鋼箱梁頂推方案設(shè)計與施工技術(shù)

劉長超

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

在橋梁建設(shè)過程中，受周圍交通環(huán)境復(fù)雜多樣性的影響，特別是需要跨越已有線路時，傳統(tǒng)的鋼箱梁架設(shè)施工工藝已不能滿足建設(shè)的需要。頂推施工技術(shù)具有工期短、設(shè)備單一、交通干擾少等特點(diǎn)，因此這一技術(shù)在城市高架橋的建設(shè)中優(yōu)勢明顯。但是頂推法施工使得體系轉(zhuǎn)換頻繁，施工過程中，主梁位置以及受力狀態(tài)都在不斷發(fā)生變化，施工安全風(fēng)險也隨之增大。因此，結(jié)合一定工程實(shí)踐，提出適用于鋼箱梁的頂推施工設(shè)計方法和施工技術(shù)尤為關(guān)鍵[1-3]。

頂推施工技術(shù)最早于1959年由德國工程師Leonhardt應(yīng)用于一座PC連續(xù)梁結(jié)構(gòu)（Ager橋），開創(chuàng)了頂推施工的先河。20世紀(jì)70年代末，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，頂推法被引入國內(nèi)。邵厚坤等在我國鐵路領(lǐng)域里第一次利用頂推技術(shù)的混凝土箱梁的建造，并且該橋在施工時應(yīng)用了拆裝式鋼導(dǎo)梁，在我國逐漸被推廣應(yīng)用。譚榮鳴等提出了采用千斤頂進(jìn)行連續(xù)頂推的工法，連續(xù)頂推的優(yōu)勢在于避免了梁體停歇對墩柱產(chǎn)生巨大的水平?jīng)_擊，保證了頂推施工時墩柱的安全。郝維索等依托杭州江東大橋，對多截面組合豎向曲線連續(xù)鋼箱梁的頂推過程中的內(nèi)力變化進(jìn)行研究，借此優(yōu)化臨時墩初始高程確定方案。

目前，對鋼箱梁方案設(shè)計與施工方案的系統(tǒng)研究還相對較少，本文以哈爾濱三棵樹跨鐵路線橋?yàn)槔?，系統(tǒng)研究鋼箱梁頂推方案設(shè)計、施工要點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)、監(jiān)控監(jiān)測要點(diǎn)等技術(shù)難題，對提高鋼箱梁頂推施工的精度和安全性具有重要意義。

1 工程背景

1.1 工程概況

哈爾濱三棵樹跨線橋工程西起南棵二道街，東至道口三道街，橋梁跨越三機(jī)街、火車頭街、水泥路、道口頭道街四條道路?？缇€橋橋梁全長950 m，鐵路部分橋梁寬為36 m，長為169 m，市政部分橋梁寬度為31 m，長度505 m，鐵路橋與市政橋梁通過過渡墩銜接?？缇€橋主橋孔跨布置采用（52+65+52）m等截面鋼箱梁結(jié)構(gòu)，擬采用頂推法施工。

1.2 頂推方案

鋼梁頂推跨度布置3×20.8 m+32 m+55 m+43 m+15 m，共設(shè)置6個頂推點(diǎn)。鐵路線兩側(cè)臨時墩墩頂布置600 t步履式千斤頂，其余臨時墩墩頂布置400 t步履式千斤頂。單幅頂推最少需布置12臺步履式千斤頂。在頂推過程中，為了降低鋼箱梁頂板和底板的應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)以腹板為施工過程中主要受力構(gòu)件。在鋼箱梁頂推時位于外腹板下布置2臺步履式千斤頂，為了保證步履式千斤頂在施工時處于在腹板下方，需要布置6組的臨時墩。

2 頂推施工技術(shù)

2.1 施工特點(diǎn)

跨線橋主橋頂推施工段的長度144 m，最大頂推重量可達(dá)2 049 t，鋼箱梁下方接觸網(wǎng)眾多，頂推過程中傾覆穩(wěn)定性控制很重要，必須采取可靠的防傾覆措施和糾偏限位措施。主橋線形帶有一定弧度的豎曲線，帶豎曲線頂推，對拼裝平臺、臨時墩及鋼箱梁頂推過程中線形的控制要求高。梁體超大且受起重設(shè)備限制，必須現(xiàn)場散拼，現(xiàn)場拼裝定位控制精度要求高、難度大。

