鋼桁梁步履式頂推施工控制技術(shù)研究

黃群廣，趙宏偉，趙華

（1.中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000；2.四川鐵科建設(shè)監(jiān)理有限公司,四川 成都 611731；3.中鐵科學(xué)研究院有限公司,四川 成都 610000）

頂推法從技術(shù)特點、實施過程的管理、條件和其他技術(shù)有很大區(qū)別。由于頂推法施工機理的特點，對其實施過程的分析也與其他施工方法存在一定區(qū)別。頂推法的優(yōu)勢在于跨越能力強、使用工具少、保障施工質(zhì)量等。常見的頂推法有步履式和拖拉式。其中，步履式集頂升工程、平移、橫轉(zhuǎn)于一身，完成了橋的豎向、順橋向、橫橋向移動，以及微調(diào)糾偏線等。例如，贛州市蟠龍大橋項目主橋、錢塘江新建大橋均是采用鋼桁梁步履式頂推施工。

1 工程概況

浩吉鐵路是列入我國“十二五”發(fā)展計劃、“十三五”《經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃綱要》和《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的重要建設(shè)項目，連接數(shù)條煤礦集疏運航線，是點網(wǎng)緊密結(jié)合、鐵水聯(lián)運的大力量、高效率煤礦交通運輸體系，成為“北煤南運”新的貨運大通道，已于2019年9月28日正式通車運營。

新建張家灣聯(lián)系點為浩吉鐵路和隴海鐵路的聯(lián)系道路，總長為7.956km，貨車聯(lián)右線特大橋的第64m鋼桁梁，是浩吉鐵路張家灣聯(lián)系點通過隴海鐵路與浩吉鐵路正線聯(lián)絡(luò)道路結(jié)合面最大的橋梁構(gòu)造型式，鋼桁梁采取步履法頂推安裝，施工作業(yè)為營業(yè)線Ⅱ級施工，施工地點對應(yīng)隴海里程：K828+000~K828+230。

鋼桁梁主要由主桁、主橫桁架梁、上縱梁、下平聯(lián)梁等構(gòu)成。如下圖1所示為主桁立面。主桁之間的連結(jié)方式如焊接節(jié)點，可以提高建筑構(gòu)件的總體強度；桿件與連接使用高強度螺栓聯(lián)接，現(xiàn)場便于操作施工。

圖1 主桁立面圖

2 主要臨時措施

2.1 頂推鋼導(dǎo)梁

根據(jù)施工支架布置間距，頂推最大懸臂54m。為降低鋼桁梁懸臂端撓性，并符合整體結(jié)構(gòu)的受力特點，在鋼桁梁前端處設(shè)有“鷹嘴”用于導(dǎo)梁前端上墩，“鷹嘴”的臺階約高20cm。鋼導(dǎo)梁分節(jié)段工廠制造，運至現(xiàn)場進行拼裝。鋼導(dǎo)梁設(shè)計時使用了Q345材料，縱向直徑大約為44.35m，上弦中心高度為11m，與導(dǎo)梁下弦的橫向中心距離為7.6m，導(dǎo)梁上、下弦均采用了箱型構(gòu)造，整體總重約180t，導(dǎo)柱為空間桁架構(gòu)造。栓接范圍內(nèi)各板件均需要進行噴砂處理，滿足摩擦面抗滑移系數(shù)大于0.45，在完成品裝之后，對于栓接范圍進行局部補涂防腐涂裝。

2.2 頂推滑塊

頂推浮動塊是鋼桁梁的重要受力構(gòu)件，一般設(shè)計在鋼桁梁節(jié)點下面，以進行頂推工作過程中的整體結(jié)構(gòu)力系轉(zhuǎn)移。浮動塊底部是MGE板，與滑道直接對接，摩擦力較??；上面的是橡膠墊板，摩擦力很大，一般與鋼桁梁下弦相接觸。頂推的曲柄滑塊一直位于鋼桁梁節(jié)點部，當(dāng)頂推到達某個節(jié)距的位置后，首先，使用步履機從節(jié)點部將鋼桁梁整個頂起，然后，再將滑塊滑動至初始部位，最后，使用部分步伐機的起頂行程，將大部分豎向承載力轉(zhuǎn)移至曲柄滑塊上，從而完成下一次的頂推施工。

3 鋼桁梁步履式頂推同步性控制施工技術(shù)

