鋼箱梁步履式頂推法施工主要技術研究

摘要：文章分析了步履式頂推施工的流程和施工難點，研究了步履式頂推施工的主要技術，并通過Midas軟件建模，從結構形變和組合應力兩方面探討了頂推平臺的受力情況。

關鍵詞：鋼箱梁;頂推施工;技術;研究

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通基礎設施在不斷完善，為各行業(yè)的建設提供了有力保障。以橋梁工程為例，我國在相關的施工設備和施工技術領域中已取得較大突破，在超長跨距施工等一系列復雜橋梁工程中，對于施工技術提出了較高的要求，鋼箱梁步履式頂推施工在此類高技術難度的橋梁施工中應用較為廣泛，具有一定的工程應用意義。

1 步履式頂推法施工綜述

1.1 施工流程

步履式頂推法施工中所需的大型臨時結構有頂推平臺、滑道和鋼導梁等，而頂推設備通常以步履式頂推系統(tǒng)為主，在施工過程中主梁由于頂推作用力而向前移動，為提高施工效率，拼裝和頂推工序同時進行。鋼箱梁步履式頂推施工流程如圖1所示。

1.2 鋼箱梁預拱度設置

由于主纜縱向力的作用，鋼箱梁將發(fā)生彈性形變，為使橋梁長度能夠達到施工方案要求，在預拼接生產(chǎn)時應對此壓縮量進行一定補償核算。依據(jù)施工圖紙要求，監(jiān)測單位對鋼箱梁成橋的線形進行計算，在此過程中反算鋼箱梁的預拼裝線形，并應在工廠拼裝階段，根據(jù)鋼箱梁具體的控制點數(shù)值，對各梁段的線形進行調(diào)整，同時完成拼裝施工，但各梁段之間的收縮縫以及拼裝溫度的修正值由設備制造廠商來確定。由于鋼箱梁是按預拼線形在頂推平臺上進行焊接，因此，在成橋線形基礎上，所計算的預拼線形已考慮到由于邊跨梁形變而產(chǎn)生的預拱度，且該預拱度的值<20 mm。

1.3 頂推法施工難點分析

由于鋼箱梁的各節(jié)段較重，面積非常大，因此在裝運或提升時具有一定難度，可能耗去很長的時間。超重的梁體對于頂推力功率的要求很大，對頂推設備的工程性能要求極高。除了巨大的頂推力功率外，保證在大功率頂推力情況下的頂推精度以及頂推的協(xié)同性也是施工的難點問題。鋼箱梁寬度較大，采用步履式頂推法施工，控制軸線位置偏移的難度較大[1]。頂推法施工難點分析如表1所示。

2 步履式頂推法施工主要技術

2.1 鋼箱梁施工技術

橋梁施工現(xiàn)場環(huán)境復雜，對鋼箱梁的施工技術要求很高，為保證鋼箱梁施工的質(zhì)量，應深入研究鋼箱梁的加工、運輸、吊裝和焊接等工序。

2.1.1 鋼箱梁加工

為達到鋼箱梁制造的質(zhì)量標準，施工現(xiàn)場應設有拼裝場地。場地應具備相應的施工條件，包括拼裝胎架、涂裝場地、平板運輸車以及存梁場地等。拼裝胎架區(qū)應設置鋼箱梁總裝生產(chǎn)線以及與之相匹配的20 t龍門吊2臺，總裝的長度和寬度應滿足施工要求。為保證鋼箱梁的涂裝質(zhì)量，在總裝現(xiàn)場新建了雙跨涂裝廠房，該廠房具有除銹和噴涂等多種功能，可以滿足施工實際使用需求[2]。

2.1.2 鋼箱梁運輸

應事先規(guī)劃好鋼箱梁的運輸通道，準備好具有足夠動力的平板運輸車，鋼箱梁運輸通道的坡度應符合施工規(guī)范要求和平板車的爬坡能力。將鋼箱梁節(jié)段運輸?shù)街付ǘ瘴缓?，將其轉體以使平板運輸車與橋梁的中軸線相重合，轉體直徑為兩輛平板車中心線之間的距離。

2.1.3 鋼箱梁吊裝

使用龍門吊對鋼箱梁進行吊裝。吊裝前應通過相關檢測設備對龍門吊的運行情況進行詳細檢查，包括是否有威脅施工安全的隱患問題，龍門吊在使用前應年檢合格，鋼箱梁吊裝過程中應由專人在現(xiàn)場負責指揮，避免出現(xiàn)吊裝過程中的違規(guī)操作和違章作業(yè)。

2.1.4 鋼箱梁焊接

鋼箱梁為整體全焊鋼結構，對于在橋體現(xiàn)場進行的焊縫施工，依據(jù)工地施工標準焊接。施工現(xiàn)場可能存在多種危險因素，如施工環(huán)境惡劣、冬季施工溫度過低、風力過大等。因此應采取必要的防風、防寒、防潮等措施，必要時搭設風雨棚，控制好各層間的溫差。熔透角接焊縫、貼角施工中采用全超聲和磁粉探傷技術，即UT和MT探傷作業(yè)，增強射線的探傷能力，保證厚板探傷的效果，必要時增加探傷檢測的項目[3]。

