跨铁路整体钢箱梁顶推竖向变形控制技术

焦亚萌，李 辉

(中铁工程设计咨询集团有限公司桥梁工程设计研究院，北京 100055)

跨铁路整体钢箱梁顶推竖向变形控制技术

焦亚萌，李 辉

(中铁工程设计咨询集团有限公司桥梁工程设计研究院，北京 100055)

结合丰双铁路分离式立交桥工程实践，重点介绍在连续钢箱梁顶推过程计算中对梁底不平顺的一种简单准确的处理方式，通过对比监控数据，验证了这种处理方式计算竖向变形的准确性。同时介绍本桥设计中对顶推竖向变形控制采取的一系列措施，从而保证了特殊情况下主梁跨越最大跨度后顺利上墩，也对多箱式钢箱梁整体顶推中的一些问题进行反思和探讨，以期在其他类似工程中加以借鉴。

整体钢箱梁;多箱式;顶推;变形控制;

1 项目背景

丰双铁路分离式立交桥是广渠路市政工程中的控制性工程之一，该桥连续跨越百东、百星、丰双铁路，其中百星、丰双均为电气化铁路，运输繁忙。结合桥下铁路运营要求及工程实际、场地情况［1－2］，经过多次方案论证与审查，最终确定该桥采用(30+45+31)m连续钢箱梁方案。本桥的平、立面见图1。

图1 平、立面布置(单位:m)

2 工程概况

上部结构横桥向为4片小钢箱梁组成的整体钢箱梁形式。横向断面见图2。4片钢箱梁梁底高程一致，跨中标准截面中心线处梁高2.05m，箱梁顶板为正交异形钢桥面板，设1.5%的双向排水坡。

图2 箱梁断面布置(单位:m)

下部结构采用双柱接盖梁形式。盖梁采用预应力结构，长28.4m，高2.6m。墩柱截面尺寸为2m×1.8 m，间距受地下管线影响，分别采用12m和13m。桩基采用8根φ1.5m的桩。

图3 顶推步骤

3 顶推施工

为降低施工难度，尽量减小对铁路运营影响，本桥采用分节段拼装(纵向5段)，多次单点顶推的施工方法，顶推最大质量1 800 t，顶推总距离100m。主要的顶推步骤如下:(1)在临时支墩上拼装C、D、E段钢梁和钢导梁;(2)向前顶推44m，导梁前端跨过47号墩;(3)暂停顶推，拼装B段钢梁;(4)继续向前顶推56 m，到达成桥位置，顶推结束;(5)最后拼装剩余的A段钢梁。主要顶推步骤见图3。

由于跨越电气化铁路，梁底距离接触网线最小距离仅为1.42m，在设计中必须严格准确地控制桥梁线形，确保下方铁路运营安全。

3.1 对梁底不平顺的处理

本桥位于0.4%上坡段和0.8%下坡段之间，半径R=10 000m的竖曲线上，最高点与最低点高差134 mm，并且由于钢结构刚度较小，根据成桥计算结果本桥跨中设置了67mm的预拱度，合计最大高差达201 mm，见图4，准确控制变形必须考虑梁底不平顺因素。

图4 梁底线形(单位:mm)

3.1.1 一般工程施工中消除梁底不平顺的方法

为简化设计，一般均是在设计中按梁底平顺考虑，而在实际施工中通过工程措施来消除梁底不平顺。工程常见的有以下3种处理措施。

(1)采用竖向起顶装置调高方式，即每个临时墩采用2套千斤顶，竖向千斤顶将顶推主梁起顶，再用水平千斤顶顶着竖向千斤顶前进。通过竖向千斤顶不同顶程来消除梁底不平顺。这种方式需要2套千斤顶不断循环往复。顶推速度慢。早期多点顶推即为这种方式［3］。

(2)各临时墩墩顶设置可调高装置。例如杭州江东大桥等［4－5］。

(3)用辅助结构将梁底垫平一起顶推，顶推结束后，拆除辅助结构。例如通惠河桥和广北立交桥等［6－9］。

前2种方式由于涉及到调整高程，所以顶推速度都很慢，不适合跨越运输繁忙的铁路干线，第3种方式，由于顶推结束后要拆除辅助结构，势必要影响电气化铁路繁忙的运营，因此也不适用。

3.1.2 本桥对梁底不平顺的计算模拟

鉴于本桥特殊情况，不适合通过上述工程措施来消除梁底不平顺，要想精确控制钢箱梁的顶推变形，必须在计算中对由于梁底不平顺而产生的结构受力及变形影响进行准确分析［10－12］。

本桥在顶推模型计算中采取了如下措施，简单方便在计算中准确模拟梁底的不平顺状态，准确真实地反映了各个临时墩的实际支承情况，以及各个阶段主梁的内力与变形。模型见图5。

(1)将本桥竖向顶推轨迹，即每个临时墩顶高程设置于R=10 000m的竖曲线上，这样在计算时可仅考虑由于预拱引起的高差。

(2)梁水平直线建立梁单元，在主梁每个节点下方，新建固定约束的节点模拟支承，主梁节点和对应下方的固定约束的节点通过弹性连接相连，不同顶推阶段，激活和钝化相应的弹性连接来模拟实际支撑情况。

