螺洲大桥钢箱梁顶推施工关键技术

杨灿宣

（山东省莱阳市中交二航局青荣城际铁路施工指挥部第一项目部，山东莱阳 265200）

0 引言

顶推施工方法的思想来源于钢桥，但是目前国内的应用主要以混凝土连续梁桥的施工为主，而对于钢桥的应用则较少。钢桥采用顶推法施工是在沿桥纵轴方向的台后设置拼装平台，分节段吊装拼装，顶推到位再进行下一节段的吊装拼装，直至施工完成。

钢箱梁顶推施工要经历一个复杂而漫长的施工过程。结构中的各个部分是在分段施工中逐步形成的，各个施工阶段不仅结构形式不同，结构的坐标、边界约束条件、内力和变形均随着顶推过程的进行不断地变化着，并且每个截面都要经历正负弯矩的交替变化，施工荷载也与成桥状态的设计荷载有一定的差异，钢箱梁在定位焊接、顶推的过程中还受到大气温度、日照温差等环境因素的影响。这些影响因素必然造成结构的内力和位移随着顶推施工的进行变化而偏离设计值，因此必须进行施工控制。从顶推施工桥梁的自身特点来看，为保证顶推施工顺利进行，在确保施工过程中结构安全的前提下，使成桥状态的几何线形和内力状况最大限度地逼近设计要求，是施工控制的最终目的。为此，有必要在钢箱梁顶推施工过程中预测和监控变形情况和受力状态，确定每个阶段的受力和变形方面的理想状态，控制施工的进程。

1 工程概况

螺洲大桥北汊主桥为目前国内最大跨径三塔自锚式悬索桥。主梁由四跨组成，分别是80 m（边跨）+168 m（主跨）+168 m（主跨）+80 m(边跨)，桥型立面见图1所示。钢主梁纵坡0.3%，曲线R=88668 m。该桥钢梁全宽43.0 m，为双箱单室结构，由纵、横梁和正交异性桥面板组成，钢箱梁断面布置见图2所示。综合螺洲大桥以上特点及通航要求，主梁钢箱梁施工采用步履式平移顶推法施工工艺，由Z10墩（南）向Z6墩（北）方向顶推施工。

图1 桥型立面布置图（单位：m）

图2 钢箱梁断面布置图（单位：mm）

2 钢箱梁运输方案

钢箱梁由工厂加工完成，采用500 t的敞口舶通过水运至拼装平台位置。钢主梁安装采用临时墩法结合龙门吊提升到拼装平台，在拼装平台上转体横移就位；将2段箱梁在平台上进行连接，接缝采用焊接。安装平台长36 m，平台基础采用Φ1400×10 mm钢管桩，为增强刚度和强度，在钢管内填充C25混凝土。拼装平台处设置吊重为2000 kN龙门吊，龙门吊的承重主桁架、行走系统、天车轨道高出平台。

3 钢箱梁顶推施工

3.1 施工准备工作

3.1.1 临时墩布置

为了减少钢箱梁的应力集中，在主跨内布钢临时墩。单幅临时墩基础采用4根Φ1400 mm钢管桩，从基础到高潮位（+4.81 m）的墩身采用Φ1400×10 mm钢管，桩基填充混凝土。从高潮水位以上采用Φ1400×10 mm的钢管立柱。钢管立柱纵向、横向均采用Φ630×8 mm的钢管联撑连成整体以保证支架的稳定性。钢管立柱顶安装I36工字钢横系梁组，横系梁上支撑纵向分配梁及上面滑道荷载，并作为施工操作平台，安装水平千斤顶及液压油泵、横向导向纠偏装置等。横系梁上设置纵向分配梁，上面支撑滑道钢垫梁。在纵向联系梁两端布置安放竖直千斤顶的位置，作为调整滑道与钢主梁底标高、顶推到位落梁用。顶推完成后进行临时墩的拆除，拆除方法同拼装平台。临时墩构造如图3所示。

图3 临时墩构造图（单位：mm）

3.1.2 “钢导梁”设置

目前国内顶推施工中，一般另外设置独立的钢导梁，螺洲大桥钢箱梁步履式平移顶推施工时采用了“无导梁”施工技术，即采用钢箱梁本身的边主梁做导梁的施工工艺，是对传统导梁设计应用的一大优化，不仅有效地节约施工成本，而且加快施工进度。

螺洲大桥钢箱梁顶推代替钢导梁作用的是用16节钢箱梁标准节段的边主梁、6节横梁辅以Φ426钢管、I20及Φ14的缆风绳拼装焊接而成的，长56 m，重480 t，如图4所示。

