跨铁路桥梁步履式顶推施工技术研究

袁传军

摘 要：近几年，以分散施力为基本形式的步履式顶推法安全平稳，精确度高，逐步发展并广泛运用。文章以实际项目为背景，对步履式顶推施工中的支架设计、梁体加固及纠偏、顶推系统同步性等关键技术进行了研究，为类似工程施工提供参考与借鉴。

关键词：支架设计 梁体加固 顶推系

1.项目概述

武汉市东湖国家自主创新示范区有轨电车T1线及关山大道市政拓宽桥（下文简称“示例工程”）是在既有关山大道跨南环铁路桥左右两侧新建三幅桥，其中有轨电车T1线桥长87.6m，桥面宽度12.3m；关山大道左幅市政拓宽桥长85m，桥面宽度8.5m；关山大道右幅市政拓宽桥长80m，桥面宽度12.1m。三幅桥均上跨既有南环铁路，为连续钢箱梁结构，梁高1.2m，桥面为正交异性板结构。

2.工作原理及流程

步履式顶推设备的工作原理可以概述为“协同间歇传递”，即通过一个主控端操作成组动作模块在同一时刻完成相同的或幅度略有差别的动作，使被传递物发生整体间歇位移，最终完成预设距离的传递过程。

具体工作流程如下：竖向千斤顶（动作模块之竖向动作单元）将梁体托起→水平千斤顶（动作模块之纵向动作单元）将梁体向前顶推→竖向千斤顶回落将梁体重新放置在垫梁上→水平千斤顶回缩完成一个顶推行程。

3.步履式顶推法施工技术

3.1支架设计

3.1.1支架布置

步履式顶推法施工的桥梁支架分为拼装支架和顶推支架两部分，为保证支架结构的强度、刚度、稳定性及足够的人员操作空间，一般设计为格构式钢管支架，同时还应综合考虑以下因素：

（1）顶推轨迹线与钢箱梁纵向腹板同位，避免顶推过程中梁体局部受力过大，导致箱梁变形或受损，造成质量事故。

（2）现场地势条件。一般采用步履式顶推法施工的桥梁，现场地势条件均有不同程度的缺陷，在进行支架布置时，应避免将支架设置在既有构筑物、管线、软弱地基、边坡坡顶或其他障碍物上。

（3）抗倾覆安全储备。根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）的相关规定，钢结构在荷载的最不利组合下，由荷载标准值所产生的稳定力矩应大于荷载标准值所产生的倾覆力矩的1.3倍[1]。鉴于跨铁路桥梁的施工安全等级高，且为尽量减小顶推力，步履式顶推施工时桥梁抗倾覆系数设置为2倍，这对支架的布置间距提出了基本的要求。

（4）桥梁线型的因素。许多顶推桥梁位于平曲线或竖曲线上，支架的布置直接影响了顶推是按曲线顶推还是直线顶推。示例工程位于半径1600m竖曲线上，采用了沿两个梁端走向的带坡顶推方式，既避免了落梁高度较大，又保证了钢箱梁顶推的安全。

（5）桥梁挠度和预拱度。在顶推桥梁中，橋梁自身的挠度和预拱度应在支架布置过程中进行充分考虑。经检算，示例工程桥梁最大挠度和预拱度要求桥梁悬臂长度≤21m，最终设置的支架最大间距为17.5m。

3.1.2支架检算

在支架施工前，应对支架进行详细受力检算，检算内容包括地基承载力、支架承载能力、支架稳定性。在顶推施工前，计算钢箱梁顶推各工况的挠度，钢箱梁在风荷载作用下和最大悬臂状态下的抗倾覆稳定性及钢箱梁局部应力；模拟桥梁顶推全过程，复核结构与设备边界、工作空间，、非一致工作条件（主要为千斤顶行程差，幅度差）。

由于同一个工况下，每个顶推墩的应力不尽相同，在进行顶推前应编制各墩详细的应力控制表，顶推过程中每个行程均应严格按表内数据控制，防止与检算状态不一致而导致支架失稳或梁体局部变形。

3.2梁体加固

3.2.1原梁体设计

一般施工图设计不会考虑顶推施工过程中顶推设备对梁体产生的局部应力影响，若盲目按照设计图进行顶推施工极易造成局部应力过大导致梁体变形。示例工程也未对该桥进行顶推加固设计。

