跨鐵路橋梁步履式頂推施工技術(shù)研究

袁傳軍

摘 要：近幾年，以分散施力為基本形式的步履式頂推法安全平穩(wěn)，精確度高，逐步發(fā)展并廣泛運用。文章以實際項目為背景，對步履式頂推施工中的支架設(shè)計、梁體加固及糾偏、頂推系統(tǒng)同步性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，為類似工程施工提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：支架設(shè)計 梁體加固 頂推系

1.項目概述

武漢市東湖國家自主創(chuàng)新示范區(qū)有軌電車T1線及關(guān)山大道市政拓寬橋（下文簡稱“示例工程”）是在既有關(guān)山大道跨南環(huán)鐵路橋左右兩側(cè)新建三幅橋，其中有軌電車T1線橋長87.6m，橋面寬度12.3m；關(guān)山大道左幅市政拓寬橋長85m，橋面寬度8.5m；關(guān)山大道右幅市政拓寬橋長80m，橋面寬度12.1m。三幅橋均上跨既有南環(huán)鐵路，為連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.2m，橋面為正交異性板結(jié)構(gòu)。

2.工作原理及流程

步履式頂推設(shè)備的工作原理可以概述為“協(xié)同間歇傳遞”，即通過一個主控端操作成組動作模塊在同一時刻完成相同的或幅度略有差別的動作，使被傳遞物發(fā)生整體間歇位移，最終完成預(yù)設(shè)距離的傳遞過程。

具體工作流程如下：豎向千斤頂（動作模塊之豎向動作單元）將梁體托起→水平千斤頂（動作模塊之縱向動作單元）將梁體向前頂推→豎向千斤頂回落將梁體重新放置在墊梁上→水平千斤頂回縮完成一個頂推行程。

3.步履式頂推法施工技術(shù)

3.1支架設(shè)計

3.1.1支架布置

步履式頂推法施工的橋梁支架分為拼裝支架和頂推支架兩部分，為保證支架結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性及足夠的人員操作空間，一般設(shè)計為格構(gòu)式鋼管支架，同時還應(yīng)綜合考慮以下因素：

（1）頂推軌跡線與鋼箱梁縱向腹板同位，避免頂推過程中梁體局部受力過大，導(dǎo)致箱梁變形或受損，造成質(zhì)量事故。

（2）現(xiàn)場地勢條件。一般采用步履式頂推法施工的橋梁，現(xiàn)場地勢條件均有不同程度的缺陷，在進(jìn)行支架布置時，應(yīng)避免將支架設(shè)置在既有構(gòu)筑物、管線、軟弱地基、邊坡坡頂或其他障礙物上。

（3）抗傾覆安全儲備。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64-2015）的相關(guān)規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)在荷載的最不利組合下，由荷載標(biāo)準(zhǔn)值所產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩應(yīng)大于荷載標(biāo)準(zhǔn)值所產(chǎn)生的傾覆力矩的1.3倍[1]。鑒于跨鐵路橋梁的施工安全等級高，且為盡量減小頂推力，步履式頂推施工時橋梁抗傾覆系數(shù)設(shè)置為2倍，這對支架的布置間距提出了基本的要求。

（4）橋梁線型的因素。許多頂推橋梁位于平曲線或豎曲線上，支架的布置直接影響了頂推是按曲線頂推還是直線頂推。示例工程位于半徑1600m豎曲線上，采用了沿兩個梁端走向的帶坡頂推方式，既避免了落梁高度較大，又保證了鋼箱梁頂推的安全。

（5）橋梁撓度和預(yù)拱度。在頂推橋梁中，橋梁自身的撓度和預(yù)拱度應(yīng)在支架布置過程中進(jìn)行充分考慮。經(jīng)檢算，示例工程橋梁最大撓度和預(yù)拱度要求橋梁懸臂長度≤21m，最終設(shè)置的支架最大間距為17.5m。

3.1.2支架檢算

在支架施工前，應(yīng)對支架進(jìn)行詳細(xì)受力檢算，檢算內(nèi)容包括地基承載力、支架承載能力、支架穩(wěn)定性。在頂推施工前，計算鋼箱梁頂推各工況的撓度，鋼箱梁在風(fēng)荷載作用下和最大懸臂狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性及鋼箱梁局部應(yīng)力；模擬橋梁頂推全過程，復(fù)核結(jié)構(gòu)與設(shè)備邊界、工作空間，、非一致工作條件（主要為千斤頂行程差，幅度差）。

由于同一個工況下，每個頂推墩的應(yīng)力不盡相同，在進(jìn)行頂推前應(yīng)編制各墩詳細(xì)的應(yīng)力控制表，頂推過程中每個行程均應(yīng)嚴(yán)格按表內(nèi)數(shù)據(jù)控制，防止與檢算狀態(tài)不一致而導(dǎo)致支架失穩(wěn)或梁體局部變形。

3.2梁體加固

3.2.1原梁體設(shè)計

一般施工圖設(shè)計不會考慮頂推施工過程中頂推設(shè)備對梁體產(chǎn)生的局部應(yīng)力影響，若盲目按照設(shè)計圖進(jìn)行頂推施工極易造成局部應(yīng)力過大導(dǎo)致梁體變形。示例工程也未對該橋進(jìn)行頂推加固設(shè)計。

