魚(yú)腹型鋼箱梁曲線同步頂推滑移施工技術(shù)

金仁貴

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 概 述

隨著交通建設(shè)的發(fā)展，連續(xù)箱梁橋在城市中魚(yú)腹型箱梁形式應(yīng)用迅速增加，施工方法也各有不同［1-4］。在橋梁架設(shè)過(guò)程中經(jīng)常需要跨越河流、軟土及既有線路，因此頂推技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，多位學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了應(yīng)用研究。李杰等［5］針對(duì)鄭州公路鐵路兩用橋連續(xù)板桁組合梁的頂推施工及控制進(jìn)行了應(yīng)用分析；高波［6］闡述了跨既有鐵路的箱梁頂推施工應(yīng)用的安全要點(diǎn)；白烜寧等人［7-9］對(duì)頂推施工過(guò)程主梁的彎矩、支座反力等應(yīng)力分布狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析，得到了頂推過(guò)程中主梁的力學(xué)狀態(tài)；張謙等人［10-11］研究了應(yīng)用頂推施工的關(guān)鍵施工技術(shù)，對(duì)施工控制及相應(yīng)的安全措施提出了許多相關(guān)建議；徐士杰［12］對(duì)大跨度復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋼桁架的吊裝滑移施工進(jìn)行了分析和研究。但對(duì)魚(yú)腹型鋼箱梁曲線頂推的相關(guān)研究并不多見(jiàn)，鑒于此，以昆山亭林大橋?yàn)楸尘?，?duì)跨河魚(yú)腹型鋼箱梁曲線同步頂推滑移安裝施工進(jìn)行了技術(shù)應(yīng)用研究。

馬鞍山路是昆山市的東西向主干道，其東延工程的橋梁全長(zhǎng)585 m，共18跨；跨越北環(huán)城河的亭林大橋主橋采用群樁基礎(chǔ)、高樁承臺(tái)、“魚(yú)腹”型三跨變截面連續(xù)鋼箱梁，全長(zhǎng)153.6 m，分左右兩幅，錯(cuò)孔位布置左右兩幅主橋墩。主橋左右兩幅非對(duì)稱布置，左幅孔跨布置為（31.3+75.3+47）m，右幅孔跨布置為（42.1+78.8+32.7）m，兩幅間距為20 mm；主橋主墩在同一橫截面位置錯(cuò)位布置，橋面總寬度為36～43 m。

2 施工方案選擇與施工工序

2.1 施工方案選擇

由于本項(xiàng)目鋼箱梁整個(gè)外型酷似魚(yú)腹，在施工過(guò)程中無(wú)法像直線型橋梁那樣直接吊裝就位，而需要進(jìn)行多次調(diào)節(jié)才能準(zhǔn)確定位。在項(xiàng)目開(kāi)始施工前，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員提出直接浮吊就位和頂推就位兩種施工方法，由于直接浮吊定位需要吊車長(zhǎng)時(shí)間等待進(jìn)行吊裝調(diào)整，每一階段需要上一階段拼裝完成后方可進(jìn)行下一循環(huán)，施工進(jìn)度緩慢，嚴(yán)重影響進(jìn)度，且施工過(guò)程中吊車對(duì)拼裝精度難以把控，吊裝完成還需進(jìn)行微調(diào)。因此采用先吊裝到滑移軌道，再頂推就位，從而大大加快了施工進(jìn)度，減少了吊車等待時(shí)間；與直接吊裝相比，施工中節(jié)約成本約30余萬(wàn)元，提前45 d完成拼裝任務(wù)，贏得社會(huì)廣泛認(rèn)可。

2.2 施工工序

鋼箱梁總體施工順序見(jiàn)圖1。

圖1 鋼箱梁總體施工工藝流程

3 滑移設(shè)備

液壓同步滑移系統(tǒng)由滑移構(gòu)件（軌道梁、滑移軌道）、夾軌構(gòu)件（頂推油缸、限位裝置）、驅(qū)動(dòng)爬行構(gòu)件（液壓泵站、固定裝置）、控制構(gòu)件（傳感元件、檢測(cè)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)）等幾個(gè)部分組成，利用計(jì)算機(jī)總成控制設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行。

