跨鐵路整體鋼箱梁頂推豎向變形控制技術

焦亞萌，李 輝

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司橋梁工程設計研究院，北京 100055)

跨鐵路整體鋼箱梁頂推豎向變形控制技術

焦亞萌，李 輝

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司橋梁工程設計研究院，北京 100055)

結合豐雙鐵路分離式立交橋工程實踐，重點介紹在連續(xù)鋼箱梁頂推過程計算中對梁底不平順的一種簡單準確的處理方式，通過對比監(jiān)控數(shù)據(jù)，驗證了這種處理方式計算豎向變形的準確性。同時介紹本橋設計中對頂推豎向變形控制采取的一系列措施，從而保證了特殊情況下主梁跨越最大跨度后順利上墩，也對多箱式鋼箱梁整體頂推中的一些問題進行反思和探討，以期在其他類似工程中加以借鑒。

整體鋼箱梁;多箱式;頂推;變形控制;

1 項目背景

豐雙鐵路分離式立交橋是廣渠路市政工程中的控制性工程之一，該橋連續(xù)跨越百東、百星、豐雙鐵路，其中百星、豐雙均為電氣化鐵路，運輸繁忙。結合橋下鐵路運營要求及工程實際、場地情況［1－2］，經(jīng)過多次方案論證與審查，最終確定該橋采用(30+45+31)m連續(xù)鋼箱梁方案。本橋的平、立面見圖1。

圖1 平、立面布置(單位:m)

2 工程概況

上部結構橫橋向為4片小鋼箱梁組成的整體鋼箱梁形式。橫向斷面見圖2。4片鋼箱梁梁底高程一致，跨中標準截面中心線處梁高2.05m，箱梁頂板為正交異形鋼橋面板，設1.5%的雙向排水坡。

圖2 箱梁斷面布置(單位:m)

下部結構采用雙柱接蓋梁形式。蓋梁采用預應力結構，長28.4m，高2.6m。墩柱截面尺寸為2m×1.8 m，間距受地下管線影響，分別采用12m和13m。樁基采用8根φ1.5m的樁。

圖3 頂推步驟

3 頂推施工

為降低施工難度，盡量減小對鐵路運營影響，本橋采用分節(jié)段拼裝(縱向5段)，多次單點頂推的施工方法，頂推最大質量1 800 t，頂推總距離100m。主要的頂推步驟如下:(1)在臨時支墩上拼裝C、D、E段鋼梁和鋼導梁;(2)向前頂推44m，導梁前端跨過47號墩;(3)暫停頂推，拼裝B段鋼梁;(4)繼續(xù)向前頂推56 m，到達成橋位置，頂推結束;(5)最后拼裝剩余的A段鋼梁。主要頂推步驟見圖3。

由于跨越電氣化鐵路，梁底距離接觸網(wǎng)線最小距離僅為1.42m，在設計中必須嚴格準確地控制橋梁線形，確保下方鐵路運營安全。

3.1 對梁底不平順的處理

本橋位于0.4%上坡段和0.8%下坡段之間，半徑R=10 000m的豎曲線上，最高點與最低點高差134 mm，并且由于鋼結構剛度較小，根據(jù)成橋計算結果本橋跨中設置了67mm的預拱度，合計最大高差達201 mm，見圖4，準確控制變形必須考慮梁底不平順因素。

圖4 梁底線形(單位:mm)

3.1.1 一般工程施工中消除梁底不平順的方法

為簡化設計，一般均是在設計中按梁底平順考慮，而在實際施工中通過工程措施來消除梁底不平順。工程常見的有以下3種處理措施。

(1)采用豎向起頂裝置調(diào)高方式，即每個臨時墩采用2套千斤頂，豎向千斤頂將頂推主梁起頂，再用水平千斤頂頂著豎向千斤頂前進。通過豎向千斤頂不同頂程來消除梁底不平順。這種方式需要2套千斤頂不斷循環(huán)往復。頂推速度慢。早期多點頂推即為這種方式［3］。

(2)各臨時墩墩頂設置可調(diào)高裝置。例如杭州江東大橋等［4－5］。

(3)用輔助結構將梁底墊平一起頂推，頂推結束后，拆除輔助結構。例如通惠河橋和廣北立交橋等［6－9］。

前2種方式由于涉及到調(diào)整高程，所以頂推速度都很慢，不適合跨越運輸繁忙的鐵路干線，第3種方式，由于頂推結束后要拆除輔助結構，勢必要影響電氣化鐵路繁忙的運營，因此也不適用。

3.1.2 本橋對梁底不平順的計算模擬

鑒于本橋特殊情況，不適合通過上述工程措施來消除梁底不平順，要想精確控制鋼箱梁的頂推變形，必須在計算中對由于梁底不平順而產(chǎn)生的結構受力及變形影響進行準確分析［10－12］。

