公路高架橋跨電氣化鐵路頂推架設(shè)連續(xù)鋼箱梁施工技術(shù)

金龍

摘要：本文結(jié)合公路高架橋上跨電氣化鐵路工程實(shí)例，詳盡地論述了頂推法架設(shè)連續(xù)鋼箱梁施工技術(shù)的特點(diǎn)、適用范圍、工藝原理、施工工藝流程及操作要點(diǎn)等內(nèi)容，同時(shí)將鋼箱梁的單元制做、頂推設(shè)備的安裝，拆除臨時(shí)體系關(guān)鍵內(nèi)容作了交待。

Abstract： Based on the example of the highway viaduct over crossing electrified railway project， this paper discusses in detail the characteristics， application scope， process principle， construction process and operation points of the construction technology of the continuous steel box girder by jacking method， and the steel box girder unit system， the installation of the jacking equipment， and temporary system demolition are introduced.

關(guān)鍵詞：公路橋;跨電氣化鐵路;連續(xù)鋼箱梁;施工技術(shù)

Key words： highway bridge;crossing electrical railway;continuous steel box girder;construction technology

中圖分類號(hào)：U445.462 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）07-0087-05

0 ?引言

葫蘆島市海翔路高架橋工程，沿線依次上跨沈山線鐵路及電廠走行線、化工走行線及煉油五場停車線，其中鋼箱梁部分上跨沈山線鐵路及電廠走行線，與沈山線鐵路交叉角度51度，交叉處沈山線鐵路里程K295+141.8，跨徑布置為40m+55m+40m，其中頂推段長度72m，沈山線軌面標(biāo)高17.01m，箱梁就位后距離軌面高度9.11m;由于受到地形條件及鐵路環(huán)境的影響，故采用頂推法施工。通過采用頂推施工工藝，鋼箱梁施工不受地形條件的影響，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定工期安排;與其它工藝相比，頂推施工不阻斷下方鐵路正常運(yùn)行，現(xiàn)場施工用時(shí)更短，更為安全。

1 ?工藝特點(diǎn)

①組裝成型快，鋼箱梁分節(jié)預(yù)制，直接運(yùn)至現(xiàn)場拼裝。②頂推原理安全可靠，防止傾覆危險(xiǎn)。③機(jī)具設(shè)備簡便，所需材料均為工程常用。④施工過程不阻斷鐵路運(yùn)行，保障鐵路行車安全。⑤結(jié)構(gòu)整體性好，施工過程中梁體質(zhì)量不受影響。⑥施工過程平穩(wěn)無噪聲，梁體與軌道接觸面使用潤滑油，有效減小摩擦阻力，進(jìn)而保證施工過程平穩(wěn)無噪聲。⑦施工速度快，采用先進(jìn)的頂推技術(shù)，頂推速度約為6m/h，有效的利用鐵路封鎖時(shí)間完成施工。

2 ?適用范圍

本工法適用于修建在跨鐵路等既有線路或?qū)蛄簝舾哂袊?yán)格要求等情況下的連續(xù)鋼箱梁施工。

3 ?工藝原理

本工程中采用液壓頂推的施工工藝，所選用步進(jìn)式液壓頂推器，是一種通過后部頂緊，主液壓缸產(chǎn)生頂推反力，從而實(shí)現(xiàn)與之連接的被推移結(jié)構(gòu)向前平移的專用設(shè)備。此設(shè)備的反力結(jié)構(gòu)利用滑道設(shè)置，省去了反力點(diǎn)的加固問題。

液壓頂推器與被推移結(jié)構(gòu)通過銷軸連接，傳力途徑非常直接，啟動(dòng)過程中無延時(shí)，動(dòng)作精確度好。由于其反力點(diǎn)為步進(jìn)頂緊式接觸，不會(huì)在頂推過程中產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，所以同步控制效果更好。步進(jìn)式的工作過程，使得同步誤差在每個(gè)行程完成后自然消除，無累積誤差，同步精度很高。液壓頂推器采用組合式設(shè)計(jì)，后部以頂緊裝置與滑道連接，前部通過銷軸及連接耳板與被推移結(jié)構(gòu)連接，中間利用主液壓缸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)頂推力。當(dāng)主液壓缸伸出時(shí)，頂緊裝置工作，自動(dòng)頂緊滑道側(cè)面;主液壓缸縮回時(shí)，頂緊裝置不工作，與主液壓缸同方向移動(dòng)。

