跨線鋼箱梁頂推施工技術(shù)研究

石凱凱

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

一個(gè)龐大而又有序的交通系統(tǒng)是一個(gè)城市經(jīng)濟(jì)脈絡(luò)的真實(shí)體現(xiàn)，除了能加強(qiáng)人與人之間的聯(lián)系之外，還有著促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、政治和文化等各個(gè)方面之間交流的作用，各城市地表交通已趨于飽和，跨線橋梁的施工研究是當(dāng)下的研究重點(diǎn)、熱點(diǎn)。吳永泉[1]研究了跨線橋交叉施工對(duì)高速公路路基的擾動(dòng)影響，并給出了一些針對(duì)性措施；崔衛(wèi)瑞[2]以某高速公路工程跨線橋項(xiàng)目為例，研究了支架搭設(shè)、支架預(yù)壓、模板施工、混凝土澆筑及支架拆除等多個(gè)施工問題；柴加兵[3]對(duì)市政高架橋跨越高速公路施工時(shí)的頂推施工與吊裝施工進(jìn)行了比較，并給出了選擇方案的參考意見；唐寧[4]采用ANSYS有限元程序?qū)斏^程中墊塊進(jìn)行了仿真分析，總結(jié)了各施工過程中的要點(diǎn)與難點(diǎn)；陳亞娟[5]對(duì)高架橋鋼箱梁頂推施工技術(shù)進(jìn)行了研究，采用案例分析法，分析頂推施工技術(shù)方案及施工工藝。以各位學(xué)者的研究為背景，基于吉林省扶余市富民路公鐵立交橋工程（30+45+30）m鋼箱梁跨京哈線項(xiàng)目的頂推施工，給出了一些頂推施工技術(shù)措施及施工工藝流程，具有一定的參考價(jià)值。

1 工程介紹

1.1 項(xiàng)目簡介

該工程位于吉林省扶余市，橋平面線型位于半徑為300 m的圓曲線及直線上，鋼箱梁橋面全寬（15.025+15.025）m，（30+45+30）m連續(xù)鋼箱梁跨越京哈鐵路K1145+750.7上、下行線，道路里程為DK0+282.01，交角68°，設(shè)計(jì)凈空為8.36 m，橋墩距離鐵路中心線最短距離為6.77 m。

跨京哈鐵路鋼箱梁共3連跨，全長105 m（30 m+45 m+30 m），位于3#橋墩至6#橋臺(tái)之間，分為左右2幅，單幅橋重840 t，總重量1 680 t。主鋼箱梁斷面采用單箱雙室直腹板形式，頂寬15.025 m，底面寬10 m，單側(cè)懸臂長度2.5 m，箱梁設(shè)計(jì)中心線處梁高2 m。左、右幅箱梁頂面各設(shè)1.5%單向橫坡、設(shè)4%縱向坡度，橫坡通過調(diào)整主梁腹板高度來形成。鋼箱梁頂板厚度16~20 mm，底板厚度16~24 mm，腹板厚度16 mm；頂板、底板和腹板設(shè)置縱向加勁肋，橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距3 m。

以鋼箱梁的右幅為研究對(duì)象，右幅鋼箱梁分為7個(gè)節(jié)段，節(jié)段一至節(jié)段五為頂推部分，其余為吊裝部分，不做研究。頂推滑移部分為4#橋墩至6#橋臺(tái)之間的鋼箱梁段，單幅橋滑移長度76.5 m，單幅橋滑移重量612 t，單個(gè)導(dǎo)梁重67 t。

1.2 施工重難點(diǎn)分析

鋼箱梁項(xiàng)目橫跨京哈鐵路線，且鐵路線上方具有一定數(shù)量的高壓線，鋼箱梁底板的焊接施工作業(yè)操作空間十分有限。在施工期間，京哈鐵路線無法停運(yùn)，所以在施工中要格外注意鋼箱梁下部的行車安全，做好預(yù)防施工輔材及電焊渣墜落事故發(fā)生的工作。

施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，通過考察發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊具有一定數(shù)量的居民建筑物，樁基附近有大量的雜草和生活垃圾，且部分樁基附近還有電線桿，這就對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工造成了一定的困擾。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，必須對(duì)這些問題進(jìn)行充分全面的考慮，保證在不影響附近居民的生活的情況下，順利、安全地完成鋼箱梁安裝任務(wù)。

2 頂推施工技術(shù)保證措施

2.1 頂推支架的設(shè)計(jì)