本橋在頂推模型計算中采取了如下措施，簡單方便在計算中準確模擬梁底的不平順狀態(tài)，準確真實地反映了各個臨時墩的實際支承情況，以及各個階段主梁的內(nèi)力與變形。模型見圖5。

(1)將本橋豎向頂推軌跡，即每個臨時墩頂高程設置于R=10 000m的豎曲線上，這樣在計算時可僅考慮由于預拱引起的高差。

(2)梁水平直線建立梁單元，在主梁每個節(jié)點下方，新建固定約束的節(jié)點模擬支承，主梁節(jié)點和對應下方的固定約束的節(jié)點通過彈性連接相連，不同頂推階段，激活和鈍化相應的彈性連接來模擬實際支撐情況。

(3)將下方固定約束的節(jié)點，按照主梁梁底的線形，僅在頂推最初階段施加反方向的強制位移。在后續(xù)的各個階段，強制位移值保持不變。

程序計算結果為變形值，綜合考慮頂推軌跡的豎曲線修正后，可以得到主梁各點的絕對位移值。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，頂推最大跨度時，測量的導梁前端撓度值平均值與理論計算值比較見表1。從表1可以看出，理論計算值與實測值吻合很好，也驗證這種處理方式的可行性。

表1 導梁前端撓度實測值與理論值比較 mm

3.2 保證導梁順利上墩措施

根據(jù)計算結果，導梁前端在最大懸臂狀態(tài)時，豎向位移為414mm，為保證導梁前端能順利上墩，設計中對導梁做如下優(yōu)化。

(1)將導梁前端設置200mm的預拱度。沿拋物線變化至導梁中部。當然，與前面的處理方法相同，在計算時也把這部分預拱按強制位移反向施加于下方的固定約束上。

(2)在導梁前端設置800mm×300mm的倒角。見圖6。

圖6 導梁前端優(yōu)化(單位:mm)

通過以上兩方面優(yōu)化，使導梁前端高于臨時墩頂500mm。從理論上可以保證導梁順利上墩。同時，為防止由于施工誤差，連接變形過大或其他不確定原因造成的實際變形超出設計值，設計中還增設一些輔助措施，作為安全儲備措施。

(1)將墩頂滑道接觸面設計為半徑200mm倒角，方便導梁上墩。見圖7。

圖7 滑道倒角(單位:mm)

(2)在兩片導梁間增設輔助起頂裝置，一旦出現(xiàn)導梁上不去墩的情況，可以利用輔助起頂裝置將導梁頂上臨時墩頂。見圖8。

圖8 導梁前端輔助起頂裝置

4 結論與建議

2012年12月，主梁在頂推42m之后順利爬上47號墩，在頂推100m后準確就位。頂推工程順利結束。

(1)本文提供了一種在程序中準確模擬梁底不平順影響的措施，方便簡單，能夠準確反映出頂推施工過程中由于梁底不平順所引起的變形、內(nèi)力情況。

(2)設計中對導梁前端結構優(yōu)化，保證了主梁的上墩，并且要留有一定安全儲備措施，以防止意外情況發(fā)生。

(3)本橋橫向為4片鋼箱梁，對應每個腹板下方設置了8條滑道，橫向支撐點設置過多容易導致各滑道間支承反力不均衡，在今后的設計中可考慮通過加強橫向連接的方式減少滑道的數(shù)量。

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Vertical Deformation Control Technology of W hole Steel Box Girder Crossing above Railway Lines by Incremental Launching Construction M ethod

JIAO Ya-meng，LIHui

(Bridge Engineering Design and Research Institute，China Railway Engineering Consulting Group Co．，Ltd．，Beijing 100055，China)

In combination with engineering practice of the overpass bridge above the Fengtai-Shuangqiao Railway，this paper emphatically introduced a simple and accurate handling way to simulate the bottom unevenness of the continuous steel box girder during the calculation of incremental launching process．Afterwards，in comparison with monitoring data，the accuracy of vertical deformation calculation by this handling way was verified．At the same time，this paper demonstrated a series ofmeasures about how to control the vertical deformation during the design of incremental launching process for this bridge．As a result，these measures were so effective that the main girder could be installed upon bridge piers successfully after crossing the maximum span under special circumstance．Moreover， this paper introspected and discussed some problems in the design of incremental launching process of steelmultibox girder，in the hope of serving as a reference for other similar projects．

whole steel box girder;multi-box;incremental launching;deformation control

U445.462

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．018

1004－2954(2014)03－0076－04

2013－04－28

焦亞萌(1981—)，男，高級工程師，2006年畢業(yè)于北京交通大學橋梁與隧道工程專業(yè)，工學碩士，E-mail:cecqlyjym@126．com。