4 ?施工工藝

4.1 施工工藝流程

如圖1。

4.2 施工要點(diǎn)

4.2.1 鋼箱梁橋單元制作

為便于公路運(yùn)輸、現(xiàn)場吊裝，根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式，工廠制作時(shí)對(duì)鋼箱梁進(jìn)行縱、橫分段。

全橋鋼箱梁劃分為橫向5個(gè)單元×縱向9段單元=45個(gè)運(yùn)輸構(gòu)件單元通過陸地運(yùn)輸運(yùn)至現(xiàn)場，橋段劃分形式見表1。

各橋單元均在工廠車間內(nèi)完成加工，加工的工藝流程為：鋼材預(yù)處理→放樣→劃線→下料、調(diào)直→坡口加工→頂、底、腹板接料→板單元焊接→焊縫探傷檢測→（如果有超標(biāo)缺陷）焊縫返修→頂、底、腹板單元與加勁肋組裝（板單元組裝）、焊接→裝對(duì)平臺(tái)上梁單元組裝→梁單元焊接→焊縫檢測→（如果有超標(biāo)缺陷）焊縫返修→預(yù)拼裝胎架上就位→調(diào)整幾何尺寸和焊縫間隙→焊接臨時(shí)定位連接組件→除銹處理→內(nèi)、外防腐涂裝→成品報(bào)驗(yàn)→存放。

4.2.2 支架基礎(chǔ)

部分支架基礎(chǔ)利用永久墩承臺(tái)，其余采用砼樁基礎(chǔ)和鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。根據(jù)計(jì)算鉆孔樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁長為10m，鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)厚度設(shè)計(jì)為1.5m，底層和頂層布設(shè)鋼筋網(wǎng)。并在基礎(chǔ)上，支架鋼管位置預(yù)埋鋼板，擴(kuò)大基礎(chǔ)尺1.5*3.5*15.4m。

基礎(chǔ)采用剛性設(shè)計(jì)，埋設(shè)與鋼管立柱相連的預(yù)埋件，基礎(chǔ)剛度、強(qiáng)度需滿足頂推施工的技術(shù)要求，表面平整、標(biāo)高準(zhǔn)確、不發(fā)生沉降。

4.2.3 臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)模擬鋼箱梁及導(dǎo)梁頂進(jìn)過程，通過midas建模分析出鋼箱梁頂進(jìn)過程中的最不利工況，鋼箱梁自重采用1.1配安全系數(shù)，計(jì)算出各工況下支點(diǎn)反力，以驗(yàn)證支架的穩(wěn)定性。

經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)支架形式如下：

①A組支架。

支架共設(shè)置5組鋼管結(jié)構(gòu)，每組5根610mm鋼管，壁厚16mm，跨度（1.5+16.5+1.5+16）m，柱間采用20工字鋼支撐，每組鋼管下設(shè)置1.5*3.5*15.4m擴(kuò)大基礎(chǔ)，鋼管柱高度9-13m。

在支墩鋼管頂部鋪設(shè)3根I56工字鋼作橫向分配梁，寬度14.8m，橫向分配梁頂鋪設(shè)貝雷梁，橫向分布五組，共25列，貝雷片之間通過頂部槽鋼橫向連接系聯(lián)成整體。貝雷片頂設(shè)置16b槽鋼，間距300mm，頂部設(shè)置1cm厚鋼板條形鋪設(shè)，與槽鋼焊接。

②B組支架。

支架共設(shè)置3組鋼管結(jié)構(gòu)，每組5根610mm鋼管，壁厚16mm，跨度（6+1.5）m，柱間采用20工字鋼支撐，每組鋼管下設(shè)置1.5*3.5*15.4m擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下設(shè)置4根1.5m直徑樁基，樁長10m，鋼管柱高度9-13m。