3.2.2调整后梁体加强设计

在顶推施工时，应按最不利工况下梁体本身的局部应力进行检算，防止顶推时梁体变形，造成质量事故。示例工程对梁体进行了加固设计，在腹板上设置了与梁体同材料的加劲肋，加劲肋宽度0.3m（接触面宽度0.3m）、高度0.4m，纵向间距0.5m（单个顶推行程0.5m），加固后的截面见图1。

3.3梁体纠偏

3.3.1竖向纠偏

竖向纠偏也称为高程纠偏或调整，梁体每个截面的高程不一定相同，而顶推支架顶部标高是确定值，在顶推过程中随着梁体前移，顶推轨迹线上的梁体标高时刻都在发生变化，这就造成梁体不一定是预定的设计线型，需要进行竖向纠偏或调整。在顶推前，应根据顶推的距离，提前计算出各个顶推阶段的设计高程，制定顶推施工梁体高程监测表，并采用一定的方法对梁体竖向高程进行纠偏。由于示例工程选用的步履式千斤顶竖向顶升行程为20cm，纠偏时采用高度18cm组合钢墩并配备不同厚度的钢板进行纠偏，既保证了纠偏的准确性，又对步履式千斤顶顶升过程不造成影响。

3.3.2水平纠偏

水平纠偏包括纵向纠偏和横向纠偏，因纵向偏差在纵向顶推过程中完成，故水平纠偏一般指的是横向纠偏。梁体横向偏差一般是梁体水平向微小转动的直观体现。若梁体出现横向偏位，先统计分析各顶推点处桥梁偏移矢量，因桥梁整体等量偏移的情况很少见，一般都层线性变化规律，故计算各自需调整的纠偏量。人工调整各动作模块的系数，启动步履式千斤顶横调系统，从而实现横向纠偏。横向纠偏也是步履式式千斤顶纵横竖三向千斤顶协同工作，每次都从纵向、竖向和横向三个方向对梁体姿态进行调整，监测一旦梁体轴线超过限值，则先启动竖向千斤顶将梁体顶起脱离垫梁，再启动横向纠偏千斤顶横移梁体（协同启动纵向千斤顶则向前移动），横移前在每个千斤顶上设置相应的位移值标记，防止梁体横移值超限或梁体偏转。

3.4顶推同步性

在顶推过程中，由于工作的实际条件的不同，如梁底与千斤顶顶托顶面之间的间隙不同，每台千斤顶承受的荷载也不是均等的，临时的墩高度不一刚度也不相同，所以每台步履式千斤顶与梁体、千斤顶与顶推平台之间的摩擦力不一定相同，必须通过每台千斤顶位移同步来避免结构偏转不利的情况。需采用位移和压力同时控制，来保证顶推过程受力状态在设计允许误差范围内，从而提高达到千斤顶的同步性，此过程须遵循以下要点：

3.4.1设备性能一致性

頂推设备性能参数必须保持一致，步履式千斤顶、油泵、油表、控制箱等敏感设备及组件必须为同一厂家生产的同一型号，才用相同材质、相同元器件组装而成，杜绝不同型号、不同性能、不同材质及不同元器件的设备混用。

3.4.2顶推系统同步性

顶推系统同步即单元控制系统同步。桥梁在进行顶推作业时，顶推设备用量会达到数台或数十台，应将各设备进行分组、分单元系统控制，以实现单元内系统控制的同步性，达到一键控制，同步顶升、同步纵向平推、同步下降及同步回缩的目的。示例工程单幅桥梁顶推设备用量为12台，现场以4台千斤顶为一个控制单元，再采用数据线将3组单元合并为整体，达到了同步顶推的效果。

3.4.3人员操作同步性

顶推操作人员必须经过专业培训执证上岗，顶推前按照预定口令进行试顶（空载顶推），以检验操作和顶推的同步性。示例工程实行“一顶一人”、“一箱一人”的操作模式，在千斤顶周边和梁体均标注顶推刻度线，并严格按照预定口令进行各项操作，确保每个千斤顶都同步顶升、同步顶推、同步下降及同步回缩。

4.结束语

综上所述，步履式顶推施工方法相对其他桥梁施工方法对桥梁本身影响小，对桥梁下方的设施影响小，且智能化程度高，过程平稳安全、实操可靠，该项施工技术可广泛运用于跨江河、跨铁路、跨道路、跨管线等跨越障碍物或在有限的空间内实施桥梁架设。

参考文献：

[1]JTGD64-2015，公路钢结构桥梁设计规范[S].

[2]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[3]阎永风.步履式顶推跨铁路钢箱梁施工技术[J].铁道建筑技术，2014（01）：58-62.