復雜曲線鋼箱梁頂推施工技術

【中圖分類號】：U445.4 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）02-34-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.02.008

Construction Technology of Complex Curve Steel Box Girder Jacking

ZHANG Bin1，2

（1.ChinaRailwaCostructionBdgeEngieingBureauGoupCoLd.anjin3Oo，hina；ianjinKeLaboratoryoftelt Construction Technologyand Equipment，Tianjin3Oo3OO，China）

【Abstract】：Aimingat the characteristicsof smallradius，large longitudinal slope，complexcurveof the steelboxgirderof Macao Bridge，BrampBA8＼～BP7crawlercrane + section bracket method erection first，BP7＼～BP1 multipoint synchronous curve pushing construction scheme.According to the needs of jacking，temporary support， steel guide beam，temporary connection，steel box girder sectionfactory prefabrication，ship to the site，after using gantry crane lifting to theassembly platform welding into the whole section jacking；jacking construction，through flat curve and vertical curve simulation，reduce the constructioncorrction，3D numerical simulation and whole process simulation analysis with intelligent jacking control system，forecast correction measures inadvance，reasonably control the jacking force，efectively ensure the linear shape and construction safety.

【Key words】：urban bridge；steel box girder；top push construction

鋼箱梁因自重小、剛度大、跨越能力強、結構美觀在城市立交或大型橋梁匝道橋中得到廣泛應用。隨著城市建設發展，新建橋梁往往需接人或跨越既有道路以滿足交通需求，導致線形曲率半徑小且縱坡大；頂推施工跨越能力強、施工占地面積小、機具設備簡單，但曲線鋼箱梁安裝因為空間姿態控制難度大，采用頂推法施工相對較少，缺少成功經驗2。本文以澳門大橋為例，對復雜曲線鋼箱梁頂推施工總體方案設計、曲線頂推施工工藝與控制措施進行了總結分析，為類似工程施工提供有益借鑒

1工程概況

澳門大橋A區互通包含1條主線橋 +4 條匝道橋，其中B匝道橋為 3×40m+49.8m+3×50m 單箱單室等高連續鋼箱梁，Q420qD鋼材，梁高 2.0m ，梁寬 13.75～ 14.35m ；實腹式橫隔板沿縱橋向每隔 2m 布置一道，為斜腹板小懸臂開口截面。第一聯縱坡為 6% ，第二聯縱坡為 2.13% ，緩和曲線過渡，最大墩高 21m BA8＼～BP1線路為圓曲線（BA8＼～BP7， R=130m， 0 + 緩和曲線（BP7＼～BP5， A=120m ） + 圓曲線（BP5＼～BP1， R=580 m），同時頂底板設置 2% 單向橫坡。見圖1。

橋位處熱量豐富、水汽充足、高溫多雨，屬亞熱帶海洋性季風氣候；臺風影響頻繁，熱帶氣旋一般集中在每年的6—10月，最大風速 ，工程海域潮汐類型為非正規半日潮混合潮，潮流類型為正規半日淺海潮流，航道水域總體為往復流，最高潮位為2.98 ，最低潮位為 ，平均高潮位 0.51m ，平均低潮位 -0.54m ，最大潮差 3.5m ，平均潮差 1.06m 。漲潮最大流速為 79cm/s ，落潮最大流速為 ，流速較小。

2施工方案選擇

2.1項目特點

結合現場實際情況，B匝道橋施工具有以下特點：

1）位于所有匝道橋內側，采用大型浮吊原位吊裝施工時，導致主線橋部分平臺無法搭設，影響整體施工進度；

2）BA8＼～BP7鋼箱梁作為規定節點工期，需提前施工完成；

3）受限于碼頭的承載能力，鋼梁分段質量需控制在50t以內；

）受限于棧橋的承載能力及履帶吊吊高限制，鋼箱梁無法全部采用履帶吊進行小節段支架法架設；

5）平面為圓曲線 + 緩和曲線 + 圓曲線，立面縱坡6%～2.13% ，通過緩和曲線過渡，頂底板設置 2% 單向橫坡，導致該鋼箱梁線形為平曲線、豎曲線與橫坡相結合。

