大跨度钢梁顶推施工技术

□郭少山（中铁大桥局集团第一工程有限公司）

一、工程概况

郑州黄河公铁两用大桥是石家庄—武汉客运专线跨越郑州黄河上的一座特大桥，位于距新建的京珠高速公路郑州黄河大桥上游约6km处。大桥客运专线设计速度350km/h，车桥动力仿真计算速度420km/h的行车速度，上层公路设计速度100km/h，公路设计荷载是国家标准设计荷载的1.3倍。

大桥主桥分两联布置，总长1684m。第一联采用120+5× 168+120m六塔单索面部分斜拉连续钢桁结合梁,第二联采用120+3×120+120m连续钢桁结合梁，主桁采用无竖杆的三角形桁式，桁高14m，节间距12m。横向布置为三片桁，中桁垂直，边桁倾斜，倾斜角度14.036°，下弦桁间距8.5m，桁宽17m，上弦桁间距12m，桁宽24m，上层公路桥面为混凝土板。铁路桥面为正交异性整体钢桥面板，道碴槽板与整体桥面采用剪力钉连接。

图1 主桥立面布置图（单位s）

二、施工方案选择

（一）方案一：跨线龙门式吊机悬臂架设

位于水中墩部分在桥梁上、下游侧分别设置栈桥，滩地部分填筑便道，设置龙门吊机走道，并作为钢梁杆件运输通道。利用跨线龙门吊机悬臂安装钢桁梁。

经计算，钢梁最大允许悬臂长度为90m，需在跨间设置临时墩，采用半悬臂架设钢梁。

当采用仅从一端向另一端架设的方案时，工期不能满足要求。采用从中间向两端架设时，临时工程量相对较小，但由于要在3#～4#墩之间建立较大的安装平台，受到黄河渡汛的制约。

（二）方案二：架桥机悬臂架设

位于水中墩部分在桥梁下游侧设置栈桥，滩地部分填筑便道，作为钢梁杆件运输通道，在已架钢梁上布置全回转架梁吊机悬臂法安装待架杆件。此方案需在168m跨间设置临时墩，半悬臂架设钢梁。

首先安装散拼支架和各孔的临时支墩。利用2台龙门吊机分别在0#～1#墩、6#～7#墩间的支架上散拼3个的钢桁梁，龙门吊机安装架梁吊机，架梁吊机试吊合格后，用架梁吊机悬臂架设钢桁梁，最后在3#～4#墩跨中合龙。

当采用仅从一端向另一端架设的方案时，工期不能满足要求。采用从中间向两端架设时，不但需要在3#～4#墩之间建立较大的安装平台，而且要设置较为庞大的钢梁起始段拼装吊架，不仅受黄河渡汛制约，而且临时工程量相对较大。

（三）方案三：多点顶推架设方案

顶推架设总体方案。钢梁顶推前，在钢梁前端设置前导梁（长108m），在7#～8#墩之间设置钢桁梁散拼施工平台支架，利用跨线门吊散拼钢梁杆件成整体节间，然后整体顶推钢梁及前导梁向0#墩方向前移，在空出的散拼支架上继续拼装钢梁节间，再整体顶推，如此循环，完成第一联钢梁的架设。顶推过程中在7#至1#墩墩顶均设置墩旁支架、墩顶滑道梁和一套连续千斤顶系统，采用先进的多点同步顶推系统，通过电脑控制顶推速度和同步性。

（四）方案比选

方案一和方案二存在以下缺点:

1.第一联钢梁跨越黄河主河槽，钢梁悬臂架设需要每一孔设置一个水中墩，由于临时墩受力40000KN，结构庞大，将对黄河防洪渡汛造成不利影响,并且后期清除困难，费用较高。

2.钢梁悬臂架设时上弦未与混凝土桥面板结合，因钢梁杆件最大重量达65t，架梁吊机较重，增加了悬臂的重量，提高了整体稳定性。

3.钢梁悬臂架设全部为高空作业，第一联钢梁架设大部分位于水上，安全管理相对较难。

4.钢梁边桁为空间斜桁面，水上悬臂架设杆件安装难度较大。

5.铁路桥面为正交异性板，对焊接环境要求较高，郑州地区气候条件对焊接影响较大，高空悬臂架设时焊接防护较难，不易保证质量。

6.钢梁第一联长度为1080m，若全联从一开始架设，工期保证较难；若从两端向中间架设，则增加了中间合龙的技术难度。

方案三可取消各跨间临时墩，杆件安装及桥面板焊接可工厂化作业，避免了上述缺点。

通过综合比选认为第一联钢梁最优方案为方案三（多点连续纵向顶推的架设施工方案）。

三、顶推施工方法

（一）施工准备

1.墩顶滑道梁安装

滑道梁一端与墩身顶预埋件焊接，另一端与立柱顶预埋件焊接。一个墩旁顶推托架上设3片滑道梁，与钢桁梁下弦杆中心对应。顶推过程中钢桁梁每个节点均要设滑板抄垫，滑道梁纵桥向长度＞12m，故以确保钢梁顶推过程中节点受力。边滑道梁上设顶推反力座，并形成操作平台，放置连续千斤顶。滑道梁横向通过连接系连接成整体。

