東北路拓寬改造門式剛構(gòu)拖拉施工研究

何長江

摘要：為解決既有橋梁改建過程中，施工對交通行車和橋下管網(wǎng)的影響問題，本文對傳統(tǒng)的框構(gòu)橋頂進法進行改進，提出門式剛構(gòu)拖拉法。結(jié)合大連市東北路拓寬改造工程，對所提工法的工藝原理和流程進行了介紹，并對該工法在施工過程中的操作重點和難點進行了分析。

Abstract： In order to solve the problem of the influence of construction on traffic and bridge pipe network during the reconstruction process of existing bridges， this paper improves the traditional frame structure bridge jacking method and proposes the portal rigid frame drag method. Combined with the widening and reconstruction project of the northeast road in Dalian， the process principle and process of the proposed method are introduced， and the operation focus and difficulties of the construction method in the construction process are analyzed.

關(guān)鍵詞：橋梁施工;穿越;門式剛構(gòu);拖拉法

Key words： bridge construction;crossing;portal rigid structure;drag method

中圖分類號：U448.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0156-04

0? 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市進入了大開發(fā)、大發(fā)展的新的歷史時期，隨之而來的是城市交通壓力的增加，特別是貫穿老城區(qū)內(nèi)既有下穿框構(gòu)橋，因建造年代久、孔徑小、橋下城市管網(wǎng)密布動遷影響范圍大、拆遷費用高已經(jīng)成為束縛城市交通發(fā)展的瓶頸，為了解決這一難題，在保證城市主干道交通和鐵路行車不中斷、既有橋下基礎(chǔ)設(shè)施不遷移的前提下進行施工，中鐵九局集團開發(fā)的門式剛構(gòu)拖拉施工工法，在大連市東北路拓寬改造工程中的運用，巧妙的將傳統(tǒng)的框構(gòu)橋頂進法創(chuàng)新為門式剛構(gòu)拖拉法施工，是對下穿鐵路立交橋工程結(jié)構(gòu)的全新的構(gòu)思、設(shè)計和施工實踐[3-5]。在國內(nèi)外權(quán)威刊物和重要學術(shù)論文集中均未發(fā)現(xiàn)有類似的報道，本工法在解決城市既有橋梁改建施工與城市交通和鐵路運營相互影響方面效果明顯，施工過程中城市道路和鐵路運輸均不中斷，不僅橋梁本體施工安全，還妥善解決了工程對周邊交通的影響，城市地下管網(wǎng)不用動遷，大大減少了投資額，技術(shù)先進，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。

1? 工藝原理及流程

門式剛構(gòu)拖拉法適用下穿構(gòu)筑物改擴建施工，與傳統(tǒng)的頂進方法相比，能在保證橋上鐵路正常運營和橋下公路交通不中斷情況下，利用鐵路的“天窗”作業(yè)時間將門式剛構(gòu)拖拉到指定位置。尤其是在城市交通主干道下穿鐵路（公路）橋梁改擴建中，城市主干道影響范圍廣無法中斷交通，橋位地下管網(wǎng)動動遷量大，影響范圍廣，投資額度大幅度增加的情況下，本法施工優(yōu)勢明顯。相對于傳統(tǒng)的框構(gòu)橋頂進法，是對下穿工程結(jié)構(gòu)的新構(gòu)思、新技術(shù)，該工法具有以下優(yōu)點。

①占用施工場地面積小，避免了施工對城市道路的全部占用，保證了城市道路交通順暢，對周邊交通影響范圍小，無需對既有橋下的城市地下管網(wǎng)遷移，工程投資少，施工周期短。②施工進度快，封鎖時間短，拖拉法施工工藝簡單易于操作，對城市交通和鐵路運輸干擾少，施工過程安全可靠。③拖拉法使用的機具簡單，主要機具為預(yù)應(yīng)力穿心式千斤頂，材料為預(yù)應(yīng)力鋼絞線，可操作性強，易于推廣，工程質(zhì)量可控。

門式剛構(gòu)拖拉法的原理是在傳統(tǒng)的框構(gòu)頂進方法的基礎(chǔ)上，將構(gòu)造物由一般千斤頂并聯(lián)頂進施工改進為由穿心式千斤頂串聯(lián)拖拉施工，其工藝流程如圖1所示。

并聯(lián)頂進施工由于千斤頂工作行程小，因此，當要求頂推構(gòu)造物至相當大距離時，就必須分多次進行，千斤頂一次行程小于500毫米，需配備大量的傳力柱，占地面積大，更換傳力柱頻繁，框構(gòu)頂進速度慢，需吊車配合作業(yè)，從基坑開挖到施工結(jié)束中斷既有道路時間一般至少在3個月以上時間，且整個作業(yè)范圍內(nèi)的地下管網(wǎng)需全部動遷，其缺點是占地面積大，需長時間中斷道路施工，工藝相對復(fù)雜，施工進度慢，影響范圍廣，地下設(shè)施動還遷費用比重大。

