跨高速鋼箱梁頂推施工過程安全監(jiān)控技術(shù)研究

張承舉

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州313000）

1 工程概況

蘇州工業(yè)園區(qū)南北向次干路，項(xiàng)目北起唯新路，南至葑亭大道交叉口，里程長度約0.72 km，按城市次干路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

主橋采用（43+73+43）m三跨等高連續(xù)鋼箱梁，梁高2.9 m，采用單箱雙室斜腹板斷面，頂板寬15.7 m，底板寬8.66 m，箱梁懸臂長2.5 m。建成后效果圖見圖1。

圖1 工程效果

擬建場地位于蘇州工業(yè)園區(qū)星湖街東側(cè)，唯新路南側(cè)，葑亭大道北側(cè)。因葑亭大道正在進(jìn)行半幅封閉施工，道路較窄，且高速路南側(cè)有110 kV高壓線及軍用光纜，高速北側(cè)場地較寬敞，因此本次鋼箱梁由唯新路進(jìn)入施工現(xiàn)場，從北往南頂推。

2 橋梁施工控制原則及控制指標(biāo)

精確把控鋼箱梁的頂推、橫移及落梁過程是本橋的整個頂推施工流程中的重難點(diǎn)，需借助橋墩以及臨時墩作為頂推反力墩，主梁的移動會導(dǎo)致鋼箱梁、導(dǎo)梁、橋墩的應(yīng)力和變形發(fā)生改變。在頂推鋼箱梁的動態(tài)移動過程中，各支架和滑塊不均勻變化會產(chǎn)生內(nèi)力重分布，并且箱梁結(jié)構(gòu)頂推至最不利位置時最為危險，所以頂推過程又是這三個過程的重中之重。本次施工過程中需要分別檢測橋墩、臨時墩、鋼箱梁和導(dǎo)梁的應(yīng)力和變形，并且以控制線型為主要指標(biāo)，控制應(yīng)力為次要指標(biāo)，建立鋼箱梁頂推施工的雙控指標(biāo)，以確保結(jié)構(gòu)成型后能達(dá)到較為理想的受力狀態(tài)。施工現(xiàn)場模擬圖見圖2。

圖2 施工現(xiàn)場模擬

采用Midas/Civil建立本工程橋梁頂推分析模型（圖3），對頂推過程各階段進(jìn)行施工過程模擬。提取各不利工況下應(yīng)力及變形較大位置作為監(jiān)控控制點(diǎn)。

圖3 橋梁頂推過程分析模型

2.1 鋼箱梁平面軸線偏位控制

在鋼箱梁頂推過程中往往因?yàn)閮啥饲Ы镯數(shù)牟煌?，造成鋼箱梁平面軸線偏移，這時就需要進(jìn)行鋼箱梁平面軸線偏位，隨時調(diào)整鋼箱梁的軸線位置。軸線偏拉控制時既要實(shí)時測量箱梁平面線型，也要密切關(guān)注千斤頂?shù)捻斖屏Γ坏┏霈F(xiàn)鋼箱梁的平面軸線偏移，就要立刻調(diào)整兩端千斤頂?shù)捻斖屏?，把鋼箱梁的軸線位置控制在合理范圍內(nèi)。

2.2 鋼箱梁和導(dǎo)梁應(yīng)力監(jiān)控

由于懸臂的增長和結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換，鋼箱梁和導(dǎo)梁的桿件應(yīng)力在施工中不斷變化，應(yīng)力大小和拉壓狀態(tài)都有可能隨時改變。應(yīng)力變化的復(fù)雜性要求需要實(shí)時進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，如果發(fā)生了應(yīng)力變化的異常情況，就要立即預(yù)警，暫停施工，及時尋找原因并解決問題，防止桿件在頂推過程中發(fā)生屈服和失穩(wěn)，保證施工的順利進(jìn)行和施工人員的安全。

2.3 導(dǎo)梁端部變形控制

主線鋼箱梁的部分梁段跨越滬寧高速，施工過程中必須嚴(yán)格把控梁端的變形，以保證梁段下有充足的凈空距離，不影響高速公路的通行。懸臂端撓度可為導(dǎo)梁受力安全狀況提供預(yù)警，撓度太大或者變化速度太快都表明存在安全隱患。施工中通過測量導(dǎo)梁的端部標(biāo)高來體現(xiàn)撓度的變化，達(dá)到最大懸臂長度時最需要關(guān)注導(dǎo)梁端部標(biāo)高，同時也能通過梁段標(biāo)高確定千斤頂臨時起頂主梁高度［1-2］。

2.4 頂推支架

頂推支架設(shè)置在橋梁墩頂部位的鋼橫梁上，鋼箱梁頂推施工中需要監(jiān)測橋墩水平和豎直位移，確保頂推支架不會因鋼箱梁傳遞來的水平推力發(fā)生安全問題。

