跨既有道路鋼箱梁步履式多點頂推法技術研究

摘 要：山湖大道跨滬渝高速橋第二聯為鋼箱梁，跨徑布置為（43+63+45）=151m。本工程鋼箱梁跨越既有高速公路，跨度和寬度較大，又臨近高壓線鐵塔，施工環境復雜，經過研究論證，最終采用了原位吊裝結合多點同步頂推施工工藝。頂推設備采用的是SLBLJ-500A型液壓式步履機。本文通過對本工程鋼箱梁多點同步頂推施工技術控制研究，為后期跨線大跨度鋼結構頂推施工提供了借鑒意義。

關鍵詞：鋼箱梁；跨越既有高速公路；原位吊裝；多點同步頂推；液壓步履機文章編號：2095-4085（2024）03-0043-03

0 引言

隨著近年來國家建設大力發展，跨越既有道路和通航航道的大跨徑連續橋建設日益增多。這類跨線施工多采用支架現澆、懸臂施工或預制吊裝的方式進行。大多需要在既有通行道路上占道施工，必要時還要封閉部分交通，且懸空作業下方車輛通行安全風險較高。近年來鋼結構橋梁以其獨特的設計和優良的性能越來越普遍，特別是在跨高速公路、河流、鐵路等部位的橋梁建設中，鋼箱梁頂推更是展現出良好的優越性，在國內外橋梁施工建設中得到了普及和應用。

1 工程簡介

該項目為武漢江夏區光谷南大健康產業園配套道路，橋梁總長469m。本橋梁跨越既有線路滬渝高速公路，設計為跨線立交，與現有滬渝高速公路角度為85°。全橋由三聯組成，第一、三聯為現澆預應力混凝土箱梁，第二聯鋼箱梁梁采用三跨連續鋼箱梁頂推施工工藝，跨徑布置為（43+63+45）=151m。主線橋全寬43m，由凈距2m相互獨立的左、右幅組成，每幅梁全寬20.5m，結構形式為單箱三室截面，中心線梁高2.72m。該橋左右兩幅橋關于道路中心線對稱布置，設有1.5%的橫坡。橋面橫坡通過主梁結構頂板傾斜設置，底板與頂板互相平行，中腹板則與底板頂板垂直。

2 頂推施工方案

山湖大道大橋上部結構第二聯鋼箱梁安裝采用原位吊裝結合頂推施工的施工方法。鋼箱梁分為13個節段，分段吊裝作業工作幅度為12～18m，吊裝作業重量為6～76t。鋼箱梁吊裝設備選用2臺400t汽車吊，吊裝過程利用千斤頂微調，微調到位后進行現場焊接，外觀檢測和焊縫無損檢測合格后噴漆。通過試頂推獲取相關數據，采用500t液壓步履機進行頂推施工，頂推到位后進行線性監控測量，最終卸載落梁，根據測量數據進行微調。剩余節段D10-D13采用汽車吊原地吊裝安裝，完成鋼箱梁施工。

1）鋼箱梁在工廠制造成節段，涂裝編號準備進場；2）運輸車運至既定臨近暫放場地，利用汽車吊提升鋼梁節段至頂推拼裝平臺或原位吊裝支架上進行現場拼裝；3）D1～D3節段鋼梁及導梁焊接完成后通過步履式頂推設備進行首次頂推；D4～D9節段隨后分節段進行吊裝頂推。待D1～D9全部頂推至設計里程后頂推施工完成，完成后續D10～D13節段原位吊裝。最后拆除支架，完成體系轉換。

3 鋼箱梁步履式液壓頂推施工工藝

3.1 臨時支架

臨時支架分為拼裝支架和頂推支架，每半幅共搭設9組支架，其中7#、8#、9#為頂推支架，2#、4#、6#為拼裝支架，1#、3#、5#為頂推拼裝支架。頂推支架是由立柱鋼管φ630×10和柱間鋼管連接系采用M24高強螺栓栓接而成。頂推支架頂部采用兩道雙拼2×H470 H型鋼作為橫梁，底部基礎采用擴大基礎加鋼管樁形式。拼裝支架由立柱鋼管φ630×10與柱間支撐c16a槽鋼采用M24高強螺栓栓接而成，頂部采用單道H390 H型鋼作為橫梁，底部采用擴大基礎加鋼管樁。