步履式頂推法相較于其他施工方法來說，復(fù)雜程度較高。指鋼桁梁橋由桿件構(gòu)造拼裝至頂推就位的一次完整流程，施工非常復(fù)雜，對工作人員的專業(yè)知識水平要求也相當(dāng)高。步履式頂推法并不能一次完成工作，在完成設(shè)計工作過程中必須反復(fù)頂推，直至完成設(shè)計工作里程。但在頂推工作過程中，就應(yīng)該在各階段監(jiān)控鋼桁梁的熱力學(xué)性能，以防止由于過分控制某個節(jié)點所產(chǎn)生的重大安全隱患。同時還必須把握好關(guān)鍵點，并建立相應(yīng)的措施，以保證整個過程中施工人員的生命安全。而傳統(tǒng)的大步履式頂推施工方法僅適應(yīng)于箱梁，而無法滿足鋼桁梁的特性，如節(jié)點的不連續(xù)布置、節(jié)點位移隨澆筑過程而改變（鋼架梁只能在節(jié)點附近頂推），但是，在實際施工過程中具有很大的安全隱患。

該橋因是簡支鋼桁梁橋，故在頂推澆筑時需要節(jié)點受力?；诖?，傳統(tǒng)的步伐型頂推裝置已無法在本次項目中應(yīng)用，所以引入了改進的步履式頂推施工工藝。使用滑道梁及滑塊與傳統(tǒng)的步履式頂推設(shè)備形成一個鋼桁梁步履頂推設(shè)備組，通過滑塊的豎向分載實現(xiàn)步履機頂推過程中的豎向荷載限制要求，從而滿足下弦桿跨中位置受力限制的要求，通過步履機與滑道梁滑塊組合的相互作用，達到鋼桁梁橋前行的目的。

3.1 頂推系統(tǒng)

鋼梁頂推采用的是國內(nèi)先進的步履式頂推系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能良好，頂推系統(tǒng)本身即可完成鋼梁線型的糾偏。鋼梁頂推為上跨隴海鐵路，不對貨車通行造成影響。所有子系統(tǒng)均是由通訊線連接控制總站進行同一控制。

3.2 頂推原理

因頂推時須保證鋼桁梁節(jié)點為主受力點，因此采用滑塊可行走的步履式頂推設(shè)備。每一個頂推斷面配置2套頂推設(shè)備。在頂推過程中，將鋼桁梁主要受力置于滑道梁的浮動塊上，然后，啟動頂推機構(gòu)使鋼桁梁向前頂推進約一行程，隨后通過步履機豎向螺旋千斤頂回程，完成了豎向螺旋千斤頂和鋼桁梁的分離，然后，縱向螺旋千斤頂返程，最后，步履機又返回原位置，如此反復(fù)循環(huán)完成了鋼桁梁和滑塊的滑移?；瑝K行走在滑道梁的最前部，步履機豎向千斤頂就位于鋼桁梁結(jié)點部位，這樣就可以大行程起頂，并使浮動塊向后移至下一結(jié)點部位，以進行下一次系統(tǒng)的起頂推操作。

3.3 拼裝鋼桁梁

3.3.1 桿件拼裝

張家灣貨車聯(lián)右線與特大橋的對接段結(jié)構(gòu)都是曲線深路塹，所以現(xiàn)場并不作為桿件搭設(shè)的存放和拼裝區(qū)，而是桿件在搭設(shè)運輸?shù)轿缓笾苯油瓿闪藱z測驗收的拼裝架施工，使單條桿件的搭設(shè)拼裝成為了一個完整階段。在鋼桁梁拼裝過程中，小橫桿的拼裝和檢測都必須注意抑制，用全站儀測量對鋼桁梁的水平偏位進行檢測，或者用水準(zhǔn)尺對豎向標(biāo)高、三桁之間的高度進行檢測。通常在溫度穩(wěn)定的時候來進行檢測，因此環(huán)境溫度變化也是影響鋼桁梁拼裝結(jié)果的主要原因。

主桁弦桿均采用高強度螺栓栓接，其余結(jié)構(gòu)均用焊接連接。栓接范圍內(nèi)的所有構(gòu)件都必須噴灑熱響應(yīng)涂料。在拼裝前必須對桿件部位、高度精確放樣，并且在整體拼裝過程中進行適當(dāng)調(diào)節(jié)以保證整體拼裝精確度。