3 應(yīng)力監(jiān)測測點(diǎn)布置

鋼箱梁在設(shè)計時使用了多種假設(shè)和參量，而實(shí)際現(xiàn)場施工狀況復(fù)雜多變，兩者之間存在誤差，計算出來的結(jié)果和實(shí)際施工達(dá)到的受力狀態(tài)并不完全相符，因此有必要實(shí)時對鋼箱梁的控制截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，從而為施工提供指導(dǎo)［3］。

3.1 鋼箱梁和導(dǎo)梁應(yīng)力監(jiān)控

通過計算分析各工況時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，擬選取四個應(yīng)力測試截面，分別為導(dǎo)梁根部、邊跨跨中、中間支座、中跨跨中。測點(diǎn)布置示意及儀器安裝見圖4～6。

圖4 主梁及導(dǎo)梁應(yīng)力測點(diǎn)布置斷面位置

圖5 主梁應(yīng)力測點(diǎn)布置示意圖

圖6 現(xiàn)場儀器安裝

3.2 頂推支架應(yīng)力監(jiān)測

頂推支架作為主要臨時構(gòu)件，在頂推過程中主要承擔(dān)鋼箱梁荷載，較為重要。故在頂推過程中對于較大受力位置進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。測點(diǎn)布置見圖7。

圖7 頂推支架應(yīng)力測點(diǎn)位置

4 變形監(jiān)測測點(diǎn)布置

4.1 頂推支架與拼裝平臺變形監(jiān)控

頂推反力裝置布設(shè)在橋墩頂部位的鋼橫梁上，并對橋墩的水平和垂直位移進(jìn)行監(jiān)測，使位移控制在合理范圍內(nèi)。

實(shí)時監(jiān)測拼裝和頂推平臺的沉降以確保鋼箱梁拼裝和頂推施工的順利進(jìn)行。

在各橋墩墩頂順橋向設(shè)置兩個單棱鏡，用全站儀進(jìn)行觀測。變形觀測點(diǎn)布置情況見圖8。

圖8 變形觀測測點(diǎn)布置示意

4.2 導(dǎo)梁端部標(biāo)高監(jiān)控

因頂推施工過程中，導(dǎo)梁端部標(biāo)高是動態(tài)變化的，單靠棱鏡采用全站儀進(jìn)行觀測難度較大，且數(shù)據(jù)真實(shí)性難以保證。故采用靜力水準(zhǔn)儀利用太陽能供電的方式對端部變形進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)控。見圖9。

圖9 導(dǎo)梁端部布置靜力水準(zhǔn)儀

4.3 鋼箱梁主軸線側(cè)向偏移位置監(jiān)控

在頂推導(dǎo)梁和鋼箱梁時，鋼箱梁和導(dǎo)梁偏位可能是由兩側(cè)施力不對稱以及兩側(cè)滑道阻力不一致等多種原因共同造成的。因此，施工過程中應(yīng)實(shí)時觀測，及時發(fā)現(xiàn)和糾偏，確保梁的軸線位置準(zhǔn)確，控制橫向偏位。在導(dǎo)梁和鋼箱梁的兩端布置反射片后可以使用全站儀精準(zhǔn)測量橋梁整體的橫向偏移值［4］。

5 頂推過程關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)

從2019年9月6日至2019年9月25日頂推到位，共20 d。在頂推形成結(jié)束后，為確保安全，對橋梁后續(xù)進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測報表直到頂推到位后的9月25日，見表1。

表1 頂推過程關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)

6 監(jiān)測結(jié)果

1）在頂推結(jié)束后，鋼箱梁最大應(yīng)力為135.26 MPa，小于預(yù)警值170 MPa，處于安全可控范圍內(nèi)。儀器安裝部位可能存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力較為復(fù)雜，存在測試數(shù)據(jù)偏大現(xiàn)象。

2）在頂推期間，頂推支架最大應(yīng)力為89.41 MPa，小于預(yù)警值140 MPa，結(jié)構(gòu)處于安全可控范圍內(nèi)。

3）在頂推期間，頂推支架最大位移為5.7 mm，小于預(yù)警值6 mm，結(jié)構(gòu)處于安全可控范圍內(nèi)。

4）在頂推期間，導(dǎo)梁端部最小凈空高度為6.814 m，大于預(yù)警值6 m，結(jié)構(gòu)處于安全可控范圍內(nèi)。

5）頂推過程中，對橋梁軸線進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)控［5］，軸線最大偏位為86.9 mm，頂推過程中進(jìn)行了及時調(diào)整，保證了頂推過程中橋梁的側(cè)向穩(wěn)定。

7 結(jié) 語

本文以蘇州市劍科路接方灣街（跨滬寧高速）工程鋼箱梁頂推施工為例，對導(dǎo)梁端部變形、鋼箱梁應(yīng)力及線形、頂推支架應(yīng)力及變形等多維度參數(shù)實(shí)時監(jiān)控與及時反饋與調(diào)整，保障了蘇州市劍科路接方灣街（跨滬寧高速）工程鋼箱梁安全頂推到位，也為同類跨高速橋梁頂推的施工監(jiān)控提供了參考。