跨鐵路鋼箱梁全斷面懸空多點(diǎn)同步頂推施工技術(shù)

□文/王 雷 鄭 娜

跨鐵路鋼箱梁全斷面懸空多點(diǎn)同步頂推施工技術(shù)

□文/王 雷 鄭 娜

天津站樞紐工程李公樓立交橋主橋上跨既有4股運(yùn)營(yíng)鐵路，采用頂推法施工，一次性頂推長(zhǎng)度達(dá)到41 m。文章重點(diǎn)介紹跨鐵路28.9 m×41m鋼箱梁全斷面懸空多點(diǎn)同步頂推施工技術(shù)的具體研究與實(shí)施控制并對(duì)施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

鋼箱梁；跨鐵路；頂推施工

工程概況

天津站樞紐工程李公樓立交橋主橋（1#～4#墩）采用三跨連續(xù)坦拱鋼結(jié)構(gòu)形式，跨徑布置為51 m+55 m+51 m，全長(zhǎng)157 m，寬28.9 m。三跨分別上跨越既有京山鐵路、京秦快速鐵路、京津城際快速鐵路，主橋橋面為單箱多室鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.4 m，跨既有鐵路高跨比1/36.4，箱梁雙緣寬28.9 m，其寬跨比為1/1.76。

采用頂推法施工。根據(jù)橋梁與鐵路位置關(guān)系，一次性頂推41 m，由于連續(xù)鋼梁設(shè)計(jì)為雙幅聯(lián)體形式，28.9 m鋼箱梁全橫斷面采用三點(diǎn)同步頂推；同時(shí)，由于鐵路區(qū)間中間12 m段鐵軌上方有2道運(yùn)營(yíng)的27 kV高壓鐵路線，從技術(shù)安全方面中間段需要無(wú)平臺(tái)懸空頂推，懸空頂推距離為2 m。

箱梁頂推準(zhǔn)備

滑道及側(cè)向限位

滑道及側(cè)向限位是鋼箱梁平穩(wěn)安全滑移的保證。其控制因素包括滑道標(biāo)高、平整精確度、側(cè)向限位安裝等。施工時(shí)計(jì)算出滑道頂標(biāo)高，進(jìn)行測(cè)量精確控制，要求平整度偏差＜1 mm；側(cè)向限位系統(tǒng)及時(shí)正確安裝。

滑道材料選用36 b槽鋼，全橋共設(shè)置3道?；劳ㄟ^(guò)筋板焊接固定在支撐工字鋼分配梁上，跨越京山上行正線和下行14道鐵路12 m段有27 kV高壓接觸網(wǎng)

處不設(shè)置滑道，其他范圍滑道連續(xù)布置，見(jiàn)圖1。

側(cè)向限位采用滾輪式裝置，每隔6 m成對(duì)安裝于鋼梁兩側(cè)的Ⅰ32#工字鋼分配梁上并與之焊接牢固。滾輪與主梁邊留出3 cm間隙。見(jiàn)圖2。

在1#墩處設(shè)置剛性限位支架（迎面附帖一層1 cm厚橡膠），限位支架擋板位置根據(jù)設(shè)計(jì)鋼梁就位位置確定，防止梁體頂推超限。

滑靴設(shè)置

滑靴采用H型鋼制作，為保證頂推過(guò)程中滑靴的剛度，在H型鋼兩側(cè)焊接30 mm厚鋼立板，使之成為箱盒狀，上頂面通過(guò)墊塊與鋼箱梁固定成一體，組成滑動(dòng)體系?；ピO(shè)計(jì)為2.5 m一節(jié)，梁底下每節(jié)滑靴距離控制在3 m，根據(jù)就位后鋼梁位置關(guān)系，高壓接觸網(wǎng)處不再布置滑靴。

頂推動(dòng)力裝置

頂推裝置是連續(xù)頂推系統(tǒng)，由1套主控系統(tǒng)、3套泵站系統(tǒng)及所對(duì)應(yīng)千斤頂?shù)刃∠到y(tǒng)構(gòu)成。頂推系統(tǒng)的控制包括后背反力架、千斤頂安裝及調(diào)試、頂鐵安裝及穩(wěn)定等。后背反力架安裝固定時(shí)必須精確定位，否則影響千斤頂?shù)陌惭b。

跨越京山鐵路頂推箱體長(zhǎng)度為41 m，頂推質(zhì)量為627.13 t，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Σ料禂?shù)取0.15，總推力為941 kN，動(dòng)力選用3臺(tái)等推力雙行程液壓千斤頂，同步頂推。每次頂進(jìn)2.5 m，頂推速度為15 cm/min。頂推千斤頂放置在固定的拖排內(nèi)，拖排與鋼箱梁下滑靴固定。