BP8＼～BP7鋼箱梁采用履帶吊 + 小節段支架法提 前架設； BP7～BP1 鋼箱梁擬從懸臂拼裝和頂推施工2 個方案中進行選擇。

2.2施工方案選擇

B匝道橋鋼箱梁無論采用何種施工方案，單個鋼箱梁節段質量均需控制在50t以內，采用履帶吊吊裝上岸，運梁車運輸至架梁位置。

采用懸臂拼裝施工時全回轉架梁吊機棧橋取梁，懸臂拼裝；為控制鋼箱梁應力，在懸臂拼裝過程中利用原有平臺樁設置臨時墩接引，為控制鋼梁撓度，在拼裝跨起始墩墩頂與臨時墩墩頂設置千斤頂和墊塊交替起頂鋼梁。全回轉架梁吊機自質量 148t ，前后支腿距離 14.0m ，支撐于橫隔板上，經全過程分析計算，懸臂拼裝最不利工況為橋面吊機站在BP6墩頂位置吊裝鋼箱梁節段時，其支反力最大。對該工況全回轉吊機吊臂在 種情況進行局部分析，BP6支撐隔板厚度由 18mm 依次擴大加固至 24、30、32mm進行計算，并進行相應加勁。經計算橫隔板 32mm 厚 斜吊時最大正應力為 353MPagt;340MPa ，鋼梁應力高，應力超標位置多、范圍廣，懸臂拼裝方案不可行。

與懸臂拼裝方案相比，頂推施工臨時結構工程量更大，但鋼梁應力在可控范圍內，鋼梁加固用鋼量小。考慮鋼梁制造的經濟性及施工方案的可靠性，因此B匝道橋施工采用曲線頂推施工方案。

3頂推施工總體方案

3.1施工重難點

1）非直線頂推，鋼梁曲率半徑小，平曲線不斷變化：前期頂推的 BP1～BP5 鋼箱梁位于半徑 580m 的圓曲線上，后期頂推的BP5＼～BP7鋼箱梁位于曲率半徑從 580m 變化到 130m 的緩和曲線上。

鋼梁頂推前行過程中，鋼梁中心線會逐步偏移道路中心線，為減少鋼梁橫向偏移量，以BP1和BP7為端點，擬合一條半徑 580m 的標準圓曲線作為鋼梁頂推軌跡，步履式頂推器下方分配梁橫向寬度 ×2.1m ，用于左右移動，保證頂推過程中鋼梁主要承力部位為鋼箱梁斜腹板。

2）鋼梁縱坡大，前后段縱坡變化，豎曲線復雜：BP7＼～BP5縱坡 6% 縱坡為 2.13% 。每一孔的預拱度隨里程不斷變化，其中最大預拱度位于BP1＼～BP2跨中，為 71mm ；最小預拱度位于BP6＼～BP7跨中，為 16mm 。

頂推過程中，為減小抄墊高度和最大縱坡，以BP1和BP7為端點，擬合一條半徑為 8：200：m 的圓曲線，墊塊高度按照圓曲線擬合，考慮鋼梁預拱度后，最大抄墊高度 829mm ，頂推時根據鋼梁里程進行抄墊，按此圓曲線頂推，最大縱坡控制在 4% 以內。

3）箱梁底板橫坡 2% ，同一橫斷面內外側底板高差 174mm 。為降低頂推風險，減小施工難度，頂推時鋼箱梁不設置橫坡，頂推到位后，統一進行橫坡調整；

因此頂推過程中，支點與鋼箱梁接觸面只存在縱坡，頂推器縱坡由鞍座（可轉動 4% 調整，同時在墊塊頂面按坡度設置斜墊板并配橡膠皮。

3.2施工方案

B匝道BP7＼～BP1鋼箱梁采用龍門吊吊裝 + 步履式頂推施工方案。鋼箱梁由運梁車運送至取梁位置，龍門吊取梁后，將鋼梁旋轉 并吊裝至拼裝平臺拼裝，通過步履式頂推器沿半徑 580m 的圓曲線頂推至設計位置；鋼梁節段前端設 20m 長導梁，用于減小頂推過程中鋼箱梁應力，施工支架充分利用永久墩樁基施工平臺原有鋼管樁，僅在BP7＼～BP6之間新增部分鋼管樁，作為鋼梁節段拼裝平臺，頂推到位后，整體落梁至設計位置，龍門吊吊裝合龍段，完成鋼梁架設。見圖2。