以右幅鋼箱梁為施工對(duì)象，根據(jù)臨時(shí)支架的位置將支架分為4種，即臨時(shí)支架1（右幅4#橋墩位置，如圖1所示）、臨時(shí)支架2（右幅5#橋墩位置）、臨時(shí)支架3（右幅6#橋墩位置）和臨時(shí)支架4（6#橋臺(tái)東側(cè)路面位置）。4種支架的高度不全相等，但其主肢、綴條等的材料型號(hào)相同，即主肢為Φ609×16 mm的圓管，綴條為Φ159×6 mm的圓管，材質(zhì)均為Q235B，支撐短柱選用Φ700×25 mm的箱型截面。從上往下，墊梁一為B800×600×25的三腹板箱型截面，墊梁二為B800×950×25的三腹板箱型截面，墊梁三為B800×600×25的箱型截面，材質(zhì)均為Q355B。

圖1 臨時(shí)支架1示意圖（單位：mm）

2.2 頂推鋼導(dǎo)梁的設(shè)計(jì)

頂推最大跨度為45 m，鋼箱梁滑移時(shí)用一副鋼導(dǎo)梁。在頂推過程中，為了滿足鋼箱梁強(qiáng)度和剛度的要求，以及保證臨時(shí)支墩受力的合理性，需在頂推方向的前端設(shè)置鋼導(dǎo)梁，采用變截面工字鋼型，材質(zhì)為Q355B。

鋼導(dǎo)梁與箱梁之間采用焊接連接，在連接范圍內(nèi)應(yīng)加大截面尺寸。鋼導(dǎo)梁節(jié)段之間采用焊接連接。鋼導(dǎo)梁分節(jié)段工廠制造，現(xiàn)場(chǎng)拼接。鋼導(dǎo)梁長度為27 m，重量為67 t。導(dǎo)梁之間采用H型鋼、鋼管連接成整體。

主導(dǎo)梁截面選用H2035×800×20×20、H1600×800×20×20和H1000×800×20×20焊接H型鋼，主要橫向聯(lián)系桿件選用各段H型鋼，交叉支撐加固連桿選用Φ159×6 mm的圓管，橫連桿選用Φ245×10 mm的圓管。其中型鋼的材質(zhì)均為Q355B，圓管的材質(zhì)均為Q235B。鋼導(dǎo)梁示意圖如圖2所示。

圖2 鋼導(dǎo)梁示意圖（單位：mm）

2.3 其他技術(shù)措施

頂推支架與橋墩連接加固。在頂推施工過程中，頂推支架可能產(chǎn)生頂推方向上的位移，為保證施工安全，將頂推支架與其相鄰的橋墩之間用Φ159×6 mm的連接桿進(jìn)行連接加固，選取的橋墩上的加固點(diǎn)相對(duì)于中心線對(duì)稱。

鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁之間的連接加固。鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁的相交處由于要承受所有的頂推力，所以此處的受力十分危險(xiǎn)，需要進(jìn)行一定的連接加固，加固的方式為：將導(dǎo)梁的腹板進(jìn)行延伸，焊接到鋼箱梁之中，在鋼箱梁的端部用加勁板進(jìn)行焊接加固，以此來保證頂推過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3 頂推施工

3.1 頂推介紹

鋼箱梁頂推一般采用步履式多點(diǎn)頂推法施工，在頂推支架上設(shè)置步履式頂推設(shè)備和墊梁，鋼箱梁通過步履頂推器頂推至設(shè)計(jì)位置。鋼箱梁頂推到位后，利用步履頂推器將鋼箱梁整體卸載落位至支座上，完成鋼梁的頂推滑移施工作業(yè)。步履式頂推器一個(gè)循環(huán)作業(yè)流程具體為：液壓千斤頂頂起鋼箱梁—液壓千斤頂向前頂推鋼箱梁—液壓千斤頂回落—液壓千斤頂回縮。

頂推過程中橋體的承載體系始終由臨時(shí)墩承擔(dān)，當(dāng)液壓千斤頂頂起結(jié)構(gòu)時(shí)千斤頂承載，千斤頂將力傳遞給臨時(shí)墩；當(dāng)千斤頂縮回時(shí)，由臨時(shí)墩前端墊梁托住鋼箱梁，通過墊梁將荷載傳遞給臨時(shí)墩。

該項(xiàng)目按照結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)及滑移施工工藝的要求，鋼箱梁利用“液壓同步頂推”技術(shù)采取“累積滑移”的施工工藝進(jìn)行安裝。

