跨多線并行營運鐵路1-63 m鋼箱梁頂推施工研究

靳江海

（中鐵十七局集團有限公司 山西太原 030006）

1 引言

為保證運輸絕對安全，頂推施工在上跨鐵路線時一般鐵路局都要求要點施工，而且點內(nèi)必須把導(dǎo)梁落到臨時支墩上。受要點時長限制，臨時支墩的間距一般不能超過20 m。楚大高速公路在與廣大鐵路交叉處，需要跨越5條并行營業(yè)線，線間不具備設(shè)置臨時支墩的條件，因此該橋在跨越鐵路處的臨時支墩凈距達到52.75 m，這在跨鐵路營運線橋梁頂推施工中尚屬首次。

2 工程概況

楚大高速公路采用1-63 m鋼箱梁跨越并行5條鐵路線，梁體設(shè)計為單箱五室簡支正交結(jié)構(gòu)（見圖1），分左右兩幅，縱向等梁高布置，每幅重1 041 t。

圖1 箱梁及拼裝平臺橫斷面（單位：mm）

箱梁頂面寬24.5 m，梁高3.3 m，橋面縱坡1.5%，頂、底面橫坡2%。橫向共設(shè)6道縱隔板，縱隔板間距4.1 m，板厚一般為14 mm，在梁端加厚至20 mm；豎向設(shè)2道（200×20）mm板式加勁肋。橫隔板厚16 mm，垂直布置，間距3 m，中部設(shè)人孔。

箱梁頂板厚分別為24mm、16mm及20mm，下設(shè)U形和板式加勁肋，U形加勁肋板厚8 mm，板式加勁肋（200×20）mm。

箱梁底板厚24 mm和20 mm，設(shè)U形加勁肋，U形加勁肋板厚8 mm。

為方便加工運輸，每幅箱梁分為 GL1～GL5 5個梁段，梁段長度分別為12.92 m、12 m、13 m、12 m、12.92 m。箱梁設(shè)92.9 mm向上預(yù)拱度［1］。

3 方案選擇

施工期間新建廣大客專處于聯(lián)調(diào)聯(lián)試期，要點相對方便，可以在既有廣大鐵路要點前頂推至營業(yè)線附近，這時導(dǎo)梁距L2臨時支墩20 m。目前所用的頂推施工方法中，三維千斤頂或步履千斤頂頂推雖然成本低，施工可控性好，但4 m/h的施工速度很難滿足要點施工要求［2］；而連續(xù)千斤頂拖拉法施工速度可以達到8 m/h，理論上3 h內(nèi)可以完成導(dǎo)梁上墩任務(wù)，因此本橋選擇了連續(xù)千斤頂拖拉法頂推施工方案。

4 臨時設(shè)施

4.1 臨時墩

在Y27#、Y28#墩側(cè)分別設(shè)置L1和L2兩個臨時支墩，其中L1支墩做頂推千斤頂支撐結(jié)構(gòu)。

臨時墩自上而下依次為滑道梁、滑道大梁（2HN1000×300 mm型鋼）、橫梁（2HN1000×300 mm型鋼）、鋼管柱（φ1 200×14 mm鋼管）、聯(lián)接系（橫桿采用 φ630×10 mm鋼管，斜桿采用 φ273×8 mm鋼管）、鋼筋混凝土鉆孔樁基礎(chǔ)（φ1 000 mm）（見圖2）。

圖2 臨時墩及拼裝平臺縱向布置（單位：m）

滑道梁頂面尺寸（3 000×640）mm，上面焊接2 mm厚不銹鋼板，表面粗糙度小于Ra12.5μm?；懒号c梁底間設(shè)（300×400×30）mm的MGE板做為滑塊，其抗壓強度不低于30 MPa，不銹鋼鋼板和滑塊間涂抹硅脂油［3-5］。

為保證頂推過程中MGE板滑塊能夠順利進入滑道與梁底間，滑道兩端做成圓弧形斜面，MGE板上部切（20×50）mm的倒角。

4.2 拼裝平臺

拼裝平臺自上而下依次為拼裝墊塊（滑靴）、滑道大梁（HN700×300 mm型鋼）、滑道分配梁（HW300×300 mm型鋼）、貝雷梁、柱頂分配梁（HN700×300 mm型鋼）、鋼管柱（φ630×14 mm）、聯(lián)接系（φ273×8 mm）、基礎(chǔ)等（見圖2）。