在支墩鋼管頂部鋪設(shè)3根I56工字鋼作橫向分配梁，寬度14.8m，橫向分配梁頂鋪設(shè)雙H=588*300型鋼，橫向分布五組，共15列，型鋼之間通過20工字鋼，橫向連接系聯(lián)成整體。頂部設(shè)置1cm厚鋼板條形鋪設(shè)，用作施工平臺(tái)。

③C組支架。

支架共設(shè)置10組鋼管結(jié)構(gòu)，每組5根610mm鋼管，壁厚16mm，跨度（1.5+16.5+1.5+16.5+1.5+16.5+1.5）m，柱間采用20工字鋼支撐，每組鋼管下設(shè)置1.5*3.5*15.4m擴(kuò)大基礎(chǔ)，鋼管柱高度9-13m。

在支墩鋼管頂部鋪設(shè)3根I56工字鋼作橫向分配梁，寬度14.8m，橫向分配梁頂鋪設(shè)貝雷梁，橫向分布五組，共25列，貝雷片之間通過頂部槽鋼橫向連接系聯(lián)成整體。貝雷片頂設(shè)置16b槽鋼，間距500mm，頂部設(shè)置1cm厚鋼板條形鋪設(shè)，與槽鋼焊接。

拼裝頂推支架各節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、焊接要求及驗(yàn)收辦法：

拼裝頂推支架節(jié)點(diǎn)處為16b槽鋼和鋼管柱斜交30°、水平連接兩種方式，上下共設(shè)置兩層;

當(dāng)鋼管之間斜交時(shí)，貝雷片檢查弦桿是否變形，是否脫銷，槽鋼與貝雷片采用U型卡連接，并在貝雷片與槽鋼接觸外邊緣焊接鋼筋卡牢;

鋼板鋪設(shè)時(shí)，中間預(yù)留3cm縫隙，保證鋼板與槽鋼間能夠焊接，滑道下放鋼板中心需沿滑道中心方向鋪設(shè)，保證滑道穩(wěn)定性，滑道需與鋼板焊接牢固;

在蓋梁處對(duì)應(yīng)鋼管柱及滑道位置預(yù)留2道鋼板預(yù)埋件，將鋼管柱及滑道與蓋梁連接，保證順橋向水平傳力。

4.2.4 滑動(dòng)及頂推裝置

①頂推軌道。

在沈山線南側(cè)和北側(cè)，在支撐架平臺(tái)鋼板上設(shè)置頂推軌道。

頂推軌道由頂推梁，擋板，側(cè)擋塊，不銹鋼板等組成。頂推梁為規(guī)格為雙拼HM588×300×12×20（材質(zhì)為Q345B）的型鋼，在平臺(tái)鋼板上通長布置。頂推梁頂標(biāo)高為25.963m。頂推梁上設(shè)擋板、側(cè)擋塊，2mm厚不銹鋼板。擋板通長焊接在頂推梁上，側(cè)擋塊規(guī)格為-25×40×150mm（材質(zhì)Q235B），與頂推梁和擋板焊接連接。擋板之間通長設(shè)置2mm厚不銹鋼板，不銹鋼板與擋板采用焊接連接。頂推梁在鋼箱梁和導(dǎo)梁頂推過程中起到傳遞支座荷載的作用，不銹鋼板起到減少摩擦阻力的作用，擋板和側(cè)擋板起到抵抗支座和頂推設(shè)備水平荷載側(cè)的作用。

擋板與頂推梁采用坡口焊焊接，側(cè)擋快與擋板和頂推梁采用角焊縫連接，焊腳尺寸為10mm，不銹鋼板與頂推梁采用氬弧焊每隔500mm焊50mm長的焊縫。

擋板，側(cè)擋塊和頂推軌道詳圖如圖2-圖5所示。

②頂推支座。

頂推支座設(shè)置在鋼箱梁底面，頂推節(jié)點(diǎn)設(shè)置在頂推支座上。頂推節(jié)點(diǎn)由兩塊耳板組成，用于連接鋼箱梁和頂推器，頂推器反推頂緊塊，從而實(shí)現(xiàn)鋼箱梁向前移動(dòng)。頂推支座布置圖，頂推支座詳圖和耳板詳圖如圖6-圖10。