3.2 頂推準(zhǔn)備與思路

在正式頂推施工前，需要進(jìn)行頂推與拼裝支架的施工工作，該項(xiàng)目擬在6#橋臺(tái)東側(cè)設(shè)置2組頂推支架及1組拼裝支架，拼裝支架為鋼箱梁遠(yuǎn)端支架，5#—6#橋墩之間設(shè)置2組頂推支架，4#—5#橋墩之間設(shè)置1組頂推支架，頂推支架布置立面圖如圖3所示。

圖3 頂推支架布置圖（單位：mm）

每組頂推支架上設(shè)置2組步履式液壓頂推器，單幅總共10臺(tái)XY-BL-500型頂推器。頂推思路大致如下：頂推部分鋼箱梁分為5個(gè)節(jié)段，節(jié)段一12.5 m，節(jié)段二、節(jié)段三、節(jié)段四和節(jié)段五均為16 m。先在拼裝胎架上拼裝節(jié)段一、節(jié)段二及節(jié)段三，拼裝完成后在其滑移方向的前端安裝導(dǎo)梁，導(dǎo)梁長度29 m，并利用已安裝完成的步履式液壓同步頂推系統(tǒng)將其整體滑移16 m后，暫停滑移，在拼裝胎架上拼裝鋼箱梁節(jié)段四，拼裝焊接完成后，繼續(xù)將鋼箱梁整體滑移16 m后，暫?；?，拼裝節(jié)段五，拼裝焊接完成后形成鋼箱梁整體滑移單元，進(jìn)行頂推施工。鋼梁頂推到位后，通過各臨時(shí)墩上的橫向千斤頂對(duì)鋼梁縱向線形進(jìn)行微調(diào)。并利用步履頂升器將鋼箱梁整體卸載落位至支座上，完成鋼梁的頂推滑移施工作業(yè)。

3.3 頂推流程

頂推一共分為11個(gè)步驟，具體如下：①在6#橋臺(tái)東側(cè)設(shè)置2組頂推支架，5#—6#橋墩之間設(shè)置2組頂推支架，4#—5#橋墩之間設(shè)置1組頂推支架。每組臨時(shí)支架由2個(gè)支架單體組成，每個(gè)支架頂部設(shè)置1臺(tái)步履頂推器。右幅鋼箱梁共計(jì)布置5組頂推支架、10臺(tái)步履頂推器；②在6#橋臺(tái)東側(cè)的臨時(shí)支架上拼裝鋼箱梁節(jié)段一（長12.5 m）、節(jié)段二（長16 m）和節(jié)段三（長16 m），3段梁焊接完成后在節(jié)段一小里程側(cè)安裝鋼導(dǎo)梁，長度為27 m，布置液壓泵源系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施；③調(diào)試液壓同步滑移系統(tǒng)；④檢查滑移臨時(shí)措施是否滿足滑移工藝及設(shè)計(jì)要求；⑤確認(rèn)無誤后，利用豎向頂升器頂起滑移單元，按照設(shè)計(jì)荷載的20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%和100%的順序逐級(jí)加載，直至鋼箱梁滑移單元開始滑動(dòng)；當(dāng)節(jié)段一向前滑移16 m后暫?；?；⑥在拼裝支架上拼裝節(jié)段四（長16 m）；⑦節(jié)段三與節(jié)段四焊接完成后，豎向頂升器頂起滑移單元，按照步驟⑤繼續(xù)向前滑移16 m后暫?；?；⑧在拼裝支架上拼裝節(jié)段五（長16 m）；⑨節(jié)段四與節(jié)段五焊接完成后形成鋼箱梁整體滑移單元，按照步驟⑤繼續(xù)向前滑移至設(shè)計(jì)位置；⑩鋼箱梁落位卸載，直至落位于橋墩支座上；1○拆除臨時(shí)措施、導(dǎo)梁和滑移設(shè)備，完成鋼箱梁滑移作業(yè)。