組裝時，需要在整體拼裝流程中正確判斷和實時進行拼裝的部位和高度準(zhǔn)確，以保證組裝精度。當(dāng)鋼桁梁桿件進入到建設(shè)施工現(xiàn)場之后，首先，就必須對桿件的結(jié)構(gòu)資料進行認(rèn)真核實，并對照實物。在無其他疑問的情況下，由有關(guān)工程技術(shù)人員簽字確定，然后，才開始進行安裝。而如果結(jié)構(gòu)偏差達到規(guī)定范圍外時，則原單位就必須進行改造才能夠完成安裝。同時，在進入施工現(xiàn)場檢查的過程中，嚴(yán)格控制桿件的偏差，以避免不合理的問題，對整體鋼桁梁工程質(zhì)量產(chǎn)生影響危害。安裝之前，重點檢測磨損、變形、焊接、基本部件厚度、油膜厚度及其與圖紙和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的厚度誤差。拼裝前，按照原施工圖紙重新繪制拼裝圖和螺栓聯(lián)接的標(biāo)識圖形，同時，對原桿件搭設(shè)數(shù)量和編號重新進行審核，并在相應(yīng)桿件搭設(shè)上畫出螺栓聯(lián)接的尺寸范圍、安放方位、吊掛重心情況等。再拼裝前，對原拼裝圖紙和螺栓聯(lián)接的標(biāo)準(zhǔn)圖重新進行審核，避免出現(xiàn)偏差。

3.3.2 臨時結(jié)構(gòu)

(1)臨時支架

鋼桁梁頂推施工作業(yè)臨時支架包括1號主墩前的3號支架和2號主墩前的4號支架，支架均為鋼管型鋼結(jié)構(gòu)，3號支架組有3排鋼管，承臺上坐落1排支架，另外2排支架為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；4號支架為雙排鋼管，直接坐落在承臺上。圖2所示為臨時支架圖。

圖2 支架里面圖

(2)臨時墩

尺寸、位置也對梁體的施工精度有很大影響。頂推臨時墩是為了減小頂推跨度，從而減小梁截面彎矩而設(shè)置的。雖然在設(shè)計時考慮了一定的安全系數(shù)，但頂推過程的復(fù)雜性而導(dǎo)致的其他不可預(yù)見的變形是無法消除的，如果其中某個臨時墩的變形過大，就會導(dǎo)致在鋼梁內(nèi)產(chǎn)生較大內(nèi)力，對梁的安全不利。故在頂推過程中應(yīng)實時地對頂推支架變化進行監(jiān)測，頂推時在頂推支架上面設(shè)有操作平臺，頂推時也可在平臺上進行監(jiān)控臨時墩的變化和移動。在對于臨時墩施工過程中，需要保證放樣準(zhǔn)確各臨時墩的位置不得偏離設(shè)計要求，同時臨時墩應(yīng)力也需要滿足相關(guān)資料的要求。

3.4 鋼桁梁頂推過程控制

在建筑整體頂推過程中，鋼桁梁水平偏位高度應(yīng)當(dāng)限制在一定標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。本次頂推在每個鋼梁截面處都放置有2臺步履機，在頂推時，若步履機水平頂不同步，則會導(dǎo)致鋼梁在頂推時發(fā)生橫向偏移或者橫向轉(zhuǎn)動，雖然可以通過糾偏頂進行調(diào)整，但非常耗時，若在鐵路線上頂推，則可能會導(dǎo)致在封鎖要點期間內(nèi)完成不了設(shè)計的頂推距離。所以，必須要保證所有步履機的同步性。鋼桁梁頂推過程中下弦距離基礎(chǔ)網(wǎng)承力索之間相距約2.15m，所以采取了“慢行”頂推措施，按照施工技術(shù)等級劃分原則“繁忙線路和線路封閉及以內(nèi)的重大上跨鐵道構(gòu)造物實施”為營業(yè)線II級實施。