滑道大梁安裝平整度控制在3 mm/m內(nèi)，頂面焊接2 mm厚不銹鋼板。為防止影響滑靴移動，焊縫需要打磨平順。滑道分配梁橫橋向布置在貝雷梁上，與貝雷梁通過U型螺栓固定。貝雷梁順橋向布置在鋼管柱頂?shù)姆峙淞荷?，焊接限位裝置與分配梁固定，貝雷梁下部每2 m設(shè)置一道 10橫聯(lián)型鋼。鋼管柱頂分配梁橫橋向布置在鋼管柱上，設(shè)置加勁板與鋼管柱連接。鋼管柱除關(guān)鳳大道路面上采用鋼筋混凝土擴大基礎(chǔ)外，其余均采用打入鋼管樁基礎(chǔ)［6］。

4.3 導(dǎo)梁

前導(dǎo)梁為組焊件，全長38.5 m，由兩片變高度工字形鋼板梁組成，橫向中心距12.3 m，根部與腹板相連，高度與鋼箱梁對應(yīng)一致。前端3 m范圍內(nèi)的底板設(shè)置1∶4縱坡，以便于導(dǎo)梁上墩。

為了運輸和拼裝方便，導(dǎo)梁縱向分成4段，腹板和頂板采用高強度螺栓連接，底板采用等強搭接焊。工字形鋼梁前段（0～11.9 m）頂、底、腹板厚度16 mm，翼板寬度500 mm；中段（11.9～22.0 m）頂、底板厚度28mm，腹板厚度24 mm，翼板寬度500～1 060mm；后段（22～38.5m）頂、底板厚度44mm，腹板厚度24mm，翼板寬度1 060 mm。腹板上設(shè)置12 mm、16 mm、20 mm厚的橫向加勁肋和縱向加勁肋。兩片前導(dǎo)梁之間用φ351 mm鋼管組成橫聯(lián)和平聯(lián)連接［7-8］。

后導(dǎo)梁為組焊件，全長8 m，由兩片等高度工字形鋼板梁組成，橫向中心距12.3m，頂、底板厚度44 mm，腹板厚度24 mm，翼板寬度1 060 mm。腹板上設(shè)置20 mm厚的橫向加勁肋和縱向加勁肋。兩片導(dǎo)梁間用φ351 mm鋼管組成橫聯(lián)和平聯(lián)連接。

前后導(dǎo)梁頂板、底板、腹板及加勁肋為Q345B鋼材，平聯(lián)、橫聯(lián)及法蘭接頭為Q235B鋼材。導(dǎo)梁各桿件在工廠加工制造好后，汽車運輸?shù)浆F(xiàn)場拼接，單幅橋一套導(dǎo)梁總重156.1 t。

5 頂推過程結(jié)構(gòu)受力及變形分析

頂推過程的結(jié)構(gòu)受力及變形采用MIDASCIVIL軟件進行模擬計算。

5.1 前導(dǎo)梁應(yīng)力及變形

頂推過程中前導(dǎo)梁最大應(yīng)力為82.2 MPa（見圖3），最大下?lián)衔灰?29.2 mm（見圖4）。

圖3 前導(dǎo)梁最大應(yīng)力云圖

圖4 前導(dǎo)梁最大位移云圖

5.2 后導(dǎo)梁應(yīng)力及變形

頂推過程中后導(dǎo)梁最大應(yīng)力為49.3 MPa（見圖5），最大下?lián)现?3.2 mm（見圖6）。

圖5 后導(dǎo)梁最大應(yīng)力云圖

圖6 后導(dǎo)梁最大位移云圖

5.3 鋼箱梁應(yīng)力及變形

頂推過程中鋼箱梁最大應(yīng)力為36.7 MPa（見圖7），最大下?lián)衔灰?4.7 mm（見圖8）。

圖7 鋼箱梁最大應(yīng)力云圖

圖8 鋼箱梁最大位移云圖

5.4 抗傾覆安全系數(shù)

前導(dǎo)梁前端最大懸臂54.5 m時為最不利狀態(tài)，縱向抗傾覆安全系數(shù)為2.0。

6 頂推施工控制措施

6.1 頂推施工控制關(guān)鍵點

（1）兩個連續(xù)千斤頂要控制在同一水平面內(nèi)。

（2）頂推前對導(dǎo)梁安裝情況進行檢查驗收，重點檢查連接部位是否符合設(shè)計要求。

（3）開始頂推時，先推進5 cm，然后停止、回油，再推進5 cm，再停止、回油，反復(fù)操作2～3次，以松動滑動面并檢查各部分設(shè)施，一切正常后再正式頂推。

（4）最后1 m頂推時采用小行程點動，控制縱移速度。

（5）頂推過程中若發(fā)現(xiàn)頂推力驟升，及時停止并檢查原因。

（6）頂推過程中派專人檢查導(dǎo)梁及鋼箱梁，如果導(dǎo)梁構(gòu)件有變形、導(dǎo)梁與鋼梁連結(jié)處有變形或鋼梁局部變形等情況發(fā)生時，立即停止頂推，進行分析處理。