3.4 步履頂升器落梁步驟

落梁步驟一共為8步，具體如下：①利用4#、5#、6#橋墩處步履頂推器進(jìn)行卸載落梁，頂推滑移到位后，將鋼箱梁頂起至底部標(biāo)高超過支撐短柱頂部墊梁10 mm，此時(shí)在橋墩支座位置上墊鋼墊塊；②拆除頂部墊梁一、支撐短柱等臨時(shí)措施，頂升器回縮將鋼箱梁落在支座鋼墊塊上；③頂升器頂起鋼箱梁，拆除橋墩支座位置上的部分鋼墊；④頂升器回縮，讓鋼箱梁落位在橋墩支座鋼墊塊上；⑤更換頂升器位置鋼墊塊（降低鋼墊塊的高度）；⑥頂升器頂起，拆除橋墩位置的部分鋼墊塊；⑦重復(fù)步驟①—⑥，頂升器頂起，拆除橋墩位置的部分鋼墊塊；⑧頂升器縮回，鋼箱梁卸載落位至橋墩上。

3.5 鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁施工模擬計(jì)算

3.5.1 鋼導(dǎo)梁施工模擬計(jì)算

采用Midas Civil對(duì)鋼導(dǎo)梁在施工過程中的工況進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，鋼導(dǎo)梁全部采用梁單元進(jìn)行模擬，根據(jù)頂推情況，共分為3個(gè)工況。

第一個(gè)工況：導(dǎo)梁剛接觸到4#橋墩，此時(shí)導(dǎo)梁受到的豎向力為F=150 kN，導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處假定為固定端，導(dǎo)梁在自重和節(jié)點(diǎn)荷載作用下，各桿件應(yīng)力最大值為57.2 MPa，小于295 MPa，強(qiáng)度滿足要求，導(dǎo)梁自由端位移為71.8 mm。當(dāng)荷載放大21.7倍，導(dǎo)梁才會(huì)發(fā)生Mode1屈曲破壞，所以此時(shí)導(dǎo)梁不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。

第二個(gè)工況：頂推至4#橋墩處于導(dǎo)梁中部，此時(shí)導(dǎo)梁受到的豎向力為F=750 kN，導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處假定為固定端，導(dǎo)梁在自重和節(jié)點(diǎn)荷載作用下，各桿件應(yīng)力最大值為188 MPa，小于295 MPa，強(qiáng)度滿足要求，導(dǎo)梁自由端位移為160 mm。當(dāng)荷載放大12.5倍，導(dǎo)梁才會(huì)發(fā)生Mode1屈曲破壞，所以此時(shí)導(dǎo)梁不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。

第三個(gè)工況：頂推至4#橋墩處于導(dǎo)梁根部，此時(shí)導(dǎo)梁受到的豎向力為F=1 200 kN，導(dǎo)梁與鋼箱梁連接處假定為固定端，導(dǎo)梁在自重和節(jié)點(diǎn)荷載作用下，各桿件應(yīng)力最大值為65 MPa，小于295 MPa，強(qiáng)度滿足要求，導(dǎo)梁自由端位移為64 mm。當(dāng)荷載放大19.7倍，導(dǎo)梁才會(huì)發(fā)生Mode1屈曲破壞，所以此時(shí)導(dǎo)梁不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。

3.5.2 鋼箱梁施工模擬計(jì)算

在頂推過程中，導(dǎo)梁跨越鐵路線即將接近4號(hào)橋墩處支架時(shí)為鋼箱梁懸臂段最長時(shí)。此時(shí)鋼箱梁懸臂段長度為18.4 mm，導(dǎo)梁長度為27 mm，3組頂推支架假定為3個(gè)豎直向上的支撐約束，橫隔板自重轉(zhuǎn)化節(jié)點(diǎn)荷載施加在橫隔板處，橫隔板重量為40 kN，在自重和節(jié)點(diǎn)荷載作用下，鋼箱梁最大應(yīng)力為71.2MPa，小于295MPa，強(qiáng)度滿足要求，鋼箱梁自由端位移為37.4 mm，同樣滿足施工要求。

4 結(jié)束語

跨線橋梁是城市交通系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著社會(huì)的發(fā)展，其在當(dāng)今的人民生活中扮演著越來越重要的角色，而跨線橋梁的施工技術(shù)研究則是工程人極為熱衷的一點(diǎn)，其吸引了大量的學(xué)者進(jìn)行研究。頂推施工技術(shù)作為一項(xiàng)經(jīng)典的橋梁施工技術(shù)，在市政橋梁施工中具有舉足輕重的地位。本文以吉林省扶余市某鋼箱梁工程為研究對(duì)象，給出了在鋼箱梁頂推施工過程中的一些技術(shù)措施和施工過程分析，并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行了施工模擬，模擬結(jié)果表明該頂推施工切實(shí)可行、安全可靠，具有一定的參考價(jià)值，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行一定的理論指導(dǎo)。