鋼箱梁施工主要項目和內(nèi)容如表2所示。

2.2 頂推設備選取和安裝

在臨時墩以及主塔的橫梁上搭設步履式頂推設備，以實現(xiàn)鋼箱梁的頂推施工?？梢罁?jù)施工現(xiàn)場的實際情況和橋梁的大小來選取頂推點的個數(shù)，在每個頂推點的橫斷面頂部各設置2組頂推設備，注意各頂推設備與鋼箱梁之間的接觸面積。頂推過程中應保證相關設備完好、可用，對于頂推過程中的各類阻力與載荷能良好應對。頂推過程應避免造成鋼箱梁梁體結構的破壞，能滿足各方向、各角度的頂推施工，便于隨時監(jiān)控、調(diào)整，頂推力須直接作用于主梁。步履式頂推設備結構模擬如圖2所示。頂推平臺線形是平臺軌道梁的頂面初始施工完成后的基本線形，合理設置、優(yōu)化頂推平臺線形，能夠在一定程度上減少拼裝焊接時對于標高的調(diào)整次數(shù)，簡化施工流程[4]。

2.3 頂推過程的同步控制

頂推過程中應同步頂升、同步前進、同步下降和全速后退，循環(huán)重復上述施工動作，將鋼箱梁頂推到指定位置。在此過程中應注意頂推點的受力情況，在頂推過程中嚴格監(jiān)測各部件具體情況，對頂推支點進行力學受力分析，防止頂推過程出現(xiàn)過載情況。施工中如發(fā)生意外情況應及時停止作業(yè)，并疏散施工人員撤離到安全區(qū)域。頂推前應進行精準的距離測算，施加的頂推力應合理、可控，并隨時關注線形情況，檢測橋體受力大小，頂推速度應均勻、緩慢，為監(jiān)測技術人員留有充足的測量時間。頂推施工對于同步系統(tǒng)的精度要求較高，而且軸線偏差控制具有較大的難度，因此，條件允許時可進行多點位的協(xié)同頂推作業(yè)，以保證鋼箱梁頂推施工的質(zhì)量和效率[5]。

3 鋼箱梁頂推施工受力分析

3.1 鋼箱梁頂推平臺結構形變計算

在鋼箱梁頂推階段，每頂推5 m為一個計算周期，對頂推平臺結構形變情況進行分析，通過Midas專業(yè)設計軟件進行建模。建模時依據(jù)頂推平臺的結構選用與之相適應的施工材料和截面特性，既考慮到鋼箱梁和鋼導梁的連接情況，也考慮鋼箱梁和鋼導梁的重力大小。當鋼管樁底部位置入土后可按固結處理。鋼箱梁頂推平臺結構形變計算模型如圖3所示。由圖3可知，鋼箱梁頂推平臺結構形變情況不十分突出，主要結構形變位置出現(xiàn)在平臺頂部，這與鋼箱梁和鋼導梁的自重相關。

3.2 鋼箱梁頂推平臺結構組合應力計算

為進一步研究鋼箱梁頂推平臺的受力情況，采集施工現(xiàn)場的頂推平臺數(shù)據(jù)，經(jīng)過Midas軟件系統(tǒng)進行分析，生成鋼箱梁頂推平臺結構組合應力計算云圖（如圖4所示）。圖4更加直觀地反映了鋼箱梁頂推施工過程中結構受力的位置及大小，整個頂推平臺結構受力較均勻，且中、下部位置無明顯形變痕跡，頂推平臺的受力主要支撐點仍然是上部結構。經(jīng)過圖3和圖4頂推平臺的受力情況對比與分析可知，頂推平臺的結構形變與組合應力相關。通常情況下與鋼箱梁和鋼導梁的自重關系較大，且頂推最終位置情況對于平臺的受力也會產(chǎn)生一定影響。另外，頂推平臺的結構受力變化還與結構線形、施工工藝和施工環(huán)境等因素有關。因此，在鋼箱梁頂推施工中應充分注意平臺受力情況、基礎結構的沉降情況以及結構線形的偏位情況等，通過有效的手段進行監(jiān)測并及時發(fā)現(xiàn)問題。

4 結語

鋼箱梁頂推施工技術在一些特大型、高難度的橋梁施工中較為常見，頂推設備的選取、安裝以及頂推過程的同步控制是工程高質(zhì)量實施的關鍵因素。本文針對鋼箱梁頂推施工技術難點，研究了鋼箱梁和頂推施工技術，通過系統(tǒng)建模分析了頂推平臺的結構形變和組合應力情況，提出了鋼箱梁頂推施工過程中應注意的一些問題。

參考文獻：

[1]張培炎.橋梁頂推施工過程受力分析及關鍵問題研究[D].成都：西南交通大學，2014.

[2]楊燦宣.螺洲大橋鋼箱梁頂推施工關鍵技術[J].城市道橋與防洪，2013（7）：188-194.

[3]李懷雷.影響彎橋頂推施工中的幾個關鍵因素的分析及解決措施[J].公路交通科技，2013（7）：220-222.

[4]吳笑雷.預應力混凝土連續(xù)彎梁頂推技術研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2018.

[5]王 娟.截面工字型鋼導梁在曲線橋梁頂推施工中的應用研究[D].西安：長安大學，2018.

作者簡介：鄺元輝（1987—），工程師，從事路橋施工技術管理工作。