鋼桁梁頂推過程中，在梁體應(yīng)力、導(dǎo)柱前端下?lián)?、鋼桁梁整體偏位方面均設(shè)有預(yù)警值，在現(xiàn)場澆筑過程中，接近預(yù)警值進行警示，超過預(yù)警值后停止繼續(xù)頂推作業(yè)。查明原因確定頂推無風(fēng)險后繼續(xù)開啟頂推作業(yè)。在澆筑過程中，頂推一個單節(jié)間距，并利用頂推設(shè)備中曲柄滑塊與上部托柱之間的相互作用，由滑道柱上的豎向千斤頂把桁柱頂起，使墩頂部的曲柄滑塊向后移至相應(yīng)的水平部位，落頂之后開展下一步施工。使每個頂推行程的同步偏差限制在2mm之內(nèi)，以保證頂推安全。

此外，觀測梁體的移動狀況以及墩頂位移狀況也十分關(guān)鍵。以設(shè)計允許誤差的最大偏差，換算坐標(biāo)，并從開始施力到梁體移動狀態(tài)開始，進行持續(xù)觀察。當(dāng)位移量達到設(shè)定的最大值時，立即中止施力，并重新調(diào)節(jié)各頂推裝置的頂推進值，以滿足條件。在所有頂推一次階段后，用全站儀和水準(zhǔn)儀測定鋼桁梁，以控制電路形狀和高度。依據(jù)測定結(jié)果，頂推裝置的操作者發(fā)出命令進行補偏救弊。

3.5 落梁精度控制

鋼桁梁頂推到規(guī)定好的里程后，就開始確定落梁的位置。它通過利用墩頂千斤頂?shù)捻斏⑹章洌约袄寐菪Ы镯斚路胶蛪|在橋墩上的墊片交替拆除，實現(xiàn)落梁。當(dāng)達到相應(yīng)水平以后，開始準(zhǔn)備落梁。在落梁過程中，一定要嚴(yán)格控制精度，徹底矯正落梁的高度誤差，以控制鋼桁梁所設(shè)計線形的平面誤差和高程誤差都在合理范圍之內(nèi)。橫梁在落地后，應(yīng)當(dāng)設(shè)置臨時支撐和臨時約束，以實現(xiàn)與鋼梁桁架體系的轉(zhuǎn)換，并避免柱體由于臨時負荷或溫度變化而與原設(shè)計部位脫離。因為落梁過程中鋼桁梁底部距離接觸網(wǎng)承力索位距離存在小于2.0m的階段，因此將落梁施工過程中，從距離接觸網(wǎng)距離小于2.05m開始確定為營業(yè)線Ⅱ級施工，需要垂直天窗點和停點狀態(tài)下作業(yè)。

導(dǎo)致鋼桁梁線形的因子眾多，特別是高溫，而陽光對鋼桁梁的輻射也有著直接作用。在確定了鋼桁梁成橋線形，且夜間氣溫比較穩(wěn)定之后，再進行頂推，即按照當(dāng)時氣溫來對鋼桁梁尺寸進行測算，避免溫度影響。

本次使用了步履式的頂推施工工藝，采取小循環(huán)頂推進。步驟一：步履機全行程起頂狀態(tài)，可落梁15cm，梁體底至滑道梁上墊塊頂距離10cm。步驟二：步履機回程15cm，去掉步履機分配梁上方一層10cm墊塊，完成落梁10cm。步驟三：步履機起頂15cm，去掉滑道梁上墊塊上方一層10cm墊塊。步驟四：步履機回程15cm，去掉步履機分配梁上方一層10cm墊塊，再次完成落梁10cm。步驟五：步履機起頂10cm，去掉滑道梁上所有臨時墊塊。步驟六：步履機回程，鋼桁梁落于支座上方。落梁5cm，共計落梁25cm，達設(shè)計位置。在完成落梁之后，立即安裝支座和臨時約束，實現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換。同時需要注意鋼桁梁因為臨時荷載、溫度等因素的影響，避免發(fā)生偏位風(fēng)險。

4 結(jié)語

綜上所述，針對浩吉鐵路的鋼桁梁頂推施工，如果我們選擇了采用步履式的頂推工藝，并利用頂推設(shè)備與進行頂推設(shè)備的同步控制，鋼桁梁就能夠在順橋向、橫橋向進行豎向位移，從而達到對鋼桁梁空間位移的精細化管理。步履式頂推施工法應(yīng)用于鋼桁梁施工中，具備了同步精確、糾偏方便、使用機具少、臨時措施簡便等諸多優(yōu)點，可以有效克服鋼桁梁頂推期間需要節(jié)點受力的問題。