鐵路大跨徑鋼桁梁步履式頂推施工技術(shù)的探討

劉明

摘? 要：漠陽江特大橋134m鋼桁梁是目前國內(nèi)鐵路跨徑最大的雙線有砟簡支鋼桁梁，由于跨徑較大，且漠陽江為四級(jí)航道，使用步履式頂推施工工藝避免了航道對施工的影響，且拼裝場地較為固定，提高了設(shè)備利用率，縮短了工期，提高了施工安全系數(shù)。

關(guān)鍵詞：鐵路;大跨徑鋼桁梁;步履式頂推

中圖分類號(hào)：U445.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0148-03

Abstract： The 134m steel truss beam of Moyang River Bridge is the largest double-track ballastless simply supported steel truss beam with the largest railway span in China. Due to the large span and the fourth-stage waterway of Moyang River， the influence of the waterway on the construction is avoided using the stepping jacking construction technology. And the assembling site is relatively fixed， which improves the utilization rate of equipment， shortens the construction period and improves the construction safety factor.

Keywords： railway; long-span steel truss; walking jacking

1 工程概況

1.1 工程簡介

漠陽江特大橋61#～62#為1-134m下承式鋼桁梁跨越漠陽江航線，河流與線路大里程夾角為68°，主跨兩側(cè)60#～61#、62#～63#分別為1-64m簡支箱梁。橋型布置見圖1。

本梁為雙線134m無豎桿整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角桁架下承式簡支鋼桁梁，計(jì)算跨度134m，梁全長136.6m。

1.2 工程特點(diǎn)

1.2.1 漠陽江特大橋134m鋼桁梁跨漠陽江航道，施工過程中不能影響運(yùn)營。

1.2.2 施工場地有限，對桿件存放、預(yù)拼、吊裝等有較大限制。

1.2.3 鋼桁梁主體工程重量為2864.94噸，共分10個(gè)節(jié)段，平均每節(jié)段重量為286噸，其中E4下弦桿重達(dá)42.923噸，對起重設(shè)備有較高要求。

2 施工工藝選擇

基于大跨徑鋼桁梁施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程特點(diǎn)，擬對浮拖法、拖拉式頂推法、步履式頂推法等施工工藝進(jìn)行比選。

2.1 浮拖法施工工藝

浮拖法架設(shè)是在橋位岸邊，將鋼桁梁拼裝成整孔后，利用碼頭或胎架把鋼桁梁滾移到浮船上，再浮運(yùn)至預(yù)定架設(shè)的橋孔上落梁就位[1]，浮拖法架梁的主要優(yōu)點(diǎn)在于鋼桁梁拼裝可在岸上進(jìn)行，且可與基礎(chǔ)、墩臺(tái)平行施工。但由于橋位所處漠陽江距離入海口較近，水位變化較大，且鋼桁梁底面距離水面較高等因素均不利于浮船穩(wěn)定。

2.2 拖拉式頂推法施工工藝

拖拉式頂推是國內(nèi)外橋梁頂推施工最常用的方法，通過千斤頂（或卷揚(yáng)機(jī)）牽引鋼絞線（或鋼絲繩），拖動(dòng)梁體在支撐墩頂設(shè)置的滑道上滑移，牽引梁體安裝就位的方法[1]。其具有操作方便、設(shè)備簡單、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)而得以大力推廣應(yīng)用，該頂推方法對墩身產(chǎn)生的水平力大，需要有平整的滑道，對頂推臨時(shí)墩支架沉降要求高，自動(dòng)化程度低，施工安全可控性低，不能滿足漠陽江特大橋水中臨時(shí)墩頂推需要。

2.3 節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)步履式頂推工藝

步履式頂推法是近幾年提出的一種新型的頂推施工方法[2]，針對漠陽江特大橋的施工特點(diǎn)，墩頂空間狹小，頂推設(shè)備空間尺寸構(gòu)造要求高;橋梁結(jié)構(gòu)為鋼桁梁結(jié)構(gòu)形式，頂推時(shí)要求節(jié)點(diǎn)受力，該工藝采用頂推設(shè)備自動(dòng)跟隨鋼桁梁節(jié)點(diǎn)步履式行走，在完成一個(gè)節(jié)間距頂推后，自動(dòng)回退至下一節(jié)點(diǎn)處的方法，實(shí)現(xiàn)了鋼桁梁的步履式頂推施工，整個(gè)施工過程，墩頂水平力小，安全性高，占用空間小，不僅可實(shí)現(xiàn)鋼桁橋梁的高精度高效率施工，而且提高了施工的安全系數(shù)[3]。