反力架采用型鋼制作。分別與支架縱梁（I36）、分配梁（I32）及滑道（[36b）固定，在頂座對(duì)應(yīng)位置設(shè)置（焊接）雙拼I32做橫梁，使反力架受力均衡。

頂推采用φ325 mm×10 mm鋼管作頂鐵，逐步加設(shè)，頂鐵兩端采用螺栓連接，用抱箍將頂鐵固定在分配梁上，每1 m一道，頂鐵軸向可位移。

頂推內(nèi)力分析，見(jiàn)圖3。

由于反力架與滑道、支撐體焊接固定成一體。

對(duì)于支架：N=f＇

對(duì)于橋面系：F=f

因此下部支架、橋面系受力平衡，所以在頂推過(guò)程中，受力均為頂推體系內(nèi)力。

鋼箱梁頂推

頂推施工

采用三點(diǎn)頂推，分級(jí)調(diào)壓，集中控制的方法進(jìn)行頂推施工。三點(diǎn)頂推是在對(duì)應(yīng)鋼箱梁28.9 m寬全斷面的兩邊一中三道縱梁下25 cm處設(shè)置動(dòng)力水平千斤頂；分散調(diào)壓則是液壓站上安裝3個(gè)電磁換向閥，控制油壓不超過(guò)容許范圍；集中控制是通過(guò)頂推總控臺(tái)與3個(gè)液壓站的分控制并聯(lián)進(jìn)行操作。

靜阻系數(shù)按17%，動(dòng)力摩阻系數(shù)按15%，根據(jù)手工況各支點(diǎn)反力來(lái)預(yù)計(jì)水平頂推的出力噸位。三頂推點(diǎn)準(zhǔn)備就緒將信號(hào)送回主控臺(tái)，通過(guò)主控臺(tái)發(fā)出頂推指令，然后根據(jù)逐漸加大施力噸位，直到梁體開(kāi)始前移，啟動(dòng)后摩阻系數(shù)下降，摩擦力減小，此時(shí)適當(dāng)降低三點(diǎn)千斤頂?shù)某隽Φ燃?jí)來(lái)適應(yīng)摩擦力的變化，使梁體平衡地向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)同步頂推。

（1）界外頂推。在鐵路限界外的剛性組裝平臺(tái)上頂推41 m段箱梁，鐵路線界外頂推10 m至京山下行正線界外，檢查頂推體系及支架安全性，為正式頂推跨鐵路積累經(jīng)驗(yàn)。

（2）頂推過(guò)京山下行正線。在平臺(tái)上頂推10 m，使梁端跨越至京山下行正線，更換4次頂鐵。

（3）懸空無(wú)平臺(tái)頂推過(guò)京山上行正線和下行14道線。繼續(xù)頂推至京山上行正線和下行14道限界處（距離軌道外線2 m）等候鐵路部門(mén)要點(diǎn)頂推，點(diǎn)內(nèi)一次性懸空頂推12 m。此過(guò)程中以兩點(diǎn)支撐一點(diǎn)懸挑為懸臂頂推起點(diǎn)，以跨越鐵道后兩點(diǎn)支撐一點(diǎn)懸挑為懸臂頂推終點(diǎn)。懸臂頂推距離12 m，更換頂鐵4次，頂推時(shí)間3.5 h。

為了保證懸空頂推后順利到達(dá)接應(yīng)滑道內(nèi)，首先根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)縱向高程關(guān)系，確定懸空初始點(diǎn)滑道高程和懸空終點(diǎn)滑道（即接應(yīng)滑道）高程，在懸空終點(diǎn)滑道面高程基礎(chǔ)上再降低5 cm的意外撓度值（理論計(jì)算最大撓度為2.42 cm，綜合施工實(shí)際因素，確定5 cm的意外撓度值），同時(shí)鋼箱梁前端梁下固定的首節(jié)滑靴前進(jìn)端作成船頭坡型，這樣更便于接順進(jìn)入滑道。

