跨既有道路鋼箱梁步履式多點(diǎn)頂推法技術(shù)研究

摘 要：山湖大道跨滬渝高速橋第二聯(lián)為鋼箱梁，跨徑布置為（43+63+45）=151m。本工程鋼箱梁跨越既有高速公路，跨度和寬度較大，又臨近高壓線鐵塔，施工環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)過研究論證，最終采用了原位吊裝結(jié)合多點(diǎn)同步頂推施工工藝。頂推設(shè)備采用的是SLBLJ-500A型液壓式步履機(jī)。本文通過對(duì)本工程鋼箱梁多點(diǎn)同步頂推施工技術(shù)控制研究，為后期跨線大跨度鋼結(jié)構(gòu)頂推施工提供了借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鋼箱梁；跨越既有高速公路；原位吊裝；多點(diǎn)同步頂推；液壓步履機(jī)文章編號(hào)：2095-4085（2024）03-0043-03

0 引言

隨著近年來國家建設(shè)大力發(fā)展，跨越既有道路和通航航道的大跨徑連續(xù)橋建設(shè)日益增多。這類跨線施工多采用支架現(xiàn)澆、懸臂施工或預(yù)制吊裝的方式進(jìn)行。大多需要在既有通行道路上占道施工，必要時(shí)還要封閉部分交通，且懸空作業(yè)下方車輛通行安全風(fēng)險(xiǎn)較高。近年來鋼結(jié)構(gòu)橋梁以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和優(yōu)良的性能越來越普遍，特別是在跨高速公路、河流、鐵路等部位的橋梁建設(shè)中，鋼箱梁頂推更是展現(xiàn)出良好的優(yōu)越性，在國內(nèi)外橋梁施工建設(shè)中得到了普及和應(yīng)用。

1 工程簡介

該項(xiàng)目為武漢江夏區(qū)光谷南大健康產(chǎn)業(yè)園配套道路，橋梁總長469m。本橋梁跨越既有線路滬渝高速公路，設(shè)計(jì)為跨線立交，與現(xiàn)有滬渝高速公路角度為85°。全橋由三聯(lián)組成，第一、三聯(lián)為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，第二聯(lián)鋼箱梁梁采用三跨連續(xù)鋼箱梁頂推施工工藝，跨徑布置為（43+63+45）=151m。主線橋全寬43m，由凈距2m相互獨(dú)立的左、右幅組成，每幅梁全寬20.5m，結(jié)構(gòu)形式為單箱三室截面，中心線梁高2.72m。該橋左右兩幅橋關(guān)于道路中心線對(duì)稱布置，設(shè)有1.5%的橫坡。橋面橫坡通過主梁結(jié)構(gòu)頂板傾斜設(shè)置，底板與頂板互相平行，中腹板則與底板頂板垂直。

2 頂推施工方案

山湖大道大橋上部結(jié)構(gòu)第二聯(lián)鋼箱梁安裝采用原位吊裝結(jié)合頂推施工的施工方法。鋼箱梁分為13個(gè)節(jié)段，分段吊裝作業(yè)工作幅度為12～18m，吊裝作業(yè)重量為6～76t。鋼箱梁吊裝設(shè)備選用2臺(tái)400t汽車吊，吊裝過程利用千斤頂微調(diào)，微調(diào)到位后進(jìn)行現(xiàn)場焊接，外觀檢測和焊縫無損檢測合格后噴漆。通過試頂推獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，采用500t液壓步履機(jī)進(jìn)行頂推施工，頂推到位后進(jìn)行線性監(jiān)控測量，最終卸載落梁，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)。剩余節(jié)段D10-D13采用汽車吊原地吊裝安裝，完成鋼箱梁施工。

1）鋼箱梁在工廠制造成節(jié)段，涂裝編號(hào)準(zhǔn)備進(jìn)場；2）運(yùn)輸車運(yùn)至既定臨近暫放場地，利用汽車吊提升鋼梁節(jié)段至頂推拼裝平臺(tái)或原位吊裝支架上進(jìn)行現(xiàn)場拼裝；3）D1～D3節(jié)段鋼梁及導(dǎo)梁焊接完成后通過步履式頂推設(shè)備進(jìn)行首次頂推；D4～D9節(jié)段隨后分節(jié)段進(jìn)行吊裝頂推。待D1～D9全部頂推至設(shè)計(jì)里程后頂推施工完成，完成后續(xù)D10～D13節(jié)段原位吊裝。最后拆除支架，完成體系轉(zhuǎn)換。