2.4 施工工藝的選擇

分析以上比選，結(jié)合本項(xiàng)目工程特點(diǎn)，步履式頂推施工工藝能夠滿足漠陽江特大橋134m鋼桁梁的施工要求，施工安全可控性高、效率高。因此，漠陽江特大橋134m鋼桁梁最終選擇此工藝進(jìn)行鋼桁梁架設(shè)。

3 施工工藝流程

3.1 施工總體布置

鋼桁梁桿件在工廠預(yù)先加工，根據(jù)施工現(xiàn)場地形和場地條件，到場后通過施工便道運(yùn)至桿件存放場存放，桿件存放區(qū)設(shè)置在58#-60#墩之間。鋼桁梁拼裝區(qū)設(shè)置于60#-61#墩64m混凝土簡支箱梁上，并在梁上設(shè)置1臺(tái)180t履帶吊用于鋼桁梁拼裝。

3.2 頂推施工工藝流程

鋼桁梁拼裝時(shí)采用180t履帶吊在1#、2#臨時(shí)墩墩頂將鋼桁梁桿件散拼成整體，最后進(jìn)行頂推施工，頂推完成后在平臺(tái)上繼續(xù)拼裝下一個(gè)鋼桁梁節(jié)段，如此循環(huán)。

具體工藝流程如圖5。

3.2.1 臨時(shí)墩及頂推設(shè)備布置

頂推采用多點(diǎn)步履式整體頂推方式，沿橋縱向布置頂推設(shè)備，頂推施工時(shí)在每個(gè)臨時(shí)墩頂對稱布兩套頂推設(shè)備進(jìn)行頂推。

頂推到4#臨時(shí)墩墩頂位置時(shí)，將拼裝區(qū)的2套頂推設(shè)備轉(zhuǎn)移至4#臨時(shí)墩墩頂。

整個(gè)頂推過程共使用6套頂推設(shè)備。

3.2.2 鋼桁梁拼裝

（1）鋼桁梁桿件在工廠加工完成后，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，鋼桁梁每個(gè)節(jié)間長度13.4m，吊裝完成后立即進(jìn)行高強(qiáng)螺栓施擰和橋面板焊接，以確保已拼裝完成鋼桁梁連接成整體。拼裝過程中測量工作及時(shí)準(zhǔn)確，每安裝一個(gè)節(jié)間，測量一次鋼梁中線及各節(jié)點(diǎn)撓度，隨時(shí)判斷鋼梁制造和安裝質(zhì)量，確保鋼桁梁整體線性。

（2）鋼桁梁首次拼裝3個(gè)節(jié)段，本工程鋼桁梁高度為16m，整體剛度大，結(jié)合頂推工藝分析，并在鋼桁梁拼裝端加配重從而取消鋼導(dǎo)梁設(shè)置，有效減少了臨時(shí)工程用量。頂推過程中，1#、2#頂推設(shè)備間距26.8m，當(dāng)只有1#、2#臨時(shí)墩頂推設(shè)備支點(diǎn)受力時(shí)（如圖6），需保證F2≥0.2F1才能保證鋼桁梁的穩(wěn)定性。

3.2.3 頂推施工步驟

鋼桁梁頂推時(shí)要求節(jié)點(diǎn)受力，頂推設(shè)備自動(dòng)跟隨鋼桁梁節(jié)點(diǎn)步履式行走，工作原理如下：

（1）頂推支撐框架脫離地面，液壓頂受力，水平千斤頂向前頂推一個(gè)行程（最大前進(jìn)行程為35cm，實(shí)際頂推過程中預(yù)留2-3cm的安全距離）如圖7。

（2）頂推完成一個(gè)行程，支撐框架下落至地面，由支撐框架托梁支撐液壓頂，豎向液壓頂脫離地面并由縱向頂開始回拉（過程中支撐框架與鋼桁梁始終緊貼）（如圖8）。

（3）回拉到位后，液壓頂受力將鋼桁梁向上頂起至支撐框架脫離地面，開始下一個(gè)行程頂推（如圖9、10）。

（4）當(dāng)頂推設(shè)備將鋼桁梁頂推一個(gè)節(jié)間距后，載荷轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的800t千斤頂頂升，將鋼桁梁頂離頂推設(shè)備的整體式支撐框架，完成受力轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行頂推設(shè)備的整體回退（如圖11）。

3.2.4 落梁

鋼桁梁頂推至設(shè)計(jì)里程后，落梁高度為2.047m。本次利用墩頂千斤頂頂升、收落，交替拆除千斤頂下方與臨時(shí)墊墩上方墊塊的方式落梁至設(shè)計(jì)里程。