4.2.5 箱梁及導(dǎo)梁安裝

鋼箱梁采用大型車輛從預(yù)制梁廠運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，使用300t汽車吊進(jìn)行吊裝。吊裝前在分段上系設(shè)好兩根纜風(fēng)繩，以控制分段在空中時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)鋼絲繩與梁段捆綁結(jié)束后，安全員對(duì)其進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后，再由吊裝指揮員指揮吊車司機(jī)將分段緩慢起升。在達(dá)到預(yù)定起升高度時(shí)，吊裝指揮指揮吊車緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)吊臂到預(yù)定安裝位置上方后，吊車緩慢落鉤將分段吊運(yùn)至分段處頂面10cm左右停下，然后施工人員參照事先放出分段線邊線、中心線將鋼箱梁初步定位后吊車在繼續(xù)緩慢落鉤至安裝位置;鋼箱梁臨時(shí)就位后，在鋼箱梁分段接口位置利用碼板和匹配對(duì)就位進(jìn)行臨時(shí)固定，待吊裝完畢焊接完成后對(duì)臨時(shí)固定措施進(jìn)行拆除。

梁段拼裝按照從大樁號(hào)往小樁號(hào)的順序依次進(jìn)行。橋址處梁段拼裝焊接主要是環(huán)縫焊接、隔板焊接、縱縫焊接，主要包括梁段間環(huán)縫及縱腹板的焊接、U肋的焊接、隔板焊接、嵌補(bǔ)段的焊接等。

鋼箱梁和滑塊焊接固定。導(dǎo)梁采用變高截面工字板梁，長度為28m。導(dǎo)梁使用300t汽車吊吊裝，架設(shè)在臨時(shí)支撐系統(tǒng)上，鋼導(dǎo)梁與箱梁腹板同高，采用熔透對(duì)接焊接形式連接，適當(dāng)增加鋼梁腹板加勁長度，使其與導(dǎo)梁構(gòu)成整體，導(dǎo)梁與鋼梁對(duì)接縫處采用大型馬板連接，以增加連接強(qiáng)度。見圖11。

4.2.6 安裝頂推設(shè)備

頂推設(shè)備包含頂推千斤頂、千斤頂尾部卡托、高壓油管（出油管和回油管）、泵站、計(jì)算機(jī)。

在頂推過程中，頂推器所施加的推力和鋼箱梁和支座間的摩擦力F達(dá)到平衡。

摩擦力F=鋼箱梁結(jié)構(gòu)自重作用下豎向反力×1.2×0.07（不銹鋼板與聚四氟乙烯板之間的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05，靜摩擦系數(shù)為0.07～0.1，偏安全考慮取摩擦系數(shù)為0.1，1.2為摩擦力的不均勻系數(shù)）。

根據(jù)以上計(jì)算，鋼箱梁頂推所需的總頂推力大小為120t。本工程中鋼箱梁頂推施工共設(shè)置6個(gè)頂推點(diǎn)，每個(gè)頂推點(diǎn)布置1臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器，在每條軌道上平均布置。單臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器的額定頂推驅(qū)動(dòng)力為50t，則頂推點(diǎn)的總頂推力設(shè)計(jì)值300t>120t，能夠滿足頂推施工的要求。

高壓油管通過出回油，使千斤頂進(jìn)行出缸和收缸工作，泵站提供油管壓力，計(jì)算機(jī)精確控制頂推千斤頂及尾部鎖夾并檢查其是否處于正常工作狀態(tài)。