串聯(lián)拖拉施工是將兩臺穿心式千斤頂串聯(lián)為一組，相對門式剛構(gòu)立墻配置，用鋼絞線將構(gòu)造物與千斤頂連接起來連續(xù)拖拉，克服千斤頂工作行程小的缺陷，免除了更換傳力柱作業(yè)，無需吊車配合，門式剛構(gòu)拖拉速度快，每小時可達8米以上，由于門式剛構(gòu)設(shè)計取消了構(gòu)造物的底板，整個作業(yè)范圍內(nèi)的地下管網(wǎng)不需要動遷，其優(yōu)點是占地面積小，不需長時間中斷市政道路交通施工，工藝相對簡單，施工進度快，影響范圍小，地下設(shè)施不需要動遷，能大量節(jié)約不必要的投資。

串聯(lián)拖拉施工雖然克服了并聯(lián)頂進施工缺點，但是由于穿心式千斤頂相對于一般千斤頂動力小，串聯(lián)拖拉施工中要相對門式剛構(gòu)立墻配置，可配置千斤頂組少，施工中為了解決總拉力有限的問題，就必須盡量減少門式剛構(gòu)在拖拉施工中的摩擦力阻力，提高滑道的剛度和精度，有效降低剛構(gòu)與滑道間的摩擦系數(shù)，是減少門式剛構(gòu)在拖拉施工中的摩擦力阻力的關(guān)鍵。

為了提高滑道的剛度和精度，如圖2所示，施工設(shè)計采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土槽型連續(xù)基礎(chǔ)梁滑道，滑道槽內(nèi)鑲嵌厚鋼板，門式剛構(gòu)立墻腳部外包鋼板，預(yù)留間隙為1.5cm。為了降低剛構(gòu)與滑道間的摩擦系數(shù)，在門式剛構(gòu)立墻底部與滑道槽內(nèi)鑲嵌厚鋼板間鋪設(shè)四氟板和不銹鋼板，四氟板上涂抹黃油，將摩擦系數(shù)極限值控制在0.1以內(nèi)。為了控制門式剛構(gòu)立墻的橫向位移，在門式剛構(gòu)立墻底部側(cè)面與滑道縫隙間每隔兩米放置一塊1cm厚的四氟板限位塊，將門式剛構(gòu)立墻的橫向位移控制在1cm以內(nèi)。

2? 工法應(yīng)用實例

門式剛構(gòu)拖拉法在大連市東北路拓寬改造工程中得到應(yīng)用，在具體施工過程中，需對設(shè)備配置檢算、系統(tǒng)構(gòu)建、同步控制、以及施工監(jiān)測等環(huán)節(jié)進行準確的設(shè)計計算。下文以大連市東北路拓寬改造工程（如圖3所示）為例，對該工法的操作要點進行介紹。

2.1 拖拉設(shè)備配置檢算

沈大線鐵路橋自重及荷載：

結(jié)構(gòu)自重=（33.51+47.58+42.68+47.58+33.51）t/m×8.3m=1700t

鋼軌=0.06t/m×25m×4根×2組×2處=24t

枕木=0.35t/根×84根×2處=59t

道碴=1.65t/m3×2m3/m×60.5m×2處=399t

以上合計總重=1700t+24t+59t+399t=2182t

不銹鋼板與四氟板的摩擦系數(shù)取μ=0.1（參考滑動支座摩擦系數(shù)為0.05-0.06及碼頭線行走實際平均摩擦系數(shù)為0.05、極限值為0.1）、荷載附加系數(shù)k=1.2，設(shè)計采用8？覫s 15.24鋼絞線進行拉進，鋼絞線橫截面積Ap=140mm2×8根=1120mm2;拖拉端控制應(yīng)力δ=N/Ap （N為拖拉端的拉力）。

沈大線鐵路橋拖進牽引力N=μG=0.1×2182t×1.2=2618kN

1、5號立柱需牽引力：N=μG=33.51/204.86×2618kN=428kN

2、4號立柱需牽引力：N=μG=47.58/204.86×2618kN=608kN

3號立柱需牽引力：N=μG=42.68/204.86×2618kN=545kN

沈大線鐵路橋牽引端控制應(yīng)力：

1、5號立柱：δ=N/Ap=428000/1120=382MPa<[δ]=1395MPa

2、4號立柱：δ=N/Ap=608000/1120=542MPa<[δ]=1395MPa

3號立柱：δ=N/Ap=545000/1120=487MPa<[δ]=1395MPa

19？覫s 15.24鋼絞線[δ]=1395MPa，因此能夠滿足拖進要求。

2.2 拖拉系統(tǒng)構(gòu)建

設(shè)牽引平移點5個，每一個平移點中，配置1臺額定平移力為200噸的連續(xù)平移千斤頂，每臺頂配置8根Ф15.24、強度為1860MPa級鋼絞線，鋼絞線安裝采用墩后預(yù)埋錨墊板安裝承重錨，如圖4所示。平移系統(tǒng)設(shè)備分布及牽引如圖5所示。