采用D45柴油錘施工鋼管樁，根據支架點位搭設拼裝支架，先在拼裝區將其組裝完成，然后通過吊車起吊安裝。待現場支架施工完畢后，在鋼梁吊裝施工前需對支架進行復檢測量，核對支架高程、平面位置是否滿足頂推施工標高要求。待支架復檢測量完成后，才可進行下一步的鋼梁分段吊裝施工。滬渝高速南側段落有高壓線懸空，吊裝條件受限，綜合考慮施工條件及安全風險，在高速北側設置拼裝支架，從北側向南側頂進。

3.2 液壓步履機工作原理

本工程鋼箱梁頂推采用多點頂推和連續頂推，滑動裝置和頂推裝置均成套放置在頂推支架上，頂推力分散到各頂推支架。每組頂推支架上安裝2臺步履機，每幅共計12臺。本工程采用 Midas Civil 2021進行頂推模擬，對各種工況下最大支點反力進行模擬計算，最終得出步履機最大支點反力為337.71t，本次施工選用500t液壓步履機。工作原理示意圖見圖1。

圖1 步履機工作原理圖

SLBLJ-500A型步履機構造由機械、液壓、電氣三部分組成。頂推施工每個行程時長約10min，先利用豎向千斤頂將鋼箱梁頂升至既定高程，再利用水平千斤頂向前推移，最終通過收回豎向千斤頂將鋼箱梁擱置于墊塊上，千斤頂最終回油收回完成一個頂推行程［1］。通過鋼箱梁在豎向、橫橋向、順橋向的移動，將鋼梁頂推至設計位置。

3.3 頂推流程

3.3.1 頂推設備調試

步履機安裝完畢后，連接油電線路，分別在手動、自動兩種模式下進行調試。手動運行模式下，在主控臺操作面板上操作，檢查執行元件伸缸或縮缸動作動作是否正常運行。然后在自動模式系統下，對系統各千斤頂的動作同步性、協調性等方面的進行檢查。待系統的動作完全正常運行后方可宣布系統調試完成［1］。通過試頂推測試步履式千斤頂多點頂推的同步性、豎向頂起時各千斤頂頂升力偏差，獲得頂推工效、摩阻系數等數據。

3.3.2 鋼箱梁頂推步驟

1）在拼裝區域首先安裝24m導梁，導梁安裝完成后，通過汽車吊吊裝D1～D3鋼梁節段，隨后進行焊接；2）1#、3#、5#臨時墩頂安裝步履機進行第一次頂推，導梁進入滬渝高速上空，開始起吊拼裝D4節段；3）繼續向前頂推13.3m后，拼裝D5節段；4）向前頂推18.2m后，導梁跨越滬渝高速，到達8#臨時墩位置，起吊拼裝D6節段；5）向前頂推16.5m后，導梁到達SH08墩柱，開始拼裝D7節段；6）向前頂推16.5m后，拼裝D8節段；7）向前頂推13m后，拼裝D9節段；8）繼續頂推，待鋼箱梁前端到達9#支架時將導梁拆除；9）繼續頂推至鋼梁到達設計位置，頂推調整到位后落梁，最后完成D10-D13原位吊裝工作，拆除臨時設施結構。具體如圖2所示。

4 頂推施工過程關鍵技術及重難點

4.1 臨時支架變形監測

增設臨時支架可減小梁截面的彎矩，縮短一次頂推的長度。支架設計時已考慮了安全系數，但多點同步頂推過程產生支架變形風險仍較大。若變形超出設計范圍，鋼箱梁的線形將受到明顯的影響，整體的穩固性也會受到一定的影響。因此在頂推過程中，應實時對鋼箱梁支架變形情況進行監測。頂推臨時支架搭設一定要嚴格按照設計施工，支架的垂直度在搭設過程中應嚴格控制。臨時支架搭設完成后，在臨時支架、步履機操作平臺上設置沉降變形觀測點，在頂推過程中實時監控支架的變形情況。

4.2 鋼箱梁頂推過程監控

在鋼梁頂推過程中，梁體梁受力復雜，在諸多因素影響下，使得頂推效果具有不確定性，施工風險較大。箱梁頂推時的整體姿態直接影響頂推施工的平穩性和頂推的精確性，需要對頂推過程進行實時監控和控制，從而確保施工安全和施工質量。

