曲线梁多点转向同步顶推关键技术研究

周建明

中铁十局集团第一工程有限公司 山东济南 250000

五里堂右线特大桥跨越胶济客专处7-16m预应力混凝土连续箱梁是石济客专济南枢纽工程的重难点，梁体位于20．5‰的下坡及R=1300m的小曲线半径上，顶推方案的选取及轨迹控制成为工程成功与否的要点。新建石济客专跨越胶济客专7-16米预应力混凝土连续箱梁施工，多跨混凝土连续箱梁体系转换、多点顶推和顶推轨迹控制等关键环节技术要求高、操作复杂、施工难度大。针对多跨混凝土连续箱梁体系转换、多点顶推和顶推轨迹控制等开展了一系列技术研究，通过现场实际应用取得了良好效果，对相关顶推梁施工提供了借鉴意义[1]。

1 工程概况

1.1 地理位置及特征

7-16m预应力混凝土连续梁位于新建石济客专与既有胶济客专接轨处的五里堂右线特大桥376#墩至383#墩上，连续梁位于R=1300m的圆曲线及20．5‰的下坡上，与既有胶济客专交角为9°45′。

1.2 桥梁结构

连续梁跨度为（16．5+5×16．6+16．5）m，全长 116m，全桥采用等高截面，梁高1．6m，截面采用单箱单室斜腹板形式，箱梁顶宽7．2m，底宽3．33m。连续箱梁混凝土共计643．1m3，重量约为1700t。

1.3 地形地貌

五里堂右线特大桥7-16m连续梁376#-383#墩位于既有胶济客专的两侧路肩防护栅栏位置，需对既有栅栏进行改移，桥墩距接触网回流线1．5m，需将回流线改移落地，376#-383#墩高度为10．5-12．5m，预制梁体位置371#-374#墩位于既有路基坡脚处，墩身高度18．0m。

图1 预制方向图

图2 顶推方向图

2 顶推位置选择及线路设计

2.1 顶推位置选择

根据现场调查，既有胶济客专下行侧比上行侧场地宽阔、交通运输便利；连续箱梁由胶济客专下行侧以小坡的形式跨越到上行侧，顶推施工时下坡顶推的顶推力小，对永久桥墩的水平力小，顶推施工安全；连续梁现浇预制过程中应确保既有胶济客专的运营安全，尽量减小施工影响。因此选择在371#-374#位置进行连续梁的预制施工[2]。

2.2 顶推坡度设计

连续梁预制位置的371#-374#墩间孔跨设计为32m的简支T梁，T梁高度2．7m（通桥（2012）2201），且此段落位于R=15000m的竖曲线上，因此造成连续梁就位处的支承垫石标高与预制位置处的垫石高度不一致，为避免因连续梁梁底支点高度不断变化而频繁调整各支点支承高度，降低顶推施工难度，故将梁体预制位置及顶推线路上桥墩的墩顶临时接高，来满足梁体的就位坡度要求。墩顶临时接高采用在墩顶预埋钢筋，支打混凝土的样式进行。具体如下：

图3 371#-373#墩墩顶接高图

图4 374#高低墩墩顶接高图

图5 375#、376#、383#墩墩顶接高图

3 顶推及电控系统设计

3.1 顶推装置

顶推装置由可调式约束滑道、滑座、MGE滑块、导向板、液压千斤顶、液压系统和电控系统组成，并分为有动力有约束、有动力无约束、无动力无约束三种。有动力有约束顶推装置提供水平顶力和竖向支承，并通过可调式约束滑道控制顶推方向；有动力无约束顶推装置提供水平顶力和竖向支承；无动力无约束顶推装置仅提供竖向支承。

图6 顶推装置安装设计图

水平千斤顶顶柱与滑座采用球铰连接，使滑座随顶柱前进时方向可以微动；水平千斤顶反力座板与滑道板焊接，使千斤顶固定在滑道上；可调式约束滑道用螺栓紧固于墩顶，提供顶推反力。