3.1 滑移軌道

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，共布置4道滑移運(yùn)動(dòng)軌道，滑移運(yùn)動(dòng)軌道平面布置以鋼箱梁的腹板線為參考進(jìn)行，每幅橋梁鋼箱梁設(shè)置2道。左幅軌道在河道中段斷開(kāi)，預(yù)留空間，便于浮吊進(jìn)出，滿足現(xiàn)場(chǎng)梁段吊裝施工的要求；由于東西兩側(cè)軌道的標(biāo)高不同，右幅軌道于河道中點(diǎn)斷開(kāi)。

3.2 液壓爬行系統(tǒng)

液壓爬行系統(tǒng)正向運(yùn)動(dòng)可以鎖住軌道形成反力，從而實(shí)現(xiàn)滑移推動(dòng)，在每條滑移軌道（單軌）上分別布置一套，見(jiàn)圖2。自鎖型夾軌設(shè)備不需要反力架解決反力點(diǎn)的加固問(wèn)題，因而簡(jiǎn)化了裝備，減少了操作步驟并節(jié)約時(shí)間；剛性連接與滑移構(gòu)件同步運(yùn)動(dòng)，操作方便，就位精準(zhǔn)，安全可靠；計(jì)算機(jī)總成控制，設(shè)備自動(dòng)化，降低操作問(wèn)題隱患，安全可靠。液壓爬行系統(tǒng)按每幅鋼箱梁兩邊同時(shí)滑移施工考慮設(shè)置，同時(shí)滿足吊裝施工高峰期間同時(shí)分段安裝4個(gè)鋼箱梁節(jié)段的需要。

圖2 液壓油泵及爬行器的工作效果

3.3 液壓泵站

為滿足同步滑移的設(shè)備布置和工作要求，本項(xiàng)目針對(duì)泵站液壓系統(tǒng)的使用通用性、功能可靠性和自動(dòng)化水平進(jìn)行綜合研究，采用構(gòu)件模塊化進(jìn)行液壓泵站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此調(diào)整更換方便；液壓系統(tǒng)的密封等重要元部件采用進(jìn)口產(chǎn)品，為系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)一步提升奠定了可靠基礎(chǔ)；采用計(jì)算機(jī)程序控制電流、油泵比例同步技術(shù)，每個(gè)液壓泵站裝備雙主回路和雙比例閥，使得構(gòu)件的連續(xù)滑移驅(qū)動(dòng)得以保證，系統(tǒng)的同步調(diào)節(jié)性能有效提高，可實(shí)現(xiàn)同步滑移精準(zhǔn)控制。

3.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

3.4.1 傳感器

每個(gè)液壓泵站油缸安設(shè)1個(gè)行程通知傳感器，每個(gè)液壓油缸的大腔側(cè)安設(shè)1個(gè)壓力智能傳感器，確保液壓油缸行程信息、壓力負(fù)荷信息和構(gòu)件的移動(dòng)狀況信息等及時(shí)傳輸?shù)轿弧?/p>

3.4.2 網(wǎng)絡(luò)連接

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，把系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所需要的工作電源線及油缸信號(hào)、比例閥、電磁閥等通訊信號(hào)線從布置于岸邊平臺(tái)的計(jì)算機(jī)控制總成引出，將各種傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸連接線連接于各自的通訊模塊。

3.4.3 控制計(jì)算機(jī)

液壓爬行系統(tǒng)總成控制計(jì)算機(jī)是同步頂推滑移施工的核心裝備，通過(guò)信息通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)反饋相關(guān)數(shù)據(jù)、傳遞總成控制指令，同時(shí)具備滑移施工構(gòu)件同步移動(dòng)、姿態(tài)調(diào)整、受力狀態(tài)控制及滑移過(guò)程顯示、系統(tǒng)故障報(bào)警、安全閉鎖操作等功能，監(jiān)控和操作界面直觀友好。

4 同步滑移技術(shù)

4.1 液壓油缸同步控制

控制人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)出指揮現(xiàn)場(chǎng)液壓泵站的動(dòng)作指令，動(dòng)作指令同時(shí)被所有液壓泵站接收到，所有液壓油缸、對(duì)應(yīng)的電磁閥同時(shí)按指令指示動(dòng)作，步驟協(xié)調(diào)一致，動(dòng)作狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋，控制用戶可以根據(jù)監(jiān)控界面相關(guān)信息實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.2 位置同步控制

