鋼箱梁頂推施工安全分項控制措施分析

侯光輝

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

0 引 言

頂推施工技術(shù)最早被應(yīng)用在橋梁工程中，其主要初衷是為了不影響既有線路的正常通行，將主梁預(yù)制現(xiàn)場分布在沿橋梁設(shè)計軸線方向，根據(jù)設(shè)計要求將全橋分段預(yù)制后，依靠千斤頂、滑道、臨時支撐結(jié)構(gòu)及導(dǎo)梁等設(shè)施將主梁準(zhǔn)確預(yù)位；頂推施工技術(shù)源自于傳統(tǒng)的拖拉法，具備可循環(huán)施工條件。頂推施工技術(shù)不同于滿堂支架法、懸臂施工法等其它施工方法，省去了大型臨時支撐結(jié)構(gòu)和大型吊裝設(shè)備，且施工現(xiàn)場質(zhì)量控制難度較小，施工作業(yè)面影響范圍有限，目前在橋梁工程施工中得到廣泛應(yīng)用，尤其是裝配特性更高的鋼梁橋，其應(yīng)用優(yōu)勢更加顯著。

我國首次將頂推技術(shù)應(yīng)用在橋梁施工項目中是在上世紀(jì)八十年代，經(jīng)歷了將近四十年的發(fā)展，已經(jīng)基本形成了成套的頂推施工技術(shù)方案；但隨著國內(nèi)橋梁建設(shè)密度的快速提升，大跨徑、穿越既有線路、工期短等成為目前橋梁施工的典型特點，為了保證頂推施工技術(shù)在橋梁施工項目中的應(yīng)用可靠性和成熟性，必須重視頂推施工的安全控制工作，并制定針對性的安全控制方案和措施。本文以鋼箱梁結(jié)構(gòu)頂推施工為研究背景，擬對施工項目中涉及的安全分項工程進(jìn)行優(yōu)化，提出可行的控制措施。

1 鋼箱梁頂推施工技術(shù)類型及潛在安全風(fēng)險分析

1.1 鋼箱梁頂推施工技術(shù)類型

在鋼箱梁頂推施工實踐中，受鋼箱梁截面尺寸特性、施工現(xiàn)場作業(yè)條件等因素影響，根據(jù)頂推設(shè)備數(shù)量，可將頂推施工法細(xì)分為單點頂推和多點頂推兩種。

單點頂推施工現(xiàn)場控制難度較小，需要的施工設(shè)備數(shù)量少，但單點頂推需要較高功率的頂推設(shè)備，且容易出現(xiàn)局部應(yīng)力集中問題，多點頂推技術(shù)的優(yōu)劣勢正好相反。單點頂推依靠豎向和水平兩向千斤頂完成頂升和水平移動兩個步驟，單個頂推循環(huán)中的位移必須在千斤頂行程極限內(nèi)，一個循環(huán)完成后，千斤頂復(fù)位繼續(xù)上一步驟，單點頂推技術(shù)全程在支撐墩臺上完成，施工難度較低，力學(xué)行為簡明，容易控制。

多點頂推本質(zhì)上就是將單點頂推的液壓荷載分擔(dān)到多套千斤頂上，從而降低單個千斤頂?shù)呢?fù)載水平，由于頂推設(shè)備數(shù)量增加，為了保證梁體頂推的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性，必須做好現(xiàn)場施工控制，保證千斤頂始終處于同步工作狀態(tài)，多點頂推施工需要在支撐結(jié)構(gòu)上布設(shè)多套千斤頂，千斤頂液壓反作用力作用于橋墩結(jié)構(gòu)，將在橋墩墩底產(chǎn)生較大的剪力和彎矩，因此，多點頂推技術(shù)更加適用于柔性橋墩結(jié)構(gòu)中。

1.2 鋼箱梁頂推施工潛在安全風(fēng)險概述

影響鋼箱梁頂推施工安全性的因素眾多，在具體施工過程中，這些均會成為威脅鋼箱梁頂推施工的潛在風(fēng)險，必須予以高度重視。

首先，鋼箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差對頂推作業(yè)精度影響明顯，由于鋼材料的溫度敏感性較高，在外界環(huán)境溫濕度變化、焊接裝配應(yīng)力干擾等因素的影響下，結(jié)構(gòu)的實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)存在誤差，加之現(xiàn)場施工監(jiān)控工作執(zhí)行不到位，造成頂推施工參數(shù)取值與實際情況存在偏離，隨著頂推施工進(jìn)度的逐級推進(jìn)，偏差不斷累積，最終將影響主梁預(yù)位精度，嚴(yán)重情況下將引發(fā)落梁事故。

再者，頂推施工設(shè)備性能不良帶來的施工安全事故，頂推施工不同于傳統(tǒng)的滿堂支架澆筑施工，頂推施工過程中涉及眾多數(shù)量和類型的施工設(shè)備，包括：液壓供給系統(tǒng)、液壓千斤頂、伺服控制系統(tǒng)、吊裝設(shè)備及其它配套設(shè)備等，一旦任何一套設(shè)備出現(xiàn)故障，不但會影響頂推施工的總體進(jìn)度，而且將帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險；譬如，在多點頂推過程中，如果伺服控制系統(tǒng)、液壓供給系統(tǒng)或液壓千斤頂中的一個或者幾個同時出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致梁段頂推出現(xiàn)異步工況，由于非協(xié)調(diào)位移引起的較大局部內(nèi)應(yīng)力將造成梁段局部屈曲變形，最終破壞全橋的承載性能，造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