3.3臨時支架結構設計

B匝道BP7＼～BP1鋼箱梁頂推，共設置7組施工支架Z1＼～Z7。支架Z1新增2組鋼管樁，其余支架均利用原有平臺樁接長布置。鋼管樁上設橫縱向分配梁，頂層分配梁上設250t步履式頂推器，用于鋼箱梁頂推。利用有限元分析軟件建立鋼箱梁、導梁及臨時支架空間計算模型，經計算頂推過程中最大支點反力為1727kN ，位于支架Z6前支點，此時鋼箱梁為整個頂推過程中的最大懸臂狀態，懸臂長度 36.8m 。

臨時支架設計時采用澳門法令與內地規范相結合，根據《屋宇結構及橋梁結構之安全及荷載規章》第56/96/M號法令第九條采用承載能力極限狀態法驗算結構強度和穩定性；根據JTG3363—2019《公路橋涵地基與基礎設計規范》3.0.6條采用正常使用極限狀態法驗算樁基承載力。基本荷載組合： 1.35× 結構自重 + 1.5× （壓力荷載 + 風載 +0.7× 水流力 +0.7× 波浪力）。正常使用荷載組合：結構自重 + 鋼梁荷載 ∣+ 風載 水流力 + 波浪力。

根據計算結果分析，臨時支架鋼管樁規格為φ1000mm×12mm ，與原平臺鋼管樁規格相同，連接系為φ 377mm×6mm和φ273mm×6mm2 種規格鋼管；分配梁根據各支架受力不同，同時為了匹配步履式頂推器及墊塊橫向移動的特性，分別采用 7HM588mm× 300mm，2HM588mm×300mm，2HN700mm×300mm 及 種形式，鋼管樁最大反力為1306kN ，原平臺鋼管樁設計承載力 1329kN ，滿足要求。

3.4導梁結構

頂推過程中臨時支架為充分利用原有平臺樁，同時盡可能利用鋼箱梁自身抗彎性能，通過分析頂推過程中無導梁、設置 15m 和 20m 長導梁時，各臨時支架鋼管樁反力、鋼箱梁應力及撓度，最終確定B匝道頂推時導梁長度為 20m 。鋼導梁為鋼板焊接形成的“工\"字形截面，中間設3道鋼管連接系，部分延長與導梁連接的鋼箱梁斜腹板和頂底板，與鋼導梁焊接形成箱形結構，以便于傳力。見圖3。

3.5頂推設備

B匝道橋鋼箱梁頂推共配備30臺套250t步履式頂推器，沿擬合圓曲線切線方向對應鋼箱梁斜腹板布置，橫向間距 8.075m ，在其頂部設 250mm 鋼墊梁，鋼墊梁與鋼箱梁底面之間采用鋼板抄墊，保證頂推過程中支點反力超過 1000kN 的斜腹板局部承壓長度為 ，小于 1000kN 的為800mm 。步履式頂推器安裝豎向和橫向位移傳感器，每2臺配置1臺液壓泵站，所有液壓泵站串聯一套智能頂推同步控制系統，以保證頂推過程中各點同步性。

3.6臨時連接措施

頂推過程中，B匝道第一聯與第二聯鋼箱梁之間需設置臨時連接，以保證頂推施工的連續性，由于兩聯之間最大間距 520mm ，腹板偏差為 7.5mm ，可直接連接兩聯之間的頂底板和腹板，鋼板厚度與鋼箱梁板件厚度相對應。兩聯鋼箱梁落梁至設計位置后，割除臨時連接。

3.7曲線鋼梁頂推施工工藝

3.7.1平曲線糾偏

在頂推施工過程中，鋼箱梁腹板隨著圓曲線軌跡運動，但兩聯鋼梁腹板平面曲線不同，位置不斷變化，頂推過程中需要對鋼箱梁橫橋向位置進行調整，當鋼箱梁橫橋向位置超出頂推器調整或墊塊支撐范圍時，采用拖拉裝置橫橋向調整頂推器和墊塊位置，使其始終位于斜腹板下方。見圖4。

3.7.2豎曲線糾偏

從立面看，頂推時鋼箱梁沿擬合豎曲線運動，為保證整個頂推過程為無應力頂推，采用數值模擬與智能控制系統相結合，進行豎曲線糾偏。頂推器豎向位移傳感器反饋豎向位移至智能控制系統，調整步履式千斤頂頂面標高與圓曲線重合，同時在頂推鋼箱梁上標記刻度，通過數值模擬分析其抄墊高度，現場操作時通過不斷調整抄墊高度，來實現豎曲線糾偏。