控制系統(tǒng)先指定某一主令滑移點(diǎn)，再指定其余隨行滑移點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)同步滑移。不同隨行滑移點(diǎn)同主令滑移點(diǎn)的滑移位移通過(guò)通訊線實(shí)時(shí)傳輸顯示，總成控制計(jì)算機(jī)根據(jù)滑移動(dòng)作需要調(diào)整隨行滑移點(diǎn)滑移速度，確保隨行滑移點(diǎn)同主令滑移點(diǎn)步驟一致，構(gòu)件狀態(tài)滿足要求。

4.3 滑移狀態(tài)穩(wěn)定性分析

4.3.1 滑移速度

滑移構(gòu)件節(jié)段的重量相等，配備相同的液壓裝備，滑移速率基本相同。各次滑移的速度及所需的泵站壓力見(jiàn)表1。

表1 滑移速度和泵站壓力

4.3.2 啟動(dòng)狀態(tài)分析

1）摩擦系數(shù)：根據(jù)以往相關(guān)滑移施工經(jīng)驗(yàn)，滑行面涂滿黃油的滑行軌道，摩擦系數(shù)（靜）可以取值為0.18；正?；七^(guò)程中，摩擦系數(shù)（滑移）取值為0.15。

2）慣性加速度：往返行程正?；疲瑢?shí)際滑移速度控制在16 m/h左右，即16×103/3 600＝4.4 mm/s。假定滑移啟動(dòng)時(shí)，滑移系統(tǒng)在0.5 s內(nèi)將速率提升至4.4 mm/s，則此時(shí)慣性加速度為0.008 8 m/s2?？梢缘弥l(fā)生的慣性力影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用微乎其微。

4.3.3 制動(dòng)狀態(tài)分析

正常滑移時(shí)，滑移鋼箱梁動(dòng)量為mv（v＝4.4 mm/s），摩擦系數(shù)（滑移）為0.15，摩擦力（滑移）為0.15 mg；根據(jù)沖量規(guī)律：mv＝0.15 mg t，則制動(dòng)所需時(shí)間為t＝mv/0.15 mg＝0.03 s，鋼箱梁制動(dòng)時(shí)滑行距離為1/2×4.4×0.03＝0.066 mm，可以得知，鋼箱梁滑移制動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)間距可以忽略不計(jì)。

5 鋼箱梁滑移安裝

5.1 鋼箱梁支架及軌道安裝

箱梁下部的臨時(shí)支架及軌道梁、滑行道在鋼箱梁安裝前施作完成。先進(jìn)行橋梁兩岸的支架基礎(chǔ)施工，再進(jìn)行主橋中跨支架基礎(chǔ)施工，按同樣方法施工鋼管樁、斜撐、剪刀撐等，然后施作中跨軌道梁；全封閉施作右幅橋臨時(shí)支架及軌道梁、滑行道，左幅橋臨時(shí)支架及軌道梁、滑行道根據(jù)浮吊進(jìn)入實(shí)施右幅橋鋼箱梁節(jié)段吊裝需要預(yù)留24 m不閉合，見(jiàn)圖3。

圖3 臨時(shí)支架及軌道梁安裝示意

5.2 鋼箱梁節(jié)段滑移

采用浮吊吊裝運(yùn)輸?shù)轿坏墓?jié)段鋼箱梁至滑移軌道梁上，安裝滑移推行系統(tǒng)，然后沿滑移軌道進(jìn)行構(gòu)件滑移。重復(fù)上述操作步驟，完成右幅及左幅邊跨的鋼箱梁安裝，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 鋼箱梁節(jié)段吊裝頂推滑移實(shí)景

圖5 鋼箱梁節(jié)段吊裝滑移拼裝示意

左幅邊跨鋼箱梁節(jié)段全部安設(shè)到位，施工左幅中跨臨時(shí)支墩及承重梁，指揮浮吊船將左幅中跨剩余鋼箱梁節(jié)段吊至承重梁上，東西兩側(cè)梁段依次交替行進(jìn)。選擇日最低氣溫且溫度變化較平穩(wěn)的時(shí)段吊裝左幅鋼箱梁合龍段，進(jìn)行合龍，完成整橋的滑移拼裝，見(jiàn)圖6。

圖6 鋼箱梁完成拼裝效果

5.3 鋼箱梁節(jié)段組拼

鋼箱梁吊裝共分為41個(gè)節(jié)段，施工時(shí)總體按先后依次滑移施工鋼橋兩端（6＃、9＃墩）部位鋼梁，然后再中間主航道部位合龍。主航道上方的鋼梁，先施工東面的右幅鋼梁，然后施工西面的左幅鋼梁。東面右幅鋼梁Y10為合龍段，西面左幅鋼梁Z10為合龍段。組拼示意圖見(jiàn)圖7。