图4 螺洲大桥“钢导梁”实景

3.1.3 滑道及侧限

滑道及侧限是箱梁平稳安全滑移的保证。滑道需保证钢主梁在滑道上的应力均匀分布，避免局部压力过大，产生变形，影响整个钢主梁的线型及体系转换后最终受力状态。

其控制因素有：滑道标高、平整度、侧向限位装置等因素。施工时计算出滑道顶标高，进行测量精确控制，要求平整度偏差小于1 mm；侧向限位系统及时正确安装完善。

3.2 顶推设备

3.2.1 顶推千斤顶

根据计算最不利工况下各点的最大顶推力约为100 t，故每个顶推点选用两台ZDL100自动连续千斤顶做为顶推千斤顶。全桥共需要20台。

ZLD100自动连续顶推系统由三部分组成，即自动连续顶推千斤顶、自动连续顶推泵站和主控台。其控制过程是：用行程开关作为ZLD100自动连续顶推系统的动作传感元件，它将自动连续顶推千斤顶活塞的位置信号传递给主控台，主控台将得到的信号进行逻辑组合后，再将控制信号传递给自动连续顶推泵站，自动连续顶推泵站通过电磁换向阀去控制相应自动连续顶推千斤顶的动作。该过程形成一个闭环系统，能够自行调节自动连续顶推千斤顶的各种动作。

3.2.2 竖向调整设备的布置

按照顶推时最大重量约10000 t，每条滑道最大受压10 MPa计算，拟将临时墩及永久墩滑道梁制作成宽60 cm，长5 m，高1 m的结构，因此在每个墩上按每2.5 m滑道长度配置3台300 t顶举千斤顶及1台ZB10-500液压泵，每台泵通过一个减压阀控制一台千斤顶，通过调整减压阀的出口压力可以限制千斤顶的最大出力。竖向调节千斤顶安装在滑道梁的正下方和垫梁上方，垫梁同时具有消散顶举千斤顶集中力的作用，垫梁和滑道梁顺桥向沿顶推方向一端安装限位以抵消顺桥向的水平推力（按30 t设计）。竖向调整设备由YDG3000S立式液压顶举千斤顶、ZB10-500液压泵站及压力监控系统三部分组成。压力监控系统的压力控制阀值可进行人为设定，当千斤顶压力超过压力控制阀值时自动控制泵站对千斤顶进行增压或减压，将压力始终保持在设定的允许范围之内。同时压力监控系统还设有千斤顶活塞行程超限（超限值设定为活塞极限行程的±15%）报警装置，当活塞行程超限时，自动控制顶推系统停机并发出报警，提示操作人员及时调整顶举千斤顶的高度，避免顶推过程中支反力处于不可调的状态出现。该系统在自动运行状态时具有顶推最高控制权。由于钢主梁的刚度较小且竖曲线变化较大，因此在顶推过程中需要不断地调整滑道的高度，避免结构出现较大的应力。当需要对滑道梁进行竖向调节时，通过调整置于垫梁和滑道梁之间的YDG3000S立式液压千斤顶的活塞行程来调节受力，当调整范围超过千斤顶行程时需通过增减千斤顶钢支墩（高度分为5 cm、10 cm、15 cm三种）数量来进行分级分次调整。每轮顶推结束时需在滑道梁下方垫入临时调整垫块，然后千斤顶泄压回程将负载从千斤顶转移到垫块上，避免千斤顶长时间受力。

3.3 顶推力的考虑

影响顶推力大小的因素较多，其主要因素有：

（1）顶推梁的恒重及箱梁上的施工荷载。

（2）顶推箱梁桥的纵向坡度。

（3）各滑动支座的摩阻系数。

（4）各滑动支座的高程误差，以及钢箱梁安装平台和各墩的沉陷引起的高差。

（5）顶推梁的梁底平整度，以及各节段连接处平整度的误差。

（6）顶推梁自身的挠度。

（7）)纵向牵引力的对中作用。

上述因素中，有些可经过合理施工避免。采用顶推施工，必须严格按操作工艺仔细施工，否则势必增大顶推力，造成施工困难。

3.4 顶推施工操作

该桥主跨钢箱梁在施工中采用“多点顶推，分级调压，集中控制”的方法进行顶推施工。多点顶推就是在每个临时墩点都设置了动力设备水平千斤顶；分散调压则是液压站上安装有3个电磁换向阀，控制油压不超过容许范围。