2.2 頂推施工要求

（1）鋼箱梁跨鐵路電氣化站場咽喉區(qū)段,對于施工進(jìn)度和施工安全性要求高；（2）最多需要12套頂推設(shè)備進(jìn)行同步施工，對同步控制精度要求高；（3）施工中臨時墩上面所承受的水平載荷需要被嚴(yán)格控制；（4）鋼箱梁腹板承受頂推設(shè)備支撐力，要求頂推設(shè)備具有高精度的支反力調(diào)節(jié)功能。

2.3 頂推施工關(guān)鍵技術(shù)

（1）頂推過程中應(yīng)采用多點(diǎn)頂推的方式，輔以壓力調(diào)節(jié)，應(yīng)當(dāng)在考慮臨時墩所受豎向載荷的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)每個點(diǎn)的頂推壓力值，借此減小臨時墩所承受的水平力；（2）嚴(yán)格控制同步頂推的精度，避免臨時墩承受集中荷載；（3）下降過程同步進(jìn)行，避免單個頂升油缸受到偏載；（4）提高對移動偏差的實(shí)時監(jiān)測精度，如發(fā)現(xiàn)偏差超出限制，應(yīng)及時借助千斤頂糾偏；（5）對臨時墩水平位移和沉降進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，防止臨時墩遭受破壞。

3 計算分析

3.1 計算模型

三棵樹跨線橋工程中的箱梁分三個階段頂推，共劃分為16個工況，每個工況下對臨時墩反力、鋼箱梁撓度及應(yīng)力、鋼箱梁抗傾覆進(jìn)行計算。

主梁采用Q345qD鋼材，抗壓、抗彎容許應(yīng)力取值為250 MPa，抗剪容許應(yīng)力取值為140 MPa。鋼主梁和鋼導(dǎo)梁自重由程序自動加載，考慮橫隔板及勁板等未計入模型，自重系數(shù)取1.5，施工荷載按照2.0 kN/m2考慮。

三個階段計算模型如圖1所示，鋼梁頂推過程中控制性工況如表1所示。

圖1 頂推施工計算模型圖

表1 控制性施工步驟表

3.2 關(guān)鍵計算內(nèi)容

（1）鋼箱梁位移及應(yīng)力計算。

鋼箱梁最大豎向撓度在整個頂推過程中變化較小，豎向撓度的最大值為-43.3 mm，工況6；鋼箱梁正應(yīng)力的最大值為54.5 MPa＜250 MPa，工況8；鋼箱梁剪應(yīng)力的最大值為14.3 MPa＜140 MPa，工況10，最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力均未超出材料容許應(yīng)力，滿足要求。

（2）臨時墩墩頂支反力計算。

頂推支點(diǎn)反力最大值為357.7 t，工況6，臨時墩L4墩頂，如圖2所示。

圖2 工況6支點(diǎn)反力計算結(jié)果圖

（3）抗傾覆計算。

抗傾覆系數(shù)K=（45.27 m鋼梁自重×抗傾覆力臂）/（36 m導(dǎo)梁重量×導(dǎo)梁力臂+19 m鋼梁自重×力臂）=3.05＞1.4。

計算結(jié)果滿足抗傾覆要求。

4 結(jié)語

（1）將橋頂推過程分為3個階段，細(xì)化為16個工況，借助有限元工程軟件MIDAS對各階段頂推工序、頂推步長進(jìn)行精細(xì)化計算，為全橋頂推施工的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。（2）頂推施工對拼裝平臺、拼裝定位控制精度要求高、難度大，需要從頂推施工要求、關(guān)鍵技術(shù)、施工流程、施工控制等方面統(tǒng)籌規(guī)劃。（3）結(jié)合施工方法，對各工序下鋼箱梁位移及應(yīng)力、臨時墩墩頂支反力和施工過程抗傾覆能力進(jìn)行計算，計算結(jié)果均能滿足要求。