各牽引點位置同步控制：在牽引體系中，按最小值相對誤差計算平衡誤差實施模糊控制?？刂葡到y(tǒng)牽引點平衡的誤差計算方法圖解如圖6。

各個誤差值的計算：

H2值為最小則：

ΔH1=H1-H2? ΔH2=H2-H2=0? ΔH3=H3-H2? ΔH4=H4-H2

按誤差控制調(diào)節(jié)各頂、各吊點調(diào)節(jié)閥組的通用計算機流程如下：

起動平衡控制→ΔH1≥δ（δ：牽引點同步誤差為10 mm）→設(shè)置調(diào)節(jié)1#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH1≤1mm→停止調(diào)節(jié)1#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH2≥δ→設(shè)置調(diào)節(jié)2#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH2≤1mm→停止調(diào)節(jié)2#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH3≥δ→設(shè)置調(diào)節(jié)3#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH3≤1mm→停止調(diào)節(jié)3#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH4≥δ→設(shè)置調(diào)節(jié)4#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH4≤1mm→停止調(diào)節(jié)4#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→關(guān)閉平衡→ΔH5≥δ→設(shè)置調(diào)節(jié)5#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→ΔH5≤1mm→停止調(diào)節(jié)5#吊點調(diào)節(jié)閥組閥→關(guān)閉平衡……。平衡調(diào)節(jié)以牽引總程同步誤差為主，千斤頂伸缸行程為輔。

2.3 拖拉過程同步控制

平移剛構(gòu)橋在牽引過程中牽引總程的平衡是由穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器適時調(diào)控完成的;由于鋼絞線是柔性的，它不能約束剛構(gòu)橋在運行過程中的慣性動量，所以剛構(gòu)各個狀態(tài)必須由外設(shè)檢測裝置來檢測，提供信息應(yīng)時刻監(jiān)測剛構(gòu)的步進軌跡及工況，在平移施工過程中，根據(jù)專業(yè)測量人員對平移剛構(gòu)運行偏差情況作相應(yīng)的調(diào)整。牽引平移的過程必須在60分鐘內(nèi)完成（不括在平移中由于其他原因（如滑道、導向等原因）可能造成延誤的處理時間），平移速度最小為7分鐘/每米，糾偏處理按20分鐘考慮，過程對于設(shè)備的配置采用連續(xù)式牽引系統(tǒng)。

其在牽引的過程中有停頓的時間，可利用這個時段確定整個結(jié)構(gòu)的運行狀態(tài)，提前確認結(jié)構(gòu)是否需要調(diào)整，這個系統(tǒng)平移速度平均為每小時8米以上，滿足拖拉進度要求。

2.4 拖拉過程縱向位移的施工監(jiān)測

拖拉時，采用剛構(gòu)橋?qū)嶋H位移為準、千斤頂行程為副的方法進行監(jiān)控，設(shè)專人通過粘貼在承臺表面的標尺對各滑道剛構(gòu)橋的5個立墻所處滑道上設(shè)置基準點，配備專人進行位移、速度、偏差等指標監(jiān)控，5點同步牽引、各牽引點形成、位移偏差、縱向設(shè)定值為10-15mm，橫向設(shè)定值為5-10mm，10mm內(nèi)監(jiān)控、10-15mm為糾偏、15mm以上停止。在行進過程中始終堅持如出現(xiàn)偏差超過+5mm情況，則必須調(diào)整油泵流量，馬上進行調(diào)整，使剛構(gòu)橋位移保持在可控范圍之內(nèi)。

3? 結(jié)論

本文結(jié)合大連市東北路拓寬改造工程，對門式剛構(gòu)拖拉施工工法在操作中所需注意的具體問題進行了分析，得出的主要結(jié)論如下：

①門式剛構(gòu)相對框構(gòu)基本上為不閉合結(jié)構(gòu)，由于其下部是開放式的，剛構(gòu)立墻的橫向位移控制是保障門式剛構(gòu)在拖拉過程中結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵，按設(shè)計要求門式剛構(gòu)在拖拉過程中，橫向位移控制在1.5cm以內(nèi)，施工中采取橫向限位擋塊，確保門式剛構(gòu)每個立墻橫向位移控制在1cm以內(nèi)。

②滑道的精度和剛度會引起門式剛構(gòu)在滑動的過程中摩擦阻力的增加，有可能直接造成門式剛構(gòu)拖拉中途停頓，無法保證在計劃時間內(nèi)完成施工任務(wù)，影響鐵路和城市道路的交通。

③滑道縱向限位在牽引中占有很重要的地位，它起著控制剛構(gòu)慣性動量釋放的作用，無論牽引設(shè)備的測量、控制如何優(yōu)越都不能控制物體慣性動量的偏移，必須設(shè)置限位裝置，當其摩擦系數(shù)越小其慣性動量的影響就越大，限位的制作必須設(shè)置在滑道上并與滑道連為一體才能達到其使用效果。

④在牽引施工中，摩擦阻力是隨時變化的，對于在封鎖時點內(nèi)的施工必須按最壞的異常情況考慮牽引力的要求;由于剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要使牽引力在牽引中波動不要太大，則要求滑道的摩擦系數(shù)越小越好，同時，摩擦系數(shù)較小，也能使結(jié)構(gòu)受在平移的過程中受到的力偏小。

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