钢主梁及施工荷载总重约10000 t，全长496 m，标准段每延米钢主梁约190 kN/m。启动摩擦系数0.08，滑动摩擦系数0.05，钢主梁纵坡0.3%，曲线R=88668 m，计算得到全桥最大的顶推力为800 t。

钢箱梁顶推总长度约为496 m，每轮顶推一段距离后，需倒换一次或多次钢绞线和设备，才能完成顶推。在施工过程中需注意以下几点：

（1）首先选择手动模式，逐一将顶推顶前后主顶的活塞回到行程开关 SQ1、SQ4位置后开始手动顶推。主控台操作人员按下“前顶进”按钮，油泵操作人员调整溢流阀的工作限压，在 30%、50%、70%、80%、85%、90%、95%、100%最大经验牵引力状态下，检查各受力结构变形情况，如有异常立即报告。

（2）检查油泵，顶推顶，前后夹持器，压力表，钢绞线是否异常。

（3）手动操作顶推系统牵引主梁滑移启动后，转换至自动运行模式，进行主梁的自动连续顶推。当顶推开始后，工人将从滑道前端吐出的四氟滑板，拿到滑道后端重新喂入。

（4）自动连续顶推过程中传感器实时对主梁的轴线偏移进行监测，如果发现主梁轴线偏离设计轴线2 cm，则导向轮纠偏器后端的纠偏千斤顶启动进行主动纠偏。

（5）自动顶推过程中，应注意记录提升过程中的油压最大、最小值。

（6）四氟板必须及时跟进垫塞，钢箱梁与滑道间不得脱空。

3.5 钢主梁线型控制

3.5.1 中线限位装置（侧限）

钢主梁底面是一个水平面，在底板两侧预留标准间距的螺栓孔，在工厂制造时一起做好。用槽钢内侧电焊加强肋板加工成导向架，用螺栓将导向架和钢主梁底板连接固定。导向架随钢主梁滑动，可以拆下来后退周转使用。在临时墩上下游两侧设限位装置，限位装置下部为钢结构与临时墩横向分配梁焊接，上部安装导向钢轮。当横向偏位较大时采用水平千斤顶纠偏，千斤顶作用在横梁的支座上。在钢主梁顶推过程中，钢主梁为对称构造，采用两千斤顶对称顶推，钢主梁的偏位不大，在钢主梁顶推未就位前，主要控制前方导梁的偏位来控制钢主梁前方横桥向偏位。所有次顶推离到位近 2 m时，采用小行程点动、临时墩的两侧限位钢主梁下导向架来微调钢主梁平面位置。每一个墩上都设置导向限位装置是为了防止风作用，确保钢主梁在桥墩上的安全。在台风季节，台风来临之前，在桥墩顶面与钢导梁、钢主梁之间张拉精轧螺纹钢竖向拉杆，临时固定。

3.5.2 标高限位装置

在每个墩的滑道上布置有 2台 500t竖向千斤顶作为标高调整的装置（箱梁顶推就位调整梁底标高时使用）。在悬索吊杆施工过程中，通过吊索拉杆接长的方式，来使吊索吊杆与钢主梁间连接。

3.5.3 测量控制

钢箱梁顶推过程中，测量控制因素主要是:钢箱梁中心线及各墩顶偏位。随着钢箱梁的推进，侧向限位控制其中心线偏位在10 mm以内，强力控制各千斤顶同步顶推，各临时墩顶的偏位均在设计要求范围之内。钢箱梁顶进时，测量人员跟踪监测各墩的偏位及梁体中心线位置，当中心线偏移时，及时利用侧向限位调整，然后将其锁定;由于在第1～3段梁顶推时，箱梁自身导向性较差，必须加强测量控制，同时使用临时导向设施或调整上下游连续千斤顶的顶力来控制。在顶推过程中对临时墩顶瞬间偏位的观测尤为重要，一旦墩顶瞬间偏位超过设计值，需立即停止施力，重新调整各墩顶施力分布，以保证各临时墩的偏位满足设计要求。

4 结语

螺洲大桥为目前我国最大跨度自锚式悬索桥，其主跨钢箱梁采用顶推技术进行施工，能有效地减少桥下环境对钢箱梁安装施工的影响,同时少占用桥下航道,保证桥下的通航。该工程采用无导梁技术，节约了成本，加快了施工进度。顶推法在螺洲大桥为其在钢桥上的应用提供了宝贵的经验。

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