北橫通道新建二期工程FB 輔道橋頂推施工技術(shù)及計算研究

徐慧文

（中鐵二十四局集團(tuán)上海鐵建工程有限公司，上海200000）

1 引言

頂推施工法因其很強(qiáng)的適用性，在橋梁施工中得到了廣泛的應(yīng)用。1974 年，我國的狄家河鐵路橋首先采用了頂推施工法。湖南溈水橋和丘墩大橋相繼采用了頂推施工法，標(biāo)志我國的頂推施工法達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

2 工程概述

北橫通道新建二期工程Ⅱ標(biāo)段為南北走向，包括新建FB輔道和ZB 匝道，其中FB 輔道由南北高架接出后接永興路下匝道進(jìn)入地面道路，依次跨越天目中路、南北高架轉(zhuǎn)盤、鐵路，橋梁總寬6.25m，總長385.483m；ZB 匝道由地面道路上橋后與FB 輔道一起跨越鐵路，橋梁總寬8.5m，總長135m。其中FB輔道FB07 和FB08 跨為跨鐵路鋼拱梁，梁長76m，梁寬16.75m，梁高2.2m，拱高16.761m，全橋總重1 100t。

該鐵路跨鋼拱橋跨度76m，但是在橋中心處有單片拱，拱高16.761m，是目前國內(nèi)最大跨度單跨該橋型頂推橋梁施工；而且該橋跨越鐵路機(jī)務(wù)段咽喉區(qū)的11 股鐵路線、軌交3、4 號線；橋下4 處接觸網(wǎng)、9 根通信光電纜、16 根信號電纜、2 處高壓線、2 處投光燈需要遷改或防護(hù)；周邊電力隧道井、信息井等敏感設(shè)施復(fù)雜；且因為與老橋挑臂干涉，需要先安裝一側(cè)挑臂，待頂推完成后切除老橋挑臂再安裝新橋挑臂，所以存在橫向非對稱頂推施工。經(jīng)過反復(fù)對比研究，本工程以橋梁方式上跨鐵路線、軌道交通3/4 號線和交通路，鐵路跨鋼拱橋采用步履式多點頂推法施工。在整個頂推過程中，共設(shè)24 組頂推設(shè)備，最多時有18 組頂推設(shè)備同時工作，頂推在鐵路封鎖點內(nèi)進(jìn)行，接觸網(wǎng)不斷電。

在該施工方案中，鋼箱梁梁段擬采用分段拼裝整體步履式多點連續(xù)頂推法施工，即在鐵路南側(cè)布置拼裝平臺，在橋墩上設(shè)置步履式頂推設(shè)備和臨時鋼墊梁。鋼箱梁從拼裝區(qū)頂推到位并整體卸載。

3 頂推施工流程

首先，在鐵路南側(cè)搭設(shè)拼裝支架和頂推支架，頂推支架上安裝BL400t 步履式頂推設(shè)備。拼裝全橋和35m 導(dǎo)梁，準(zhǔn)備頂推施工，如圖1 所示。

圖1 頂推施工準(zhǔn)備圖

完成施工準(zhǔn)備后，在拼裝區(qū)拼裝全橋和35m 導(dǎo)梁。準(zhǔn)備頂推施工。在正式進(jìn)行施工前，需要進(jìn)行頂推施工前試驗，即拆除2 組拼裝支架，將4 頂推支架和7#橋墩位置支架上頂推設(shè)備脫空，在頂推施工前模擬前端懸挑50m 危險工況。

在完成頂推設(shè)備調(diào)試后，可先試著向前頂推3m。完成試推后，可向前連續(xù)頂推到達(dá)7#橋墩；第2 次連續(xù)頂推到達(dá)5#頂推臨時墩；第3 次連續(xù)頂推到達(dá)8#橋墩；第4 次連續(xù)頂推，準(zhǔn)備拆除導(dǎo)梁前端第一節(jié)；第5 次連續(xù)向前頂推，頂推到位準(zhǔn)備拆除導(dǎo)梁；拆除導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)，在7#、8#2 橋墩上安裝落梁設(shè)備和臨時墊塊，將鋼箱梁受力轉(zhuǎn)換到支座上部臨時墊塊，拆除頂推設(shè)備和支架結(jié)構(gòu)，利用落梁設(shè)備進(jìn)行整體落梁施工。

4 施工過程計算分析

在施工前，對施工過程進(jìn)行計算分析，可以對施工過程進(jìn)行有效把關(guān)，使得工程順利展開，所以我們對施工過程中典型的工況進(jìn)行了計算分析。

4.1 計算模型說明

在計算載荷時，選擇x正向為頂推前進(jìn)方向、z正向為豎直向上方向、y正向為右手坐標(biāo)系決定；自重恒載荷為鋼箱梁1100t，導(dǎo)梁65t，根據(jù)GB 50068—2018《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，計算時取上述自重乘以1.3 的系數(shù)。導(dǎo)梁和鋼梁的材料為鋼材Q345，質(zhì)量密度78.5×10-6N/mm3，彈性模量2.06×105MPa，線膨脹系數(shù)12×10-6/℃，泊松比0.3。根據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中4.4.1 規(guī)定，Q345 鋼材材料強(qiáng)度如表1 所示。

表1 Q345 鋼材材料強(qiáng)度

在計算模型時，采用Sap2000 程序的空間桿系有限元方法計算。導(dǎo)梁及鋼梁結(jié)構(gòu)采用Frame 單元，銷接結(jié)構(gòu)簡化為鉸接，其余簡化為剛接。荷載作用點（鉸接或剛接節(jié)點）到截面形心的偏心采用剛臂（剛體約束）模擬，結(jié)構(gòu)重量采用分段計算[1,2]。

4.2 對頂推過程進(jìn)行計算分析

對鋼箱梁頂推分8 個工況進(jìn)行分析，單側(cè)支點反力統(tǒng)計表如表2 所示。鋼箱梁在頂推過程中單側(cè)最大豎向力為4 193kN（工況7）。

表2 各頂推工況下單側(cè)支點反力統(tǒng)計表kN

4.3 導(dǎo)梁最不利工況下的受力分析

鋼箱梁頂推過程中，工況4 為導(dǎo)梁最不利工況，導(dǎo)梁最大豎向變形-357mm，導(dǎo)梁與鋼箱梁連接位置豎向變形-72mm（見圖2）。導(dǎo)梁最大應(yīng)力106MPa，應(yīng)力最大在導(dǎo)梁與鋼箱梁連接位置（見圖3）。

圖2 結(jié)構(gòu)變形圖

圖3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖

4.4 對頂推支墩進(jìn)行計算分析

在計算載荷時，選擇x正向為縱橋向；z正向為豎直向上方向；y正向為橫橋向。自重恒載荷為dead，頂推支點反力為live（頂推支點豎向反力最大2 606kN，水平力取豎向反力的5%）。根據(jù)GB 50068—2018《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，本項目應(yīng)考慮以下組合作為設(shè)計組合：1.3dead+1.5live。計算程序選擇為Sap2000（v9.16），支座條件為鉸接，按照圖紙建模[3]。

對頂推支墩進(jìn)行計算，最大壓力為1 300kN，結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為182MPa（見圖4），滿足施工要求。

圖4 結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖

5 結(jié)語

本文對于北橫通道新建二期工程FB 輔道橋頂推施工技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對施工過程中的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了計算分析，證明了所采用的頂推施工方法的先進(jìn)性，對比傳統(tǒng)方法，明顯提升了工作效率，減少了施工時間，證明了頂推施工技術(shù)是一項效率高、實用性強(qiáng)的施工技術(shù)。