4鋼箱梁頂推過程計算分析

4.1鋼箱梁撓度及應力

通過建立有限元梁單元模型，將整個頂推過程分為19個工況，其中共有5次大懸臂狀態。通過計算分析，頂推過程中鋼箱梁最大組合應力遠低于Q420qD鋼材設計值 ，鋼箱梁受力滿足要求；最大撓度129.5mm ，滿足GB50017—2017《鋼結構設計標準》附錄B要求。見表1。

值得注意的是，曲線鋼箱梁尤其是小半徑曲線鋼箱梁在使用有限元模型計算時，區別于直線鋼箱梁頂推，需釋放扭轉彎矩，否則支反力、撓度、組合應力結果均偏小。

4.2鋼箱梁斜腹板局部穩定性

通過頂推全過程計算分析，鋼箱梁頂推時最大組合應力和剪應力均較小，但由于鋼箱梁采用斜腹板形式，腹板最大厚度為 16mm ，在頂推集中力作用下存在局部失穩問題；因此頂推過程中采取以下措施增加斜腹板穩定性：

1）鋼箱梁斜腹板與底板位置增設角隅加勁肋，間距 5

2）在斜腹板上增設通常橫向加勁肋；

3）步履式頂推器頂部設墊梁，將頂推器與腹板接觸長度延長至 1600mm 。

以此參數進行驗算，鋼箱梁斜腹板最大應力為241.2MPalt;375MPa ，橫隔板最大應力為 125.1MPalt;378MPa ，第一階失穩模態穩定系數為 5.04gt;4.0 ，均滿足要求。見圖5。

5頂推施工控制措施

頂推過程中，B匝道鋼箱梁線形、應力及頂推起頂力均在不斷變化。為保證施工過程中結構安全和穩定，滿足成橋后線形和結構內力的設計要求，頂推過程中采取必要措施，控制鋼箱梁線形、應力和頂推起頂力是必不可少的。

5.1線形控制

B匝道鋼箱梁曲線復雜、節段數量多，線形控制的關鍵主要體現在工廠加工精度、現場安裝精度及頂推過程中線形監控。通過三維數值模擬及頂推全過程仿真模擬，分析曲線鋼箱梁空間效應，精確轉換制造線形及三維加工坐標，鋼箱梁制造時考慮焊接收縮和溫度影響并進行胎架預拼；現場安裝時綜合溫度影響通過三維坐標定位鋼梁節段空間姿態，嚴格控制安裝誤差；頂推過程中，通過鋼箱梁節段頂面布置的測點，每 4m 進行一次通測，以確定糾偏數值，同時導梁前端布設位移傳感器，實時監測撓度變化，與理論計算數值進行對比，保證其在合理控制范圍內。

5.2頂推起頂力控制

頂推時，鋼箱梁以各頂推器作為支點形成連續梁，每個頂推行程的起頂力主要取決于連續梁跨徑及各頂推器相對起頂高度。為保證鋼箱梁頂推過程中的合理受力狀態，在步履式頂推器起頂裝置上安裝豎向位移傳感器集成于智能頂推控制系統，通過位移與壓力雙控，使頂推過程中的豎向力合理分配至各頂推器。

5.3應力控制

主要包括關鍵斷面鋼箱梁頂底板和斜腹板的應力及各頂推支點的局部應力控制。頂推時在關鍵斷面布置應變計，通過無線傳輸系統實時監測頂推過程中各關鍵斷面的應力變化，當監測斷面應力值超過預警值時，監控單位及時預警，分析原因并提出解決措施，保證結構安全。

6結語

澳門大橋B匝道橋半徑小、縱坡大、曲線復雜，采用多點同步步履式頂推施工，縮短了總體施工工期和大型浮吊租賃時間。平曲線和豎曲線模擬減小了頂推過程中橫向糾偏量及豎向抄墊高度，有效控制了鋼箱梁線形；三維數值模擬和施工全過程仿真分析提前預判線形調整措施和關鍵施工工況；實時監控和智能頂推控制系統合理控制了頂推起頂力，保障了施工安全。澳門大橋B匝道橋頂推已完成并通過成橋荷載試驗，整體線形及結構內力均滿足要求。

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