4.2.7 頂推施工

本工程梁體頂推長度為84m，頂推區(qū)鋼箱梁總重1100t，鋼箱梁采用拼裝整體頂推的施工形式，每次頂推距離根據(jù)天窗封鎖時(shí)間及滑靴位置確定，每次頂推結(jié)束后，切割滑靴，循環(huán)施工至頂推區(qū)鋼箱梁施工就位。

頂推施工前需進(jìn)行各項(xiàng)檢查：①安排專人進(jìn)行軌道、滑道清理，保證滑塊與軌道、下滑道板與四氟乙烯板之間的清潔;對(duì)箱梁上面一切不必要的物體進(jìn)行清理，保證無雜物。②對(duì)箱梁的梁體、下滑道面的線型和標(biāo)高情況進(jìn)行全面的測量摸底，并形成檢查記錄;對(duì)于個(gè)別情況進(jìn)行處理，必須達(dá)到規(guī)范要求的平整度等情況，方可頂進(jìn)施工。③對(duì)滑塊、軌道等滑移接觸面進(jìn)行黃油均勻涂抹，保證梁體、滑靴在頂推過程中的通暢平穩(wěn)。④安排專人檢查千斤頂與鎖夾、滑靴之間的連接是否牢靠。⑤頂推設(shè)備安裝完后需進(jìn)行試頂，并查看檢測裝置的檢測元件，保證檢測裝置的接觸及檢測正常，調(diào)整各泵站的調(diào)速閥，保證各個(gè)千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)速度達(dá)到一致;試頂過程中，應(yīng)檢查橋體結(jié)構(gòu)是否平衡穩(wěn)定，有無故障，關(guān)鍵受力部位是否產(chǎn)生裂紋。如有異常情況，則應(yīng)停止試頂，查明原因并采取相應(yīng)措施整改后方可繼續(xù)試頂。隨著施工進(jìn)度的推進(jìn)，有時(shí)泵站需要重新安裝，故每次泵站重新安裝后，都必須查看檢測元件的工作性能，以保證頂推施工安全。

頂推施工具體操作：

一切準(zhǔn)備就緒后，開啟泵站，由計(jì)算機(jī)對(duì)頂推千斤頂及尾部卡托進(jìn)行精確控制，保證左右兩側(cè)頂推千斤頂出缸速度一致，以達(dá)到鋼箱梁準(zhǔn)確平穩(wěn)的軌道上行進(jìn)的目的。

第一步：液壓頂推器頂緊裝置安裝在滑道上，靠緊側(cè)向擋板;主液壓缸缸筒耳板通過銷軸與被推移結(jié)構(gòu)連接;液壓頂推器主液壓缸伸缸，推動(dòng)被推移結(jié)構(gòu)向前頂推。第二步：液壓頂推器主液壓缸連續(xù)伸缸一個(gè)行程，頂推被推移結(jié)構(gòu)向前頂推一端距離。第三步：一個(gè)行程伸缸完畢，被推移結(jié)構(gòu)不動(dòng);液壓頂推器主液壓缸縮缸，使頂緊裝置與滑道擋板松開，并跟隨主液壓缸向前移動(dòng)。第四步：主液壓缸一個(gè)行程縮缸完畢，拖動(dòng)頂緊裝置向前移動(dòng)一個(gè)步距，一個(gè)行程的頂推頂推完成，從步序1開始執(zhí)行下一行程的步序。

4.2.8 拆除導(dǎo)梁

鋼箱梁頂進(jìn)至設(shè)計(jì)位置時(shí)，進(jìn)行拆除導(dǎo)梁，導(dǎo)梁由吊車懸掛，采用氣槍首先切割導(dǎo)梁腹桿，再切割分段導(dǎo)梁。切割導(dǎo)梁跟主梁的連接時(shí)，注意在割除過程中不得損傷鋼梁，不平之處用手砂輪磨平并補(bǔ)漆。

4.2.9 落梁

頂升點(diǎn)布置：

鋼箱梁頂推到設(shè)計(jì)位置后，準(zhǔn)備落梁。落梁時(shí)頂升點(diǎn)的位置如圖12所示。

注：每個(gè)支座處設(shè)置2臺(tái)液壓頂升器，共設(shè)置8個(gè)液壓頂升器。單個(gè)頂升器頂升能力350t，總頂升能力8×350=2800t>鋼箱梁總重量1100t，滿足頂升落梁要求。見圖13。

