简支钢桁梁跨高速公路顶推安装工法

简支钢桁梁跨高速公路顶推安装工法　三航南京分公司　王广生１工程概况　钱伟　两侧为应急车道及硬路肩。与铁路交叉处高　速公路为半路堑半路基形式。　１０８　ｍ钢桁梁全长１０９．５　ｍ，计算跨度　１０８．０　ｎｌ，为双线铁路，线间距４．０～４．００１　ｍ，　白果村跨岳常高速特大桥１号、２号墩　之间采用１０８　１ＴＩ钢桁梁跨越岳常高速公路，　交叉点铁路里程为ＤＫ１３６８＋８４４．２７，交叉处　公路里程为Ｋ８６４＋９００。铁路与高速公路交角　为３３。，路面设计标高３９．１７　ｍ，设计净空按　设计净空５．５　ｍ。主桁为无竖杆整体节点平　行弦三角桁架下承式有砟桥面简支钢桁梁。　１０８　ｍ钢桁梁桥位立面布置见图ｌ，平面布　置见图２。　２号墩　５．５　１２１考虑，高速公路设计为双线４车道，车　道宽２６ｍ，中间为宽１．５ｍ的中央分隔带，　ｌ号墩　尺寸单位：ａｍ　标高单位：ｎｌ　图ｌ钢桁梁桥位立面布置图　２施工方案比选　在高速公路上搭设拼装支架原位拼装方案，　该方案的特点是对既有高速公路运营有所影　响，其与高速公路产权单位协商成本较高，受　当地施工环境和高速公路车流量影响较大，　港工技术与管理２０１７年第３期　根据铁路桥梁跨越既有高速公路工况，　通用的施工方案有以下三种：　（１）采取高速公路半幅通行，半幅封闭，　一２０一　ｌ号墩　单位：ｃｉｎ　图２钢桁梁桥位平面布置图　对施工成本不可控因素较多；　（２）采用在高速公路上搭设防护棚，钢梁　悬拼施工方案，其施工投人较大，需要投入桥　梁专用吊装设备，对于钢梁吨位总量不超过　进行简支梁的组装，完成钢梁组拼工艺后，安　装顶推系统，利用顶推系统将钢梁从一侧利　用滑道支撑钢梁拖拉至另一侧，安装固定；该　方案的特点是施工过程中几乎不影响高速公　路的运营、施工总体可控、安装成本相对较合　２　０００　ｔ的简支钢桁梁，不够经济合理，且高　空作业的风险因素更多；　理、施工效率高等。　三种方案的比较见表１。　（３）采用钢梁顶推方案，在临近高速公　路的一侧设置拼装场地和滑道，在拼装场地　表１　项目　方案　可行性　原位拼装、悬拼及顶推安装方案比选　支架原位拼装　可行　专用设备悬拼　可行　顶推安装　可行　可行性　安全性　操作性　吊装风险　操作简单　吊装风险略高　整反力略大　操作略复杂　小，吊装风险略低　调整反力略小　略多　４０人　约４００ｔ　工期长　有　操作简单　大，吊装风险略高　调整反力略小　略多　２５人　约６５０ｔ　工期短　有　节段吊装，起重物自重略大，　节段吊装，起重物自重略　节段吊装，起重物自重略　支撑架受力　杆件水平冲击力略大，线型调　杆件水平冲击力略小，线型　杆件水平冲击力略小，线型　设备投入　经济性　人员投入　临时钢结构投入　现场施工时间　工期要求　工厂预拼时间　少　３０人　约４００ｔ　工期长　有　质量保证　线型控制　现场支架拼装，线型成型较好　高空悬拼，线形成型略困难　现场场地拼装，线形成型好　节点工期　场地要求　可控，要求高　高　可控，要求高　低　可控，要求低　低　３顶推施工工艺及重难点　桥台后部开辟拼装场地，每拼装一个单位节　３．