圖7 鋼箱梁組拼示意

6 注意事項(xiàng)

1）鑒于滑移軌道體系承載鋼結(jié)構(gòu)的變形因素非常復(fù)雜，借助有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型模擬計(jì)算，得到實(shí)時(shí)有效的結(jié)構(gòu)變形量，總結(jié)變形趨勢(shì)，確定合適的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)精度、頻次滿足要求，真實(shí)可靠反映結(jié)構(gòu)變形特征，結(jié)合臨時(shí)支墩基礎(chǔ)的沉降數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行平差計(jì)算、數(shù)據(jù)回歸分析，總結(jié)形成完整系統(tǒng)的變形信息，反饋到各施工專業(yè)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2）頂推滑移施工需經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)試、預(yù)滑移和正式滑移三個(gè)階段。系統(tǒng)調(diào)試：液壓同步滑移設(shè)備系統(tǒng)全部安設(shè)完成，全面系統(tǒng)檢查各部部件連接情況；啟動(dòng)爬行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓泵站，將壓力值調(diào)節(jié)至5 MPa，仔細(xì)檢查伸縮爬行器，主油缸A、B腔的輸油管路是否正確連接，同時(shí)檢查截止閥與油缸的相對(duì)應(yīng)情況；然后檢查電流變化時(shí)比例閥及對(duì)應(yīng)油缸的伸縮速度的響應(yīng)符合情況。啟動(dòng)液壓泵站油缸行程傳感器量測(cè)鋼絲繩，檢查計(jì)算機(jī)總成控制柜中對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈點(diǎn)亮情況，再核查行程傳感器信號(hào)傳輸指令反饋情況。預(yù)滑移：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)入“自動(dòng)”操作程序執(zhí)行結(jié)構(gòu)的整體滑移模式運(yùn)行；在預(yù)滑移模式運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各點(diǎn)的位置、應(yīng)力狀態(tài)等參數(shù)，檢查核實(shí)控制系統(tǒng)的同步運(yùn)行狀況，密切關(guān)注控制參數(shù)與運(yùn)行狀況的相對(duì)應(yīng)，必要時(shí)進(jìn)行修改、調(diào)整以保證系統(tǒng)運(yùn)行符合施工需要。正式滑移：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)，輸入根據(jù)設(shè)計(jì)荷載設(shè)定的爬行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大推力值，進(jìn)行逐步加載運(yùn)行，按照最大推力的40%、60%、80%分級(jí)進(jìn)行加載；運(yùn)行穩(wěn)定可控且符合預(yù)先設(shè)定，可逐漸加到總壓力的100%。

7 結(jié) 語(yǔ)

1）與使用傳統(tǒng)反力架的液壓牽引設(shè)備相比，本項(xiàng)目采用了計(jì)算機(jī)控制液壓同步爬行系統(tǒng)，對(duì)軌道基礎(chǔ)處理要求較低，因?yàn)樵趭A軌構(gòu)件鎖住軌道，充任滑行移位的反力架進(jìn)行推移時(shí)，直接承受推移反力的元件是距滑移構(gòu)件很近的一段軌道；與此同時(shí)，液壓爬行系統(tǒng)的楔型夾塊具備逆向運(yùn)動(dòng)自鎖性能，在滑移運(yùn)動(dòng)中的隨意軌道點(diǎn)位均可進(jìn)行停機(jī)鎖定，且鎖定時(shí)間可根據(jù)需要調(diào)整，可以確保構(gòu)件滑移過(guò)程的施工安全，是狹小空間及高空大噸位構(gòu)件水平滑移施工首選方案。

2）魚(yú)腹型鋼箱梁曲線段采用圓形軌道進(jìn)行分節(jié)段滑移安裝，要求同步頂推滑移系統(tǒng)可以操控設(shè)備進(jìn)行等角速滑移運(yùn)動(dòng)。在同步頂推滑移實(shí)施過(guò)程中，采用指定構(gòu)件某一滑移點(diǎn)為主令滑移點(diǎn)，其余點(diǎn)為隨行滑移點(diǎn)的方法，通過(guò)總成計(jì)算機(jī)控制隨行滑移點(diǎn)與主令滑移點(diǎn)的位置、狀態(tài)保持一致，從而達(dá)到同步滑移的效果。