3.2.2調(diào)整后梁體加強設(shè)計

在頂推施工時，應(yīng)按最不利工況下梁體本身的局部應(yīng)力進(jìn)行檢算，防止頂推時梁體變形，造成質(zhì)量事故。示例工程對梁體進(jìn)行了加固設(shè)計，在腹板上設(shè)置了與梁體同材料的加勁肋，加勁肋寬度0.3m（接觸面寬度0.3m）、高度0.4m，縱向間距0.5m（單個頂推行程0.5m），加固后的截面見圖1。

3.3梁體糾偏

3.3.1豎向糾偏

豎向糾偏也稱為高程糾偏或調(diào)整，梁體每個截面的高程不一定相同，而頂推支架頂部標(biāo)高是確定值，在頂推過程中隨著梁體前移，頂推軌跡線上的梁體標(biāo)高時刻都在發(fā)生變化，這就造成梁體不一定是預(yù)定的設(shè)計線型，需要進(jìn)行豎向糾偏或調(diào)整。在頂推前，應(yīng)根據(jù)頂推的距離，提前計算出各個頂推階段的設(shè)計高程，制定頂推施工梁體高程監(jiān)測表，并采用一定的方法對梁體豎向高程進(jìn)行糾偏。由于示例工程選用的步履式千斤頂豎向頂升行程為20cm，糾偏時采用高度18cm組合鋼墩并配備不同厚度的鋼板進(jìn)行糾偏，既保證了糾偏的準(zhǔn)確性，又對步履式千斤頂頂升過程不造成影響。

3.3.2水平糾偏

水平糾偏包括縱向糾偏和橫向糾偏，因縱向偏差在縱向頂推過程中完成，故水平糾偏一般指的是橫向糾偏。梁體橫向偏差一般是梁體水平向微小轉(zhuǎn)動的直觀體現(xiàn)。若梁體出現(xiàn)橫向偏位，先統(tǒng)計分析各頂推點處橋梁偏移矢量，因橋梁整體等量偏移的情況很少見，一般都層線性變化規(guī)律，故計算各自需調(diào)整的糾偏量。人工調(diào)整各動作模塊的系數(shù)，啟動步履式千斤頂橫調(diào)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)橫向糾偏。橫向糾偏也是步履式式千斤頂縱橫豎三向千斤頂協(xié)同工作，每次都從縱向、豎向和橫向三個方向?qū)α后w姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，監(jiān)測一旦梁體軸線超過限值，則先啟動豎向千斤頂將梁體頂起脫離墊梁，再啟動橫向糾偏千斤頂橫移梁體（協(xié)同啟動縱向千斤頂則向前移動），橫移前在每個千斤頂上設(shè)置相應(yīng)的位移值標(biāo)記，防止梁體橫移值超限或梁體偏轉(zhuǎn)。

3.4頂推同步性

在頂推過程中，由于工作的實際條件的不同，如梁底與千斤頂頂托頂面之間的間隙不同，每臺千斤頂承受的荷載也不是均等的，臨時的墩高度不一剛度也不相同，所以每臺步履式千斤頂與梁體、千斤頂與頂推平臺之間的摩擦力不一定相同，必須通過每臺千斤頂位移同步來避免結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)不利的情況。需采用位移和壓力同時控制，來保證頂推過程受力狀態(tài)在設(shè)計允許誤差范圍內(nèi)，從而提高達(dá)到千斤頂?shù)耐叫?，此過程須遵循以下要點：

3.4.1設(shè)備性能一致性

頂推設(shè)備性能參數(shù)必須保持一致，步履式千斤頂、油泵、油表、控制箱等敏感設(shè)備及組件必須為同一廠家生產(chǎn)的同一型號，才用相同材質(zhì)、相同元器件組裝而成，杜絕不同型號、不同性能、不同材質(zhì)及不同元器件的設(shè)備混用。

3.4.2頂推系統(tǒng)同步性

頂推系統(tǒng)同步即單元控制系統(tǒng)同步。橋梁在進(jìn)行頂推作業(yè)時，頂推設(shè)備用量會達(dá)到數(shù)臺或數(shù)十臺，應(yīng)將各設(shè)備進(jìn)行分組、分單元系統(tǒng)控制，以實現(xiàn)單元內(nèi)系統(tǒng)控制的同步性，達(dá)到一鍵控制，同步頂升、同步縱向平推、同步下降及同步回縮的目的。示例工程單幅橋梁頂推設(shè)備用量為12臺，現(xiàn)場以4臺千斤頂為一個控制單元，再采用數(shù)據(jù)線將3組單元合并為整體，達(dá)到了同步頂推的效果。

3.4.3人員操作同步性

頂推操作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)執(zhí)證上崗，頂推前按照預(yù)定口令進(jìn)行試頂（空載頂推），以檢驗操作和頂推的同步性。示例工程實行“一頂一人”、“一箱一人”的操作模式，在千斤頂周邊和梁體均標(biāo)注頂推刻度線，并嚴(yán)格按照預(yù)定口令進(jìn)行各項操作，確保每個千斤頂都同步頂升、同步頂推、同步下降及同步回縮。

4.結(jié)束語

綜上所述，步履式頂推施工方法相對其他橋梁施工方法對橋梁本身影響小，對橋梁下方的設(shè)施影響小，且智能化程度高，過程平穩(wěn)安全、實操可靠，該項施工技術(shù)可廣泛運用于跨江河、跨鐵路、跨道路、跨管線等跨越障礙物或在有限的空間內(nèi)實施橋梁架設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTGD64-2015，公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]閻永風(fēng).步履式頂推跨鐵路鋼箱梁施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2014（01）：58-62.