（1）試頂推前對各千斤頂支架進行檢查，支架結構必須穩定牢固，確保不出現頂推時支墩受力超預警的現象。

（2）頂推千斤頂布置應與鋼梁縱軸平行，防止頂推過程中出現橫向偏移和梁底變形，以防頂推過程發生傾覆等情況。

（3）各千頂頂部的支墊用橡膠板必須完好，若發現破壞嚴重的應及時進行更換。

（4）各頂推油缸位移通過行程傳感器檢測，然后將位移信號發送到主控制柜進行計算處理，再將控制信號輸出到比例閥組或變頻電機上，調節頂推油缸的伸縮速度，嚴格控制每個油缸的位移誤差。

（5）每次頂推完成后必須對鋼箱梁中線的偏移進行測量，偏位誤差應控制在允許的范圍內。在頂推過程中要實時監控頂升、平移及下降過程中力的變化。頂推過程中安排專人實時監控導梁及鋼箱梁，若導梁有變形、螺絲松動、聯結處有變形或鋼箱梁發生局部變形等，應立即停止頂推施工，分析原因并妥善處理［2］。

（6）頂推過程中應對鋼箱梁線型、姿態、空間位置及應力進行量測監控，及時調整頂推過程中各臨時支架及支撐位置墊塊高度，確保鋼梁線型及應力滿足要求。在頂推時要保證箱梁的正常受力，以免出現局部變形的梁體。

4.3 鋼箱梁拼裝焊接及線形控制

4.3.1 鋼箱梁焊接拼裝控制

為保證梁體在架設過程中的整體豎向線形及平曲線形，鋼梁出廠前首先在專設的胎架上進行預拼裝。在裝配時必須考慮預留焊接收縮量，以減少焊縫收縮的影響。為了控制焊縫的收縮，在焊接立位對接焊縫時，使用較長的馬板進行強制約束。鋼梁整體組裝為冬春露天作業，每跨合攏段的梁段定位組裝預留伸縮空間，根據環境溫度變化進行計算，補償溫差對鋼梁外形的影響和控制，以減少鋼板熱脹冷縮對鋼梁定位的影響。

4.3.2 鋼箱梁整體姿態監測

每完成一次頂推行程后，都要對箱梁四角部的標高進行監測，并對所得測量數據進行分析，對每個臨時支墩支墊的高度進行必要的微調，以保證鋼箱梁的整體姿態和每個支撐點的位置受力均勻。

在各臨時墩位置的鋼梁底面設4個坐標觀測點，每完成一次頂推后，利用經緯儀進行測量并收集數據，分析判斷是否超過調整墊板的最大允許高度差，如超出容許范圍，立即調整。

4.3.3 頂推位移及箱梁中線位移監測

頂推過程中需對每次頂推過程中箱梁的頂升位移、水平頂推位移、糾偏位移及鋼箱梁前進方向中線偏移等進行監測。通過設備位移傳感器可以直接測量得到頂升、頂推、糾偏位移，據此可知鋼箱梁的空間位移、多點頂推同步的偏差。操作人員根據設備界面反饋的數據實時采取處理措施，若各點位移不同步或誤差較大，則應停止作業，待問題解決后再繼續施工。

4.4 支架拆除與落梁

卸載工作直接關系到支撐系統和結構穩定，也直接關系到作業人員的安全，在施工前必須對支撐和卸載支撐的形式進行綜合考慮。一定要先進行試卸載后再正式卸載，卸載時也要掌握所需的卸載同步性要領及操作手法。在進行調節端切割時，對應支架處布置一對50t卸載千斤頂施力，調節管割除后，同步緩慢卸載。在卸載點及非卸載位置均應布置水平和豎向位移觀測點，在卸載過程中、卸載完成后應與驗算結果進行對比，必要時設置應力檢測設備，以檢測卸載過程中應力與變形。

5 結語

鋼箱梁步履式頂推施工對既有道路通車干擾大大減小，降低了上跨高速公路施工作業的危險性，施工工期可以得到更大程度的縮短，推廣應用前景十分廣闊。本文通過山湖大道跨越滬渝高速鋼箱梁頂推施工，在臨時支架搭設、頂推工藝、監控監測及線形控制等方面做了相關經驗總結，為其他類似工程提供一定的參考價值。

參考文獻：

［1］陳運波.平豎曲線鋼箱梁橋多點自平衡頂推施工技術分析［J］.工程技術研究，2021（8）：34-35.

［2］陳海珊，黃勝明，關永強，等. 跨既有高速公路的鋼箱梁頂推施工技術研究［J］.工程技術研究，2021（22）：62-64.