3 鋼箱梁步履式液壓頂推施工工藝

3.1 臨時(shí)支架

臨時(shí)支架分為拼裝支架和頂推支架，每半幅共搭設(shè)9組支架，其中7#、8#、9#為頂推支架，2#、4#、6#為拼裝支架，1#、3#、5#為頂推拼裝支架。頂推支架是由立柱鋼管φ630×10和柱間鋼管連接系采用M24高強(qiáng)螺栓栓接而成。頂推支架頂部采用兩道雙拼2×H470 H型鋼作為橫梁，底部基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)加鋼管樁形式。拼裝支架由立柱鋼管φ630×10與柱間支撐c16a槽鋼采用M24高強(qiáng)螺栓栓接而成，頂部采用單道H390 H型鋼作為橫梁，底部采用擴(kuò)大基礎(chǔ)加鋼管樁。

采用D45柴油錘施工鋼管樁，根據(jù)支架點(diǎn)位搭設(shè)拼裝支架，先在拼裝區(qū)將其組裝完成，然后通過吊車起吊安裝。待現(xiàn)場支架施工完畢后，在鋼梁吊裝施工前需對(duì)支架進(jìn)行復(fù)檢測量，核對(duì)支架高程、平面位置是否滿足頂推施工標(biāo)高要求。待支架復(fù)檢測量完成后，才可進(jìn)行下一步的鋼梁分段吊裝施工。滬渝高速南側(cè)段落有高壓線懸空，吊裝條件受限，綜合考慮施工條件及安全風(fēng)險(xiǎn)，在高速北側(cè)設(shè)置拼裝支架，從北側(cè)向南側(cè)頂進(jìn)。

3.2 液壓步履機(jī)工作原理

本工程鋼箱梁頂推采用多點(diǎn)頂推和連續(xù)頂推，滑動(dòng)裝置和頂推裝置均成套放置在頂推支架上，頂推力分散到各頂推支架。每組頂推支架上安裝2臺(tái)步履機(jī)，每幅共計(jì)12臺(tái)。本工程采用 Midas Civil 2021進(jìn)行頂推模擬，對(duì)各種工況下最大支點(diǎn)反力進(jìn)行模擬計(jì)算，最終得出步履機(jī)最大支點(diǎn)反力為337.71t，本次施工選用500t液壓步履機(jī)。工作原理示意圖見圖1。

圖1 步履機(jī)工作原理圖

SLBLJ-500A型步履機(jī)構(gòu)造由機(jī)械、液壓、電氣三部分組成。頂推施工每個(gè)行程時(shí)長約10min，先利用豎向千斤頂將鋼箱梁頂升至既定高程，再利用水平千斤頂向前推移，最終通過收回豎向千斤頂將鋼箱梁擱置于墊塊上，千斤頂最終回油收回完成一個(gè)頂推行程［1］。通過鋼箱梁在豎向、橫橋向、順橋向的移動(dòng)，將鋼梁頂推至設(shè)計(jì)位置。

3.3 頂推流程

3.3.1 頂推設(shè)備調(diào)試

步履機(jī)安裝完畢后，連接油電線路，分別在手動(dòng)、自動(dòng)兩種模式下進(jìn)行調(diào)試。手動(dòng)運(yùn)行模式下，在主控臺(tái)操作面板上操作，檢查執(zhí)行元件伸缸或縮缸動(dòng)作動(dòng)作是否正常運(yùn)行。然后在自動(dòng)模式系統(tǒng)下，對(duì)系統(tǒng)各千斤頂?shù)膭?dòng)作同步性、協(xié)調(diào)性等方面的進(jìn)行檢查。待系統(tǒng)的動(dòng)作完全正常運(yùn)行后方可宣布系統(tǒng)調(diào)試完成［1］。通過試頂推測試步履式千斤頂多點(diǎn)頂推的同步性、豎向頂起時(shí)各千斤頂頂升力偏差，獲得頂推工效、摩阻系數(shù)等數(shù)據(jù)。