（4）頂推過(guò)礦二線。平臺(tái)上頂推鋼梁跨越礦二線，直至設(shè)計(jì)位置。

測(cè)量控制

梁體頂推過(guò)程中，測(cè)量控制因素主要是梁體中心線及各墩頂偏位。隨著梁體的推進(jìn)，側(cè)向限位控制其中心線偏位在10 mm以內(nèi)，控制各千斤頂同步頂推，各墩頂?shù)钠痪谠O(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。箱梁頂進(jìn)時(shí)，測(cè)量人員跟蹤監(jiān)測(cè)鋼梁的偏位及梁體中心線位置，當(dāng)中心線偏移時(shí)，及時(shí)利用側(cè)向限位調(diào)整，然后將其鎖定。在頂推過(guò)程中對(duì)墩頂瞬間偏位的觀測(cè)尤為重要，一旦墩頂瞬間偏位超過(guò)設(shè)計(jì)值需立即停止施力，重新調(diào)整各墩頂施力分布，以保證各墩的偏位滿足設(shè)計(jì)要求。

頂推施工注意事項(xiàng)

（1）保證懸空頂推成功，最重要的是接應(yīng)段滑道位置的確定，其軸線、高程必須精確，尤其是高程，一旦確定有誤，容易造成梁體頂撞滑道或高懸。

（2）每次頂推必須對(duì)頂推的梁段中線和各滑道頂?shù)臉?biāo)高進(jìn)行測(cè)量并控制在允許范圍以內(nèi)。導(dǎo)梁中線偏差≯2.0 mm；梁體中線偏差≯2.0 mm；相鄰兩跨支點(diǎn)同側(cè)的滑移裝置頂面高差±1.0 mm；同墩兩支點(diǎn)滑移裝置頂面高差±0.5 mm。

（3）頂推過(guò)程中，隨梁體前移，三道滑道前方及兩個(gè)側(cè)面專人觀察頂進(jìn)位移情況。

（4）滑道表面應(yīng)保持清潔，涂潤(rùn)滑用的硅脂（采用優(yōu)質(zhì)黃油）以減少摩擦，涂潤(rùn)厚度不宜太厚和太薄，可控制在1 mm左右。

（5）整體開(kāi)始頂推時(shí)，先推進(jìn)10 cm，立即停止，回油，再推進(jìn)10 cm，再停止，回油，如此反復(fù)，以松動(dòng)各滑動(dòng)面并檢查各部分設(shè)施，然后正式頂推。

（6）頂推時(shí)，如果滑靴、滑道有變形、松動(dòng)等情況發(fā)生，應(yīng)立即停止頂推，進(jìn)行焊接打磨處理。

（7）滑道安裝的精度、剛度、平整度對(duì)頂推梁施工起很關(guān)鍵的作用。在頂推過(guò)程中對(duì)梁體受力及摩阻力的變化都有直接影響，因此在安裝過(guò)程中要保證其精確位置（滑道受力面應(yīng)與箱梁縱梁下固定的滑靴寬度重合），具有足夠的剛度和平整度。

（8）位移觀測(cè)主要是梁體的中線偏移和垂直向偏移，采用的辦法是根據(jù)設(shè)計(jì)允許偏位作為最大偏位值，換算坐標(biāo)，從施力開(kāi)始到梁體開(kāi)始移動(dòng)連續(xù)觀測(cè)，一旦位移超過(guò)最大值則立即停止施力，重新調(diào)整各墩施力分布。

（9）施加頂推力必須要同步、勻速，這是頂推成功的關(guān)鍵。推頂千斤頂使用之前按要求進(jìn)行標(biāo)定，所有千斤頂由一個(gè)總控臺(tái)來(lái)控制并且輸送油管距離要基本相同，可實(shí)現(xiàn)同步作業(yè)。

結(jié)語(yǔ)

采用全斷面懸空多點(diǎn)同步頂推施工技術(shù)，成功的將28.9 m×41 m的整體鋼箱梁一次性安全跨越運(yùn)營(yíng)鐵路，頂推就位實(shí)現(xiàn)中心軸線位移-8 mm，中線高程偏差+4.5 mm，就位質(zhì)量高；尤其是中間12 m段無(wú)平臺(tái)懸空頂推技術(shù)的應(yīng)用，給以后有類似狀況的工程提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)，施工中采用的“三點(diǎn)頂推，分級(jí)調(diào)壓，集中控制”方法有效保證了整體鋼箱梁的頂推就位質(zhì)量。

[1]劉爾烈.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001.

[2]戴成元，郭永軍.荷載作用下橋梁撓度可靠性評(píng)估模擬分析[J].北方交通，2006，（10）：54-56.

[3]劉 彤，劉國(guó)寧，劉元杰，等.非線性有限元軟件ADINA最新進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，2001，（12）：70-71.

[4]GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

□鄭 娜/天津市九河市政工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司。

U445.462

C

1008-3197（2010）06-48-03

2010-09-29

王 雷/男，1982年出生，助理工程師，天津城投建設(shè)有限公司，從事工程管理工作。