(3)将下方固定约束的节点，按照主梁梁底的线形，仅在顶推最初阶段施加反方向的强制位移。在后续的各个阶段，强制位移值保持不变。

程序计算结果为变形值，综合考虑顶推轨迹的竖曲线修正后，可以得到主梁各点的绝对位移值。根据监控数据，顶推最大跨度时，测量的导梁前端挠度值平均值与理论计算值比较见表1。从表1可以看出，理论计算值与实测值吻合很好，也验证这种处理方式的可行性。

表1 导梁前端挠度实测值与理论值比较 mm

3.2 保证导梁顺利上墩措施

根据计算结果，导梁前端在最大悬臂状态时，竖向位移为414mm，为保证导梁前端能顺利上墩，设计中对导梁做如下优化。

(1)将导梁前端设置200mm的预拱度。沿抛物线变化至导梁中部。当然，与前面的处理方法相同，在计算时也把这部分预拱按强制位移反向施加于下方的固定约束上。

(2)在导梁前端设置800mm×300mm的倒角。见图6。

图6 导梁前端优化(单位:mm)

通过以上两方面优化，使导梁前端高于临时墩顶500mm。从理论上可以保证导梁顺利上墩。同时，为防止由于施工误差，连接变形过大或其他不确定原因造成的实际变形超出设计值，设计中还增设一些辅助措施，作为安全储备措施。

(1)将墩顶滑道接触面设计为半径200mm倒角，方便导梁上墩。见图7。

图7 滑道倒角(单位:mm)

(2)在两片导梁间增设辅助起顶装置，一旦出现导梁上不去墩的情况，可以利用辅助起顶装置将导梁顶上临时墩顶。见图8。

图8 导梁前端辅助起顶装置

4 结论与建议

2012年12月，主梁在顶推42m之后顺利爬上47号墩，在顶推100m后准确就位。顶推工程顺利结束。

(1)本文提供了一种在程序中准确模拟梁底不平顺影响的措施，方便简单，能够准确反映出顶推施工过程中由于梁底不平顺所引起的变形、内力情况。

(2)设计中对导梁前端结构优化，保证了主梁的上墩，并且要留有一定安全储备措施，以防止意外情况发生。

(3)本桥横向为4片钢箱梁，对应每个腹板下方设置了8条滑道，横向支撑点设置过多容易导致各滑道间支承反力不均衡，在今后的设计中可考虑通过加强横向连接的方式减少滑道的数量。

［1］苏国明．跨既有线顶推施工预应力混凝土箱梁设计及施工需要注意的问题［J］．铁道标准设计，2012(2):31－33．

［2］中华人民共和国铁道部．TG/CW106—2012 铁路营业线施工管理办法［S］．北京:中国铁道出版社，2012．

［3］张晓东．桥梁顶推施工技术［J］．公路，2003(9):47－51．

［4］王俊，李传习．变曲率竖曲线钢箱梁顶推施工临时墩高程调整方案确定［J］．中外公路，2001，31(3):177－181．

［5］崔清强．复杂预制线形钢箱梁顶推计算分析［J］．桥梁建设，2009(6):50－53．

［6］付永乐．通惠河桥钢箱梁顶推施工技术［J］．铁道建筑，2007(3):8－10．

［7］苏魁．钢箱梁斜拉桥顶推施工关键问题研究［D］．上海:同济大学，2006．

［8］李兴云，沈波．广州市环城高速公路广北立交桥主桥设计及施工方案［J］．土木工程学报，1991(2):91－93．

［9］尚庆保．小半径变截面钢箱梁顶推施工技术［J］．铁道建筑，2007(2):13－15．

［10］中华人民共和国交通部．JTG_TF50—2011 公路桥涵施工技术规范［S］．北京:人民交通出版社，1999．

［11］张欣禹．悬索桥扁平钢箱梁顶推施工受力分析［J］．世界桥梁，2012(40):37－41．

［12］张晔芝，谢晓慧．铁路特大桥钢箱梁顶推过程受力分析及改善方法［J］．中国铁道科学，2009(5):21－26．

Vertical Deformation Control Technology of W hole Steel Box Girder Crossing above Railway Lines by Incremental Launching Construction M ethod

JIAO Ya-meng，LIHui

(Bridge Engineering Design and Research Institute，China Railway Engineering Consulting Group Co．，Ltd．，Beijing 100055，China)

In combination with engineering practice of the overpass bridge above the Fengtai-Shuangqiao Railway，this paper emphatically introduced a simple and accurate handling way to simulate the bottom unevenness of the continuous steel box girder during the calculation of incremental launching process．Afterwards，in comparison with monitoring data，the accuracy of vertical deformation calculation by this handling way was verified．At the same time，this paper demonstrated a series ofmeasures about how to control the vertical deformation during the design of incremental launching process for this bridge．As a result，these measures were so effective that the main girder could be installed upon bridge piers successfully after crossing the maximum span under special circumstance．Moreover， this paper introspected and discussed some problems in the design of incremental launching process of steelmultibox girder，in the hope of serving as a reference for other similar projects．

whole steel box girder;multi-box;incremental launching;deformation control

U445.462

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．018

1004－2954(2014)03－0076－04

2013－04－28

焦亚萌(1981—)，男，高级工程师，2006年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，E-mail:cecqlyjym@126．com。