１顶推施工定义　在桥头沿桥纵轴线方向将拼装好的梁段　向前推出使之就位的桥梁施工方法。须紧靠　段即用水平液压千斤顶施力，借助于不锈钢　和聚四氟乙烯模压板组成的滑动装置，将钢　梁逐段向对岸顶推，待全部顶推就位后，再落　一２１—　梁。然后更换正式支座，完成桥梁施工。　３．２顶推施工设计工艺　顶推法施工的过程受力分析及施工验算　内容是需要掌握的关键，下面以本桥简支钢　桁梁各顶推工况为分析示例。来更好地说明　顶推工艺的关键控制措施。　白果村跨岳常高速特大桥１０８　ｍ钢桁　梁架设时，在０号墩与２号墩之间现场搭设　８个临时支墩，临时支墩采用格构式结构，在　０号墩后方搭设１２３　ｍ条形基础。临时支墩　分配梁上安装滑道梁，在滑道梁上放置滑块．　基础采用Ｃ３０混凝土扩大基础。临时支墩总　体布置见图３。　本桥采用单点顶推法架设钢桁梁。在０～　萎　单位：ｍｍ　图３临时支墩布置图　ｌ号桥墩之间及０号墩后方架设ｌ４个节间　长度的临时拼装支架（钢梁９个节间、导梁５　个节间），利用１５０　ｔ履带吊将导梁和钢桁梁　拼装成整体节间，采用顶推装置将架设的节　间由１号墩向２号墩顶推，直至钢桁梁全部　顶推就位。　图４钢桁梁顶推计算简图　根据《新建蒙西至华中地区铁路煤运通道　１０８ｍ简支钢桁梁（图号：专桥（２０１４）０４２１一　Ⅳ）》和施工单位提供的导梁及临时支架设计　图，采用有限元分析软件Ｍｉｄａｓ　Ｃｉｖｉｌ　２０１２　建立包括钢桁梁和导梁的有限元模型，共　６～图８。　由顶推施工过程各工况支反力可知：滑座　所受最大压力Ｆ＝６５７　ｔ，在顶推过程中临时支　架Ｌｌ处受到的最大压力Ｆ　＝１２３．０ｔ，临时支　３１８个节点，８１９个单元，其中前端５个节间为　导梁，后端９个节间为钢桁梁。在顶推过程　架Ｌ２及临时支架Ｌ３处受到的最大压力Ｆ　躺　＝６５７　ｔ，临时支架Ｌ４处受到的最大压力Ｆ　＝　中，根据实际受力情况调整有限元模型（图４）。　３．３顶推过程典型计算工况　根据表２分析，工况二钢梁悬臂最大，导　梁将要上Ｌ４号支墩，工况二迈达斯建模如图　５所示。工况二支反力、应力图和变形图见图　一４７２．６　ｔ。在顶推过程中产生的水平力由滑道　梁传至后端条形基础处，即临时支架Ｌｌ与临　时支架Ｌ２处水平力忽略不计，而临时支架　Ｌ３处产生的顶推水平力Ｎ＝６５．７　ｔ，张拉千斤　顶反力座及拉锚器受到的水平拉力Ｎ　＝１５０　ｔ。　港工技术与管理２０１７年第３期　２２一　表２　典型工况　顶推过程计算工况　工况描述　工况‘　拼导梁及钢梁（钢梁９个节问、导梁５个节问），此时导粱及钢梁均在滑块』－。　况二　拖拉至悬臂７个节问（钢梁２个节问、导梁５个节问），此时钢梁悬臂最人，导粱将要上Ｉ』４号支墩。　：Ｉ　况ｉ　拖拉至悬臂７个节问（钢粱２个节问、导梁５个节问），此时钢粱悬臂最大，导粱上Ｌ４号支墩。　工况　导粱上Ｌ４号墩拆除前端滑块，此时钢梁恳臂８个节问（钢梁３个节问、导梁５个节问）。　倒换导粱及钢梁最前端滑块至Ｆ一个节Ｉ＇ｉｆ】，此时钢梁悬ｆＨ拼装平台上最前段滑块９个节问（钢梁４　１二况五　个节间导梁５个节ＩＮ）。　