3.3.2 鋼箱梁頂推步驟

1）在拼裝區(qū)域首先安裝24m導(dǎo)梁，導(dǎo)梁安裝完成后，通過汽車吊吊裝D1～D3鋼梁節(jié)段，隨后進(jìn)行焊接；2）1#、3#、5#臨時(shí)墩頂安裝步履機(jī)進(jìn)行第一次頂推，導(dǎo)梁進(jìn)入滬渝高速上空，開始起吊拼裝D4節(jié)段；3）繼續(xù)向前頂推13.3m后，拼裝D5節(jié)段；4）向前頂推18.2m后，導(dǎo)梁跨越滬渝高速，到達(dá)8#臨時(shí)墩位置，起吊拼裝D6節(jié)段；5）向前頂推16.5m后，導(dǎo)梁到達(dá)SH08墩柱，開始拼裝D7節(jié)段；6）向前頂推16.5m后，拼裝D8節(jié)段；7）向前頂推13m后，拼裝D9節(jié)段；8）繼續(xù)頂推，待鋼箱梁前端到達(dá)9#支架時(shí)將導(dǎo)梁拆除；9）繼續(xù)頂推至鋼梁到達(dá)設(shè)計(jì)位置，頂推調(diào)整到位后落梁，最后完成D10-D13原位吊裝工作，拆除臨時(shí)設(shè)施結(jié)構(gòu)。具體如圖2所示。

4 頂推施工過程關(guān)鍵技術(shù)及重難點(diǎn)

4.1 臨時(shí)支架變形監(jiān)測

增設(shè)臨時(shí)支架可減小梁截面的彎矩，縮短一次頂推的長度。支架設(shè)計(jì)時(shí)已考慮了安全系數(shù)，但多點(diǎn)同步頂推過程產(chǎn)生支架變形風(fēng)險(xiǎn)仍較大。若變形超出設(shè)計(jì)范圍，鋼箱梁的線形將受到明顯的影響，整體的穩(wěn)固性也會(huì)受到一定的影響。因此在頂推過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)對(duì)鋼箱梁支架變形情況進(jìn)行監(jiān)測。頂推臨時(shí)支架搭設(shè)一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，支架的垂直度在搭設(shè)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制。臨時(shí)支架搭設(shè)完成后，在臨時(shí)支架、步履機(jī)操作平臺(tái)上設(shè)置沉降變形觀測點(diǎn)，在頂推過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控支架的變形情況。

4.2 鋼箱梁頂推過程監(jiān)控

在鋼梁頂推過程中，梁體梁受力復(fù)雜，在諸多因素影響下，使得頂推效果具有不確定性，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。箱梁頂推時(shí)的整體姿態(tài)直接影響頂推施工的平穩(wěn)性和頂推的精確性，需要對(duì)頂推過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，從而確保施工安全和施工質(zhì)量。

（1）試頂推前對(duì)各千斤頂支架進(jìn)行檢查，支架結(jié)構(gòu)必須穩(wěn)定牢固，確保不出現(xiàn)頂推時(shí)支墩受力超預(yù)警的現(xiàn)象。

（2）頂推千斤頂布置應(yīng)與鋼梁縱軸平行，防止頂推過程中出現(xiàn)橫向偏移和梁底變形，以防頂推過程發(fā)生傾覆等情況。

（3）各千頂頂部的支墊用橡膠板必須完好，若發(fā)現(xiàn)破壞嚴(yán)重的應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。

（4）各頂推油缸位移通過行程傳感器檢測，然后將位移信號(hào)發(fā)送到主控制柜進(jìn)行計(jì)算處理，再將控制信號(hào)輸出到比例閥組或變頻電機(jī)上，調(diào)節(jié)頂推油缸的伸縮速度，嚴(yán)格控制每個(gè)油缸的位移誤差。

（5）每次頂推完成后必須對(duì)鋼箱梁中線的偏移進(jìn)行測量，偏位誤差應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)。在頂推過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)控頂升、平移及下降過程中力的變化。頂推過程中安排專人實(shí)時(shí)監(jiān)控導(dǎo)梁及鋼箱梁，若導(dǎo)梁有變形、螺絲松動(dòng)、聯(lián)結(jié)處有變形或鋼箱梁發(fā)生局部變形等，應(yīng)立即停止頂推施工，分析原因并妥善處理［2］。