注：所有臨時(shí)措施材質(zhì)均為Q345B。頂升器頂板與鋼箱梁底面采用角焊縫四面圍焊連接，焊腳尺寸為10mm。頂升器頂板與頂升器，頂升器與頂升器底板，墊板與墊塊之間通過銷釘連接。

第一步：鋼箱梁頂推到位后，在鋼箱梁下方設(shè)置支撐一、支撐二。安裝液壓同步頂升系統(tǒng)設(shè)備，包括液壓泵源系統(tǒng)、頂升器等。此時(shí)頂升器行程為0mm，支撐一、支撐二下方不能再放置墊板。第二步：調(diào)試液壓頂升系統(tǒng)，確認(rèn)無異常情況后，開始落位作業(yè)。支撐一頂升器伸缸，頂升器底部落到墊板上，繼續(xù)伸缸將鋼箱梁頂起（此時(shí)，頂升器行程為100），拆除頂推臨時(shí)措施。第三步：在支撐二上放置一塊墊板。支撐一頂升器縮缸（此時(shí)頂升器行程為0mm），鋼箱梁重量轉(zhuǎn)移到支撐二上，兩臺(tái)頂升器底部各拆除一塊墊塊（高80mm）。第四步：支撐一頂升器伸缸，頂升器底部落到墊板上，繼續(xù)伸缸將鋼鋼箱梁頂起（此時(shí)，頂升器行程為100），拆除支撐架二處的一個(gè)墊塊（高80mm）。第五步：支撐一頂升器縮缸（此時(shí)頂升器行程為0mm），鋼箱梁重量轉(zhuǎn)移到支撐二上，兩臺(tái)頂升器底部各拆除一塊墊塊（高80mm）。（第四步、第五步為一個(gè)循環(huán)，一個(gè)循環(huán)落梁80mm，支撐一和支撐二各拆除一個(gè)墊塊（高80mm））。第六步：重復(fù)第四步、第五步6次，支撐一，支撐二各拆除6個(gè)墊塊。第七步：頂升器伸缸，頂升器底部落到墊板上，繼續(xù)伸缸將鋼鋼箱梁頂起（此時(shí)，頂升器行程為100），拆除支撐架二處的一個(gè)墊塊（高80mm）。第八步：頂升器縮缸（此時(shí)頂升器行程為0mm），鋼箱梁重量轉(zhuǎn)移到支撐二上，兩臺(tái)頂升器底部拆除所有墊板。

4.2.10 拆除臨時(shí)支撐墩

鋼箱梁梁體平穩(wěn)座落于墩柱支座上后，對(duì)臨時(shí)支撐墩進(jìn)行拆除。拆除過程中，注意與梁體、墩柱不要發(fā)生碰撞。

5 ?結(jié)束語

葫蘆島市海翔路高架橋工程跨沈山鐵路段為40m+55m+40m連續(xù)鋼箱梁，因主跨梁體跨越既有沈山鐵路上下行及電廠專用線，斜交51°，故采用頂推法進(jìn)行施工。

本段連續(xù)鋼箱梁頂推施工的施工速度較快，頂進(jìn)速度約為6m/h，合理利用鐵路封鎖時(shí)間，有效的保障了工期的順利進(jìn)展。同時(shí)連續(xù)鋼箱梁頂推施工工藝在國內(nèi)也已較為成熟，安全性高，施工質(zhì)量也有很大保障，且施工較為簡便，噪音、有害氣體等污染小，適宜在地形條件有限制，正常吊裝施工難以進(jìn)行的場地進(jìn)行使用。

隨著近年來城市建設(shè)及改造的進(jìn)程逐步加快，施工現(xiàn)場的情況也越發(fā)復(fù)雜，連續(xù)梁頂推施工具有良好的推廣價(jià)值和發(fā)展前景。

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