为了减少滑动时摩擦力，滑道梁顶面焊接整块不锈钢板，钢桁梁与滑道梁之间设MGB滑板。滑道梁与托架及墩身连接成一体，其顶面设顶推设施。

2.顶推设备安装

钢桁梁顶推后锚箱反力座设在钢桁梁边桁弦杆底板位置。弦杆与反力座通过高强螺栓连接。在墩旁托架上设千斤顶反力座，顶推牵引采用19－φ15.24的钢绞线，锚箱端为固定端，张拉端设在托架分配梁上的反力座处。边桁架主动顶推，中桁被动滑移。钢梁3片桁下弦节点下面安装滑板，利用2～250t连续千斤顶顶推，一次顶推7～8个节间的钢桁梁。正常顶推速度控制在10m/h。

钢桁梁顶推系统每个墩旁滑道设置一套顶推设备（2台350t连续千斤顶，一套主控泵站控制系统），全桥共计7套顶推设备。钢桁梁整体顶推过程中，多点同步分级顶推。

3.前端导梁上墩顶装置

为提高顶推施工安全系数，避免前端悬臂过大，需在钢梁顶推前端设置导梁，导梁主桁上下弦杆均为箱形截面，导梁上下弦边桁平行四边形截面弦杆通过导梁后端S1节点及U1节点过渡为矩形截面并与钢梁进行连接。

导梁前端设置约1.5m的凹槽，在凹槽内设置千斤顶，钢梁顶推过程中前端上墩顶滑道梁时，千斤顶进行起顶，确保前端下挠部分有足够的空间可以顺利搭接在滑道梁上，以实现钢梁的顺利上墩。

4.其它施工准备

(1)清理滑道梁不锈钢板上的焊渣及飞溅物等，减小污垢对摩擦的影响。

(2)墩顶滑块摆放位置要居中，不能偏向一边或与钢梁顶推方向有较大夹角，以防对顶推产生不利影响。

(3)对钢绞线进行预紧，最大限度减少每组19根钢绞线的受力不均匀程度。

(4)检查滑道梁上的限位装置，以防角钢变形，影响滑块正常移动。

(5)每次顶推之前，检查滑块底的MGE板是否被挤压变薄，以便及时更换。

(6)利用吊机将支座吊放在墩顶支座安装位置的附近。

(7)在滑道梁顶面不锈钢板上涂黄油，保持滑道面无灰尘及其他杂物，防止将MGE板刮伤，影响使用效果。

(8)检查顶推各设备是否正常及各线路连接是否正确。

（二）纵向牵引顶推作业

1.整体滑道要按照设计拼装线型布置，要满足设计的平整度、轴线、高程要求，拼接处要圆顺过渡。其质量要求如下：

单片滑道梁前后高程相差在±5mm以内；三片滑道梁之间标高相差在±2mm以内；滑道纵向不得有死弯。

2.要保证千斤顶设备正常、牵引钢绞线质量、下弦杆与钢绞线连接节点质量、千斤顶反力座的焊接质量和钢绞线挤压头连接质量。

3.每套连续千斤顶各设置两套外置式的绝对值编码器，用于分别检测各千斤顶前后顶的绝对行程及千斤顶的控制反馈。

4.钢桁梁左右两侧各设置一条测长绳，每条测长绳带动一套绝对值编码器，用于测量钢桁梁两侧位移。

5.各液压泵站均设置液压压力传感器，用于监测各点载荷，并用于完成超载保护功能。

6.整体三片主桁应在下弦杆和铁路横梁、上弦杆和横撑、上平纵联（桥门架）等结构安装、施拧后纵移，此时已经形成整体结构。顶推过程中进行跟踪、监测，保证两边桁侧千斤顶并联牵引，牵引速度和牵引量保持同步，及时进行故障诊断与检测，发生较大偏差时停止顶推作业，以便进行故障排除。油泵应并联确保千斤顶同步，并在纵移滑道上按5cm间隔做好刻度标记，严格控制同步。

（三）顶推过程中的纠偏系统

钢桁梁多点同步连续水平顶推系统由液压泵站、连续千斤顶和计算机自动控制系统3部分组成，具有两侧同步、单侧单动、单点单动及点动限位功能。通过调整液压油缸两组千斤顶不同的行程，一组千斤顶多走一段行程；另一组暂停，以达到纠偏目的。调整同步后再同时顶推。

为限制钢梁在顶推过程中偏位，在每个墩顶的滑道梁两侧焊接强制限位器，限位器由槽钢和钢板组焊，同时在限位器内侧与滑块和钢梁接触部位设置摩擦系数较小的不锈钢板或者MGE板，以实现钢梁在顶推过程中的偏位调整。

四、结束语

郑州黄河公铁两用桥是目前在黄河上修建最长的公铁两用桥，其主桥钢梁首次采用三主桁斜边桁的空间桁架形式，结构新颖，架设施工难度大，通过认真研究和计算分析多点纵向顶推方案来架设跨越黄河主河槽的第一联钢桁梁，有利于保证空间三主桁的拼装精度和铁路桥面正交异性板的焊接质量，可以减轻严寒、大雨、大风等恶劣气候对施工的影响，有利于保证施工进度，有利于提高操作人员的安全性。同时取消了常规方案在黄河主河槽所设的许多临时墩，既保证了施工区段的黄河渡汛，又大大减少了后期河道清理工作及费用，经济效用和社会效应显著。

[1]杨文渊、徐犇,等.《桥梁施工工程师手册》人民交通出版社.

[2]沈家桦，等.《铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定》(TBJ214 -92)铁道部科研院.

[3]王国周、瞿履，等.《钢结构原理及设计》清华大学出版社.