（7）頂推施工分為滑靴拆除、滑塊安裝與糾偏、千斤頂控制、線形及內(nèi)力監(jiān)控和安全巡視幾個小組，各小組與總指揮建立單線聯(lián)系，統(tǒng)一聽從總指揮的命令［9-10］。

6.2 限位與糾偏

尾端橫向限位：滑靴上設(shè)置5 cm高的卡槽，卡槽安裝到滑道上，與滑道橫向保留2 cm間距。

前端橫向限位：在L1和L2臨時墩上設(shè)置滾輪，卡住梁底兩側(cè)，滾輪與梁底間保留2 cm的間距。

主動糾偏措施：在L1和L2墩上用100 t液壓千斤頂分別頂導(dǎo)梁和箱梁底板進行糾偏［11］。

6.3 頂推過程監(jiān)測

本橋施工過程中存在多次體系轉(zhuǎn)換，頂推階段梁體的應(yīng)力變化幅度大，頂推過程中對前后導(dǎo)梁、鋼箱梁、臨時墩的應(yīng)力及變形應(yīng)進行跟蹤監(jiān)測［12］。

（1）應(yīng)力、變形監(jiān)測

監(jiān)測前后導(dǎo)梁、鋼箱梁及臨時墩的應(yīng)力及位移變化情況，如果發(fā)現(xiàn)超標現(xiàn)象停止頂推，分析原因后再繼續(xù)施工。監(jiān)測內(nèi)容見表1。

表1 頂推過程監(jiān)控內(nèi)容

（2）橫向偏移監(jiān)測

橫向偏移監(jiān)測主要是防止梁體腹板超出滑道梁范圍，因此根據(jù)縱肋的位置在梁底標畫橫向偏移警戒線。一旦橫向偏移達到警戒線，及時采取主動糾偏措施。

6.4 落梁

鋼箱梁頂推到位后，先用汽車吊拆除導(dǎo)梁和影響落梁的臨時支墩，然后進行落梁。

該橋采取的是水平頂推方案，因此Y27#、Y28#墩的落梁高度分別為2 160 mm和1 220 mm。落梁時采用4臺800 t千斤頂，先行下降1 000 mm，再將Y27#墩落梁到距支座頂約200 mm處，然后調(diào)整梁的縱橫方向和橫向坡度，最后將梁落到支座上，灌注支座砂漿，完成落梁。

每個墩上的兩臺千斤頂使用智能平臺控制同時降落。為確保安全，每次降落高度不超過50 mm。臨時支撐柱采用φ800×12 mm鋼管，分為500 mm和100 mm兩種高度，臨時支撐柱配合千斤頂交替下落，直至全橋落梁完成。

落梁支撐柱的加工精度要嚴格控制，以免落梁過程中四點偏差過大，影響梁體的受力和支撐柱的安全。

7 經(jīng)驗和教訓(xùn)

（1）MIDASCIVIL模型計算的應(yīng)力和變形與現(xiàn)場實測情況基本一致，MIDASCIVIL軟件適用于大跨度頂推施工檢算。

（2）梁體頂推施工過程中不可避免會出現(xiàn)橫向偏移問題，對于懸臂大的頂推梁，前導(dǎo)梁設(shè)計時必須考慮橫向糾偏措施影響；另外大跨度懸臂導(dǎo)梁下?lián)狭看?，上墩需要頂力也較大，設(shè)計時應(yīng)驗算該力對導(dǎo)梁的影響，以免影響導(dǎo)梁的安全。

（3）MGE板滑塊受力后存在一定壓縮量，隨著滑道梁受力的增大，后續(xù)滑板進入梁底與滑道間非常困難，經(jīng)常需要起梁，影響頂推速度。2 mm不銹鋼板搭接方便，容易進入梁底與四氟乙烯滑板間，建議今后類似工程中滑道采取MGE板在下固定、不銹鋼板在上做滑塊方案。

（4）頂推施工無論主動糾偏，還是被動糾偏，都必須明確糾偏力的大小，以便配置設(shè)備。糾偏力應(yīng)該是使梁體產(chǎn)生橫向移動時所需要的力，也就是支點最大力與滑塊摩擦力的乘積。

（5）拖拉法頂推有較大水平力，對臨時支墩的要求比三維千斤頂或履帶式千斤頂頂推方法要高，成本大。同時拖拉法對于梁底變高和臨時支撐沉降的適應(yīng)能力差，滑移過程中極易損傷梁底。如果頂推時間不受限制，建議優(yōu)先選用三維千斤頂頂推方案。