顶推法在跨越城际铁路天桥施工中的应用

刘建强 中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部

1 项目概况

本工程为新建京沪铁路常州站改造工程非付费联络通道，通道一端接既有沪宁城际站房，一端接普速站房，中间不设下桥楼梯。工程建成满足常州站城际候车室至客场候车室客流双向通行需要。整个通道上跨常州站五台十二线，下穿城际大雨棚和客场新建局部大雨棚。

通道结构外宽6.0 m、高4.25 m，总长度114 m。通道立柱设在站台上，柱下基础设有独立基础和桩基础两种形式。站台基础采用独立基础，旁边设置辅助基础，基础间以基础梁连接。通道立柱采用钢管混凝土立柱，柱内灌注微膨胀C40混凝土。通道主体采用钢桁架结构。焊接箱型梁与无缝钢管腹杆组合结构，桥面下层铺带肋花纹钢板。

2 施工简介

第一阶段停用京沪线2、IV、6道，在封锁范围通道采用吊装法施工。第二阶段停用京沪线I、3、5道，通道采用顶推法施工，由客场封锁区域向城际场顶推。通道桁架经分4节预制，逐段接长，5次顶推，1次落梁完成全桥合龙。如图1所示。

图1 顶推通道立面布置图

3 施工方法

3.1 顶推施工方法简述

根据本工程特点结合现场实际施工条件，采用液压同步顶推方案。同步液压顶推系统由电脑控制，顶推行程及速度有效可控精确度高。顶推系统由滑轨、滚轮小车、侧向限位装置、液压顶推系统系统组成。液压顶推滑移系统滑移速度约为12 m/h。加速度极小，可以忽略不计。如图2所示。

图2 液压同步顶推工作示意图

第一步：液压顶推器顶紧装置安装在滑道上，靠紧侧向挡板；主液压缸缸筒耳板通过销轴与被推移结构连接；液压顶推器主液压缸伸缸，推动被推移结构向前滑移，由侧向挡板提供顶推反力。如图3所示。

图3 油缸加压顶推

第二步：液压顶推器主液压缸连续伸缸一个行程，顶推被推移结构向前滑移一个步距。如图4所示。

图4 油缸加压顶推

第三步：一个行程伸缸完毕，被推移结构移动了一个步距；液压顶推器主液压缸缩缸，顶紧装置与滑道挡板松开，并跟随主液压缸向前移动。如图5所示。

第四步：主液压缸一个行程缩缸完毕，拖动顶紧装置向前移动一个步距，一个行程的顶推滑移完成，从步序1开始执行下一行程的步序。

图5 液压缸缩缸

3.2 滑移梁和滑移轨道设计

滑移梁设置在拼装胎架上，滑移梁下翼缘与拼装平台钢梁焊接连接，滑移梁截面为 H300×300×10×15，材质 Q235B。

在滑移过程中，顶推器所施加的推力和所有滑靴和滑轨间的摩擦力F达到平衡。

摩擦力F=滑靴在结构自重作用下竖向反力×1.2×0.15(滑靴与滑轨之间的摩擦系数为0.13～0.15，偏安全考虑取摩擦系数为0.15，1.2为摩擦力的不均匀系数。

滑移过程中总的摩擦力大小为：T=300×1.2×0.15=54 t。

根据以上计算，总顶推力大小约为54 t。结构滑移施工最多共设置2个顶推点，每个顶推点布置1台YS-PJ-50型液压顶推器，在每条轨道上平均布置。单台YS-PJ-50型液压顶推器的额定顶推驱动力为50 t，则顶推点的总顶推力设计值2×50=100t>54 t,能够满足滑移施工的要求。

滑移轨道中心线与滑移梁中心线重合。轨道由16a槽钢及侧挡板组成。16a槽钢与滑移梁上翼缘焊接固定，滑移过程中起到抵抗水平推力及导向作用。侧挡板规格为20×40×150 mm（材质Q235B），焊接在16a槽钢翼缘两侧，起到抵抗滑移推力以及水平力作用。