（6）頂推過程中應(yīng)對(duì)鋼箱梁線型、姿態(tài)、空間位置及應(yīng)力進(jìn)行量測監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整頂推過程中各臨時(shí)支架及支撐位置墊塊高度，確保鋼梁線型及應(yīng)力滿足要求。在頂推時(shí)要保證箱梁的正常受力，以免出現(xiàn)局部變形的梁體。

4.3 鋼箱梁拼裝焊接及線形控制

4.3.1 鋼箱梁焊接拼裝控制

為保證梁體在架設(shè)過程中的整體豎向線形及平曲線形，鋼梁出廠前首先在專設(shè)的胎架上進(jìn)行預(yù)拼裝。在裝配時(shí)必須考慮預(yù)留焊接收縮量，以減少焊縫收縮的影響。為了控制焊縫的收縮，在焊接立位對(duì)接焊縫時(shí)，使用較長的馬板進(jìn)行強(qiáng)制約束。鋼梁整體組裝為冬春露天作業(yè)，每跨合攏段的梁段定位組裝預(yù)留伸縮空間，根據(jù)環(huán)境溫度變化進(jìn)行計(jì)算，補(bǔ)償溫差對(duì)鋼梁外形的影響和控制，以減少鋼板熱脹冷縮對(duì)鋼梁定位的影響。

4.3.2 鋼箱梁整體姿態(tài)監(jiān)測

每完成一次頂推行程后，都要對(duì)箱梁四角部的標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測，并對(duì)所得測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)每個(gè)臨時(shí)支墩支墊的高度進(jìn)行必要的微調(diào)，以保證鋼箱梁的整體姿態(tài)和每個(gè)支撐點(diǎn)的位置受力均勻。

在各臨時(shí)墩位置的鋼梁底面設(shè)4個(gè)坐標(biāo)觀測點(diǎn)，每完成一次頂推后，利用經(jīng)緯儀進(jìn)行測量并收集數(shù)據(jù)，分析判斷是否超過調(diào)整墊板的最大允許高度差，如超出容許范圍，立即調(diào)整。

4.3.3 頂推位移及箱梁中線位移監(jiān)測

頂推過程中需對(duì)每次頂推過程中箱梁的頂升位移、水平頂推位移、糾偏位移及鋼箱梁前進(jìn)方向中線偏移等進(jìn)行監(jiān)測。通過設(shè)備位移傳感器可以直接測量得到頂升、頂推、糾偏位移，據(jù)此可知鋼箱梁的空間位移、多點(diǎn)頂推同步的偏差。操作人員根據(jù)設(shè)備界面反饋的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采取處理措施，若各點(diǎn)位移不同步或誤差較大，則應(yīng)停止作業(yè)，待問題解決后再繼續(xù)施工。

4.4 支架拆除與落梁

卸載工作直接關(guān)系到支撐系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也直接關(guān)系到作業(yè)人員的安全，在施工前必須對(duì)支撐和卸載支撐的形式進(jìn)行綜合考慮。一定要先進(jìn)行試卸載后再正式卸載，卸載時(shí)也要掌握所需的卸載同步性要領(lǐng)及操作手法。在進(jìn)行調(diào)節(jié)端切割時(shí)，對(duì)應(yīng)支架處布置一對(duì)50t卸載千斤頂施力，調(diào)節(jié)管割除后，同步緩慢卸載。在卸載點(diǎn)及非卸載位置均應(yīng)布置水平和豎向位移觀測點(diǎn)，在卸載過程中、卸載完成后應(yīng)與驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，必要時(shí)設(shè)置應(yīng)力檢測設(shè)備，以檢測卸載過程中應(yīng)力與變形。

5 結(jié)語

鋼箱梁步履式頂推施工對(duì)既有道路通車干擾大大減小，降低了上跨高速公路施工作業(yè)的危險(xiǎn)性，施工工期可以得到更大程度的縮短，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。本文通過山湖大道跨越滬渝高速鋼箱梁頂推施工，在臨時(shí)支架搭設(shè)、頂推工藝、監(jiān)控監(jiān)測及線形控制等方面做了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為其他類似工程提供一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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［2］陳海珊，黃勝明，關(guān)永強(qiáng)，等. 跨既有高速公路的鋼箱梁頂推施工技術(shù)研究［J］.工程技術(shù)研究，2021（22）：62-64.