過監控單位指令實時觀測橫向偏位，并進行動態調整，頂推前，在主橋橋面標識出橋梁中心線， 保證在頂推過程中隨時跟蹤測量主橋的偏位情況，避免出現整體偏位超限的情況，同時隨時跟蹤測量橋的高程變化，當高程變化超限時，應停止頂推待調整完成后再進行施工。頂推過程中，各監測點的位移或應力值超出要求時，也應停止頂推待調整至頂推前的數值后再進行施工。在頂推過程中，由于橋面縱向具有線型，在鋼橋向前頂推過程中，相關施工操作人員需根據監控數據及橋梁線型對頂推設備下部的抄墊板進行高度調整以保證各頂推支點受力均勻，因此，要監管工人規范操作，頂推行進過程工人不得進行更換墊板操作，避免發生危險；頂推過程中，動態觀測各頂推設備承受荷載，避免發生單個頂升滑移設備由于過載發生損壞，造成質量安全風險。

3.2.3 調整措施

（1）使用單側推進器不均勻的推進器來糾正傾斜。在橋梁頂推的過程中，因為橋梁橫向兩側的頂推距離并不是同步的，當所產生的數值積累達到控制報警值的時候，鋼梁軸線與設置的橋梁中心線有一定的角度，我們在頂推的過程中，根據不同的步值，對兩側的頂推裝置的單次行程差進行計算，使鋼梁軸線偏向側頂推設備，以提高頂推的速度，并分幾次逐漸減小偏差的角度，從而達到糾偏的效果。（2）用推桿裝置的側向糾偏裝置進行側向調整。在橋梁頂推時，如果橋梁中心線出現了總體水平偏差，累積到一定程度后，就可以通過頂推裝置實現橫向糾偏，按照步行頂推裝置的特性，每次的水平位移都是50mm，如果水平位移超過50mm，就需要進行多次水平位移，這樣就可以將縱梁中心線和橋梁的設計中心線重疊在一起。

4 頂推施工質量保證措施

在進行頂推過程中，需要實時監控各千斤頂的頂升高度、頂推位移和油壓等參數，以確保各千斤頂同步操作。同時，在頂推施工過程中，必須采用導向設施來保證鋼梁沿梁軸中心線方向移動，避免偏移情況的發生。若有偏移情況出現，應該在梁體運動狀態下進行調整，嚴禁在梁體靜止狀態下橫推梁體。施工單位應根據施工監控指令，在拱肋安裝、鋼梁頂推施工工程中對鋼主梁、鋼導梁、鋼拱肋等構件進行施工監測，監測內容包括鋼主梁、鋼導梁、鋼拱肋的內力和應力、支座反力、標高、變形和溫度等。標高的控制測量必須在晚上00∶00 至凌晨04∶00 之間進行。在頂推過程中，不得安裝永久支座鋼墊板，待鋼梁頂推到位后再進行安裝，橫向限位裝置應在施工完畢后進行安裝。在采用步履式頂推時，需要保證墊梁具有足夠的長度和剛度，并且應與梁體底部完全接觸體腹板可靠受力。豎向頂升和水平頂推各墩的同※步精度應控制在5mm 以內，同墩兩側的同步精度應控制在4mm 以內。

5 結語

綜上所述，橋梁工程是連接區域交通的重要樞紐，為社會經濟發展做出了巨大貢獻。隨著建設范圍和規模的不斷擴大，橋梁工程中頂推施工的難度越來越高，需要根據現場條件和工程特點,采取合適的技術措施，保證施工質量和效率，本文結合北京路快速化改造工程，對鋼箱梁頂推施工技術控制措施進行了詳細的分析，總結了質量與安全的保證措施。