最后，施工標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場施控水平對頂推施工的安全性影響也非常關(guān)鍵。由于施工隊伍施工技術(shù)不夠精湛，引起吊裝、頂推、落梁等核心環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，輕則會造成施工偏差，影響橋梁后續(xù)的安全服役，嚴(yán)重情況下將引起坍塌、大變形等重大安全事故；加之現(xiàn)場施控工作落實不到位，結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、撓度、溫度等參數(shù)沒有及時采集并上傳至施工方，施工方?jīng)]有根據(jù)現(xiàn)場情況動態(tài)調(diào)整施工方案，造成施工誤差連續(xù)累積，最終釀成嚴(yán)重安全事故。

2 鋼箱梁頂推施工安全分項控制措施

2.1 執(zhí)行頂推施工全過程量化控制

如前文所述，頂推施工過程中，結(jié)構(gòu)實際參數(shù)誤差、施工監(jiān)控缺位等問題是造成主梁頂推施工安全事故的主要因素，歸根結(jié)底，就是量化控制不到位，施工團(tuán)隊內(nèi)部配合力度不夠引起的。建議在頂推施工過程中提前埋設(shè)應(yīng)變、溫度傳感器，實施監(jiān)控控制截面撓度，及時匯總分析采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實時指導(dǎo)施工隊伍調(diào)整施工方案；此外，應(yīng)成立專業(yè)的數(shù)值模擬團(tuán)隊，建立有限元簡化模型，獲取頂推施工全過程中的模擬值，對比模擬值和真實值，為現(xiàn)場施工提供超前預(yù)警；尤其應(yīng)重視頂推和落梁環(huán)節(jié)，精確驗算頂推應(yīng)力，防止出現(xiàn)局部應(yīng)力集中和橋墩失穩(wěn)事故，落梁階段應(yīng)驗算抗壓應(yīng)力和穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)梁體傾覆事故，通過量化控制，提高安全控制的精準(zhǔn)性和前瞻性，盡可能規(guī)避較大安全事故，盡量減小已發(fā)事故的危害程度。本文以鋼箱梁頂推施工項目為例，制定了具體的量化控制流程圖，詳見圖1所示。

圖1 量化控制流程圖

2.2 規(guī)避頂推施工設(shè)備引起的安全風(fēng)險

頂推施工設(shè)備一旦出現(xiàn)事故，其造成的次生事故嚴(yán)重性不亞于施工本身，首先，應(yīng)保證頂推施工中使用到的液壓供給系統(tǒng)、液壓千斤頂、伺服控制系統(tǒng)、吊裝設(shè)備及其它配套設(shè)備等均處于性能最佳狀態(tài)， 尤其是使用多點頂推施工方案時，尤其應(yīng)檢查液壓千斤頂設(shè)施的性能，保證頂推施工的同步性；此外，頂推施工作業(yè)平臺應(yīng)保證承載性能和抗變形剛度滿足設(shè)計及施工現(xiàn)場要求，各種施工設(shè)備應(yīng)適當(dāng)預(yù)留替代品，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障可立即更換并繼續(xù)施工；最后，滑梁和吊裝設(shè)備的可靠性和強(qiáng)度應(yīng)滿足現(xiàn)場施工要求，為梁體吊裝預(yù)位和推行創(chuàng)造條件，邊緣限位裝置的剛度也應(yīng)滿足設(shè)計要求，確保頂推階段的橫向約束始終有效。

2.3 推進(jìn)結(jié)構(gòu)安全分項優(yōu)化設(shè)計

首先，在不改變主梁力學(xué)行為的前提下，鋼箱梁頂推作用位置應(yīng)堅持保守設(shè)計原則，增加頂推作用位置的板厚，一方面可以抵抗應(yīng)力集中效應(yīng)影響，另一方面也能夠預(yù)防荷載作用下的撓曲變形和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題；此外，繼續(xù)優(yōu)化導(dǎo)梁構(gòu)件的合理長度，一定長度的導(dǎo)梁能夠控制主梁的負(fù)彎矩水平，但過長的導(dǎo)梁將加重導(dǎo)梁與主梁銜接位置的承載負(fù)擔(dān)，建議在設(shè)計導(dǎo)梁的過程中應(yīng)結(jié)合主梁節(jié)段特點對其長度進(jìn)行優(yōu)化，且主梁與導(dǎo)梁應(yīng)使用高強(qiáng)螺栓連接，以提高二者之間的連接剛度。

3 結(jié) 語

安全控制是鋼箱梁頂推施工過程中的核心和關(guān)鍵，直接關(guān)系到鋼箱梁橋的施工質(zhì)量和未來服役能力；本文分析了頂推施工的主要技術(shù)類型，并對鋼箱梁頂推施工過程中的潛在安全風(fēng)險進(jìn)行了闡述；最后，根據(jù)安全風(fēng)險類型提出了相應(yīng)的控制措施。