3.2.5 鋼桁梁頂推施工注意事項(xiàng)

（1）在完成全部高強(qiáng)度螺栓終擰后方可進(jìn)行頂推工作。（2）頂推一孔梁搭上前面橋墩后，應(yīng)對臨時(shí)支架高程進(jìn)行全面檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與原有高程不符時(shí)應(yīng)調(diào)整。（3）頂推過程中兩側(cè)應(yīng)保持同步。（4）頂推過程中，油泵應(yīng)盡量并聯(lián)確保同步，及時(shí)進(jìn)行測量，桁梁發(fā)生較大偏差時(shí)停止頂推作業(yè)，以便進(jìn)行故障排除。

3.2.6 頂推施工各項(xiàng)安全措施

（1）電力接頭采用航空接頭以實(shí)現(xiàn)“快拆、快接、快裝”。（2）每個(gè)頂推設(shè)備配備專人負(fù)責(zé)，緊急情況下每分控箱均可緊急停止所有頂推作業(yè)。（3）通過鋼桁梁頂推墊梁在步履頂推系統(tǒng)上接觸情況，每次頂推前都計(jì)算好每個(gè)頂?shù)氖芰η闆r，若主控室顯示超過單次頂推計(jì)算反力的10%，則立即停止頂推施工，并進(jìn)行檢查，排出危險(xiǎn)因素后方可進(jìn)行頂推。（4）頂推設(shè)備在頂推過程中出現(xiàn)故障時(shí)，立即停止頂推，由800t頂臨時(shí)頂起由專業(yè)工程師進(jìn)行檢修并須佩戴護(hù)目鏡。

4 步履式頂推工藝優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用前景分析

4.1 步履式頂推工藝優(yōu)點(diǎn)

（1）鋼桁梁節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)步履式頂推系統(tǒng)，該設(shè)備集頂升、推進(jìn)、糾偏、跟隨和自動(dòng)回退于一體，可實(shí)現(xiàn)鋼桁梁頂推過程中的跟隨式行走，有效的解決了鋼桁梁頂推必須節(jié)點(diǎn)受力的難題，確保了頂推施工的線形和頂推施工精度;設(shè)備集成化高、自動(dòng)化高，操作控制安全，方便。該系統(tǒng)的研發(fā)，大大節(jié)約了大橋施工成本，確保了大橋頂推施工的質(zhì)量和安全。（2）頂推設(shè)備位移與姿態(tài)可視化控制系統(tǒng)通過對梁體、頂推設(shè)備位置和姿態(tài)的傳感，將頂推關(guān)鍵參量信號(hào)和過程在主控中進(jìn)行三維立體化實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析，施工指揮和工作人員能更加清晰的掌握設(shè)備的狀態(tài)。同時(shí)，通過控制迭代算法實(shí)現(xiàn)頂推系統(tǒng)空間姿態(tài)的自動(dòng)控制和自適應(yīng)調(diào)整，保證設(shè)備對梁體頂推的同步性與線性控制。（3）漠陽江特大橋鋼桁梁步履式頂推施工，施工風(fēng)險(xiǎn)和難度大，為保證整個(gè)施工過程的安全進(jìn)行，項(xiàng)目組研究出一套使用于鋼桁梁步履式頂推施工的安全控制策略，研究了頂推施工過程中的安全節(jié)點(diǎn)和質(zhì)量控制措施，并結(jié)合本工程特點(diǎn)，提出頂推過程中科學(xué)的控制方法和技術(shù)，為大橋安全施工提供保證。

4.2 步履式頂推工藝應(yīng)用前景分析

（1）鋼桁梁節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)步履式頂推技術(shù)在漠陽江特大橋邊跨鋼桁梁頂推施工的成功運(yùn)用，成功解決了鋼桁梁頂推過程節(jié)點(diǎn)受力的要求，一個(gè)節(jié)間距推進(jìn)完成后設(shè)備可自行回退至下一節(jié)點(diǎn)，同時(shí)克服了墩頂水平力控制的難題，提高了生產(chǎn)效率。為項(xiàng)目節(jié)約了成本，施工效果好，施工過程安全可靠。（2）本鋼桁梁節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)步履式頂推技術(shù)在漠陽江特大橋邊跨鋼桁梁頂推施工的成功運(yùn)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推動(dòng)了頂推技術(shù)的進(jìn)步和革新，為后續(xù)類似工程提供技術(shù)支持和豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。隨著公鐵兩用共線橋越來越多，以及深溝峽谷鋼桁梁橋梁的增多，本技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和強(qiáng)大生命力。

參考文獻(xiàn)：

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