侧挡板与槽钢轨道及滑移梁连接采用双面角焊缝焊接连接，单块侧挡板焊缝所承受的最大顶推反力为500÷4=125 kN。焊缝设计高度hf=10 mm时，焊缝设计强度：σ角焊缝抗压强度，l w焊缝计算长度

N=σ×0.7hf×lw=160×0.7×10×（150-2×10）=146 kN>125 kN

满足设计要求。滑移轨道如图6、7所示：

图6 滑移轨道立面示意图

图7 滑移轨道平面示意图

3.3 限位设计

结构滑移过程中，为保证结构不发生偏移，需设置必要的侧向限位措施，侧向限位措施由H300×300×10×15型钢及滚轮组成，侧向限位布置图如图8所示。

图8 侧向限位布置图

3.4 导梁设计

滑移过程中，为保证结构抗倾覆安全系数不低于1.5，在结构前端设置导梁，导梁截面与结构下弦截面一致。导梁总长9 m，平面立面采用180×6钢管支撑，构件平面连接节点铰接，立面连接节点焊接。节点板采用Q235钢20 mm厚钢板，采用M20螺栓连接。

3.5 顶推节点设计

顶推器设置在结构尾部的横梁上，液压顶推器前端通过销轴与被推移构件上的耳板进行连接固定，用以传递水平滑移顶推力，顶推耳板板厚t=20 mm，材质为Q235B。

3.6 落梁

结构滑移到设计位置后，利用液压千斤顶将结构顶起，在柱顶安装结构永久支座，拆除滚轮小车后液压千斤顶同步下降，将结构落在永久支座上。

4 重大工程技术问题

4.1 防倾覆措施

措施之一：滑移中为进一步降低钢结构倾覆风险，在设置顶推耳板的桁架横梁下翼缘设置卡板，卡板与轨道梁预留间隙25 mm。

措施之二：采用前导梁加后配重技术措施，增加抗倾覆系数。

4.2 顶推最大悬臂工况下桁架下弦杆应力集中处理措施

当结构顶推至最大悬臂时，结构中间支点处承受最大竖向力，同时前段挠度达到最大值。中点支座与下弦杆接触面处产生应力集中现象，造成杆件局部破坏，结构失稳。经计算，下弦杆受力不满足要求。采取了以下措施保证结构安全。措施之一：中心支点位置选用大号辊轴，增大辊轴与下弦杆接触面积，分散接触面应力。辊轴滑动面带自动调节功能，可随着结构受力变形情况上下自由转动，始终保证辊轴与结构面接触，从而达到减小接触面应力的效果。

措施之二：中心支点处前后范围内增大下弦杆壁厚，增加内隔板密度。经验算，受力满足要求。

措施之三：顶推过程中对中间支点前后结构杆件进行应力监测，实时动态监测，如发现应力超限，立即停止顶推采取措施，保证结构安全稳定。

4.3 顶推最大悬臂工况下悬臂端挠度控制措施

顶推过程中，如结构产生较大挠度值，会造成结构前端与前方支架垂直距离过小，千斤顶无法安放，结构不能顺利就位。

措施之一：局部加强钢桁架结构刚度，减小挠度值。采取加密内阁板，增厚下弦杆壁厚的方法。

措施之二：提高钢桁架中心支座高度，增加高度等于理论计算的挠度值。

措施之三：中心支架基础与桥梁基础合建，永临结合，减少中心支架的沉降量，从而降低了悬臂端的挠度。

措施之四：前端支架设牛腿，保证桥梁顺利上架。

措施之五：顶推过程中进行实时动态的监控量测，反映出悬臂端挠度值和支架的沉降量，根据监控量测的结果来控制顶进作业。如产生较大挠度，立即停止作业，采取相应措施。

5 结束语

通过推行全面质量管理与工艺创新，总结了一套跨越城际铁路天桥施工的方法和安全技术措施。在施工过程中未发生质量、安全事故。于2017年11月完成了天桥跨城际铁路顶推工作，并顺利通过了阶段验收。