、：】：况八　个节问倒换导粱及钢梁最前端滑块　下一个节问，此时钢粱悬｝｛｛拼装平台上最前段滑块９个节间（钢梁５　、导梁４个节间），并拆除前端伸ｆ｛Ｊ的第一节段导梁。　倒换导粱及钢梁最前端滑块至卜一个节问，此时钢梁悬Ｉ｛Ｊ拼装平台上最前段滑块９个节问（钢梁６　：［　况七　个节间导粱３个节间），并拆除前端伸Ｈ｛的第二节段导粱。　、倒换导粱及钢梁最前端滑块至下一个节问，此时钢梁悬Ｈ　５拼装平台上最前段滑块９个节问（钢梁７　ｒ　况八　个节问导梁２个节问），并拆除前端剩余导梁。　、况九　倒换导梁及钢梁最前端滑块至下一个节问，此时钢梁悬ｌ｛Ｊ拼装平台上最前段滑块８个　问（钢梁８　个节间）。　倒换导粱及钢梁最前端滑块至下…个节问，此时钢梁悬Ｌ｝Ｊ拼装平台上最前段滑块９个节问（钢粱９　７　于　个节问）。　图５工况二有限元计算模型　量’、置卉　最　慕■　Ａ６Ｅ：：　２　量膏　文４毫推升辑　ｌ　ｔｏｎｆ　图６　Ｊ：况二支反力　根据钢梁及导梁受力分析结果，设计临　时支架承力结构、滑道以及滑块，布置顶推系　计算，以便指导现场顶推施工安装。　白果村村跨岳常高速特大桥１０８ｍ钢桁　梁架设步骤如下（临时支架及顶推系统见图９）：　一统和相关构件，完善相关构件一系列的受力　２３—　Ｂ￡＾Ｍ　ｓｒＲＥＳＳ　蛆音（ｔ太∞　一Ｌ２３　ｅ　ｌ　卜－｛＿Ⅻｓ　∞ｌ　ｌ　瞄　Ⅻ５■　．啪ｌ　３１２３１ｅ＋００　ｉ—Ｌ￣ＳＴ　１２１－，＇００２　：Ｉ　２　ｃ　耆甘　量后　图７工况二应力云图　Ｚ・方向　盥曩　一．ｏ００００ｅ　－Ｈ）Ｏ０　－￣ＬＳＳＯＴＯｅ＇＋００１　■　５ｉｎ１３１６，ｅ＂￣０１　－７．４４５６３ｅ．００ｌ　圈：盖　Ｉｌ一・“Ｒ　ｅ嘲２　ｎｉｔ’１・Ｓ１７５Ｓａ￣０２　一　裟　Ｉ．２ｍ７　２　量赣；　Ｍ　日　１　：合计　图８工况二变形云图　＼、Ｌ　／　张拉千斤顶及反力座　ｒ、、　＼　，、Ｊ／　　．　２　正正Ｅ・Ｅ　…　厂　＿盯　。　＿剑　Ｌ１Ｊ　Ｌ’　ｆ＼　……　　岳常高速公路　１　蚕～。　　广　　：：：　１号墩　＼临时支墩　。　Ｊ　０　１２３　０００　１２０　０２５　２　５５３］　的｛　）　５（　Ｏ　２５　１５０　．８２　５４０　１０　９００　５　８　）Ｏ　～　单位：ｍｉｌｌ　图９临时支架及顶推系统布置图　（１）步骤一　上布置２００　ｔ横向限位纠偏千斤顶．每处各　布置２台：　①在０号和ｌ号墩之间、１号墩右侧２０　１２１　范围及０号墩左侧１２３　ｍ范围内搭设拼装　平台，２号墩左侧２５　ＩＩ１范围内搭设临时支　④在Ｌ２临时支架和２号墩上方滑道梁　上布置５５０ｔ竖向顶升千斤顶，一共４台。　（２）步骤二　架，用于钢桁梁拼装与顶推；　②在拼装位置上方设置滑道梁．在临时　支架Ｌ３上方滑道梁上面设置２００　ｔ连续水　①利用１５０　ｔ履带吊在拼装平台上拼　装导梁Ｕ８Ｕ７、Ｕ７Ｕ５、Ｕ５Ｕ４、Ｕ４Ｕ１、Ｕ１Ｅ０　共　平千斤顶及其配套设置（液压泵、控制系统　等）；　５个节间的６３．７５　Ｉｎ导梁及钢桁梁第一节间　下弦杆，拼装架设时，依次在节点Ｕ８、Ｕ６、　Ｕ５、Ｕ４、Ｕ３、Ｅ０　对应节点中心底部设置滑移　港工技术与管理２０１７年第３期　③在Ｌｌ临时支架和ｌ号墩上方滑道梁　一２４一　垫块：　②在钢梁Ｅ０　节点下方安装顶推反力　座后锚（不影响滑块抄垫），牵引用钢绞线（规　格为至１５．２４　ｍｍ）与反力座后锚锚固，至端部　２００　ｔ连续千斤顶穿出，Ｌ３临时支墩为固定　牵引端，利用主控单元控制系统控制２ｘ２００　ｔ　千斤顶同步向２号墩方向顶推前移；　③将导梁向２号墩方向拖拉，直至导梁　前端到达Ｌ３临时墩处。　（３）步骤三　用１５０　ｔ履带吊在拼装平台上分别按节　间顺序拼装钢桁梁，直至拼装结束。　（４）步骤四　①利用２００　ｔ水平张拉千斤顶对导梁　和钢桁梁向２号墩方向进行整体拖拉；　②当Ｅ０　节点到达Ｌ３临时墩上方时停　止拖拉，将Ｅ０　节点下方的后锚反力座安装　到Ｅ０节点下方（不影响滑块抄垫）。　（５）步骤五　继续拖拉，直至导梁到达Ｌ４号临时墩。　（６）步骤六　①继续拖拉，直至钢梁到达设计位置：　②拖拉过程中逐步拆除导梁伸出部分，　直至导梁全部拆除。　（７）步骤七　①在１号和２号墩顶安装落梁装置、纵　横移装置：　②拆除Ｌｌ—Ｌ４号临时支架及顶推系统：　③利用落梁装置完成钢梁体系转换，并　安装墩顶支座：　④利用墩顶布置的横移装置调整钢梁　成桥线型；　⑤完成桥梁附属结构的施工，全桥施工　完成。　３．４顶推过程中的纠偏　（１）钢桁梁两点同步连续水平顶推系统　由液压泵站、连续千斤顶和控制系统３个部　分组成，具有两侧同步、单侧单动、单点单动　功能。通过调整千斤顶不同的行程，来达到纠　偏目的，再同时顶推。　（２）顶推作业完成后，利用墩顶布置聚　四氟乙烯板和竖向千斤顶落梁，利用水平千　斤顶调整横向位移，完成体系转换。　３．５落梁工艺　在球形支座上安装落梁抄垫装置与钢桁　梁支点抄实，在油顶支撑位安装起顶落梁装　置；起顶落梁装置起顶，完成支撑体系转换，　拆除滑道系统，开始起落梁。起落梁原则：由　ｌ号墩侧先于２号墩侧依次落梁，每次起落　高度定为８０ｍｍ，落梁次序为ｌ号墩　２号　墩一ｌ号墩一２号墩一１号墩。每墩落梁时墩　顶布置的竖向油顶同步起顶，起顶高度控制　为２０ｍｍ，然后抽出２０ｍＩｎ抄垫板，接着落　梁２０　ｉｔｌｎｌ，采用边抽边落的方法，直至落梁　高度达到８０　ｍｍ，停止落梁。固定抄垫板，转　至下一桥墩落梁。如此循环，直至全桥落梁至　理论高度。落梁就位后，检查各支点位移数　值，进行纵横移纠偏。　成桥纵横向纠偏完成后，通过温差法落　梁安装支座。　４结论　顶推架设工法在支架上集中拼装钢桁　梁，有条件做到常规化作业，尤其在跨高速公　路安装中便于采取安全防护措施，还可避免　因高空安装风险带来的不利影响，有利于控　制安全、质量、工期等风险，同时对高速公路　运营及周边环境影响最小。　顶推施工必须解决好几个关键因素：　（１）胎架在满足落梁需要时，尽可能降　低与桥台支座的高差，以方便落梁，降低安全　风险，减少工作量：　（２）各类临时设施如临时支架、胎架的　基础工作要牢固可靠，避免给钢梁施工带来　倾覆和失稳安全风险。　一２５—