3.2 电控系统

液压同步电控系统是在每个支墩上设分控柜，全桥设一个总控柜，总控柜可控制全部水平千斤顶同步顶进及全部竖向千斤顶同步起落，分控柜只能控制相应支墩上的千斤顶。所有控制柜均设应急开关，当出现异常状况时均能使整个系统同步停止。系统控制的同步性，是为防止起落梁设备不同步开启、关闭或个别施顶设备出现故障时不同步停止工作，引起连续梁局部应力超限而产生梁体裂缝。

图7 电气系统原理图

4 顶推前准备

4.1 临时导梁结构设计

导梁由加强型军用贝雷梁组成，贝雷梁每节3m，共计4节，长12m，分左右两片，两片导梁间有连接系杆，来加强左右两片导梁的整体性。安装时保证其底面与箱梁底面平齐，在箱梁预制时将第一节3m长贝雷梁与预埋在梁体内的导梁连接钢骨架连接好，以便在梁体预制时控制导梁预埋件的位置准确性，同时保证后期导梁的安装精度。箱梁预制完成后将第一节导梁拆除，在地面组装完整后整体吊装就位。导梁预埋件位置及结构见下图：

图8 导梁构造示意图

4.2 建立竖向顶升系统

首先根据梁体、导梁的总重量及竖向支撑点位的个数来确定竖向千斤顶的型号。

梁体张拉完成后，拆除墩顶部分支架及其范围内的底模(支架搭设前需提前考虑拆除此部分支架后支撑体系的安全性)，吊装竖向千斤顶至支架拆除处并调整各墩位竖向千斤顶顶面距梁底的距离基本一致。

将泵站及分控箱吊至各墩处工作平台上，连通竖向千斤顶至泵站的油路、泵站至分控箱的电路，同时将总控箱吊至梁体顶面并连同分控与总控间的电路并启动控制系统进行空载试验。

4.3 梁体支撑体系转换

支承体系转换时，先由各支墩分控柜单控竖向千斤顶，使各竖向千斤顶与梁底顶紧即停，由总控柜同步开启全部竖向千斤顶，将梁体顶起使其与支架脱离，并满足水平顶推装置安装高度要求。拆除墩顶处支架及模板并安装临时保险墩，完成支承体系转换，然后拆除剩余支架及模板[3]。

4.4 安装水平顶推装置

按曲线梁中心线放出顶推工作线及顶程起止点，并做好标记。在支墩顶上分别安装三种顶推装置，首先根据放线位置安装滑道底板，调整标高使各支墩底板中心距梁底的高度相同，并按此标高调平底板，然后用自流平砂浆将底板与墩顶间的缝隙及锚栓孔灌实，拧紧锚固螺栓将底板固定在墩顶。安装滑道板并与底板采用螺栓连接，滑道板前端与调向丝杠连接。依次安装侧向限位板、MGE滑块、滑座、导向板及水平千斤顶，滑座顶部安装楔形垫块，楔形垫块顶面与梁底同坡，并放置橡胶垫板以增大梁底与滑座间的摩擦力。安装完成后连通液压系统，进行空载试验。

图9 顶推系统构造图及细部图

5 顶推施工

5.1 步履式顶推原理

曲线连续梁按照曲线轨迹进行顶推。顶推时千斤顶的顶推方向为曲线的弦线方向，每个顶程的起终点即为弦线的两个端点，从而保证梁体沿曲线轨迹运动，且每一顶程均会使梁体绕圆心转向。若在顶推过程中梁体偏离预定轨迹，可根据偏离值大小调整约束滑道的方向，经过3-5个顶程实现纠偏。

步履式顶推施工每个循环分为4个步骤完成，具体操作如下：

第1步：总控控制全部竖向千斤顶同时下降将梁体落在滑块上；

图10 第一步示意图

图11 第二步示意图

第3步：根据各墩处计算支反力情况，先单操各墩位竖向千斤顶上升与梁体初步接触（接触力为），完成后总控控制全部竖向千斤顶起升将梁体顶离滑块；

图12 第三步示意图

第4步：分控控制各墩位水平千斤顶回油带动滑块回至初始位置（无水平顶的墩位人工将滑块拖回初始位置）。

图13 第三步示意图

5.2 顶推转向原理

将梁体按曲线轨迹进行顶推，将顶推装置分别布置在连续梁两侧腹板下，每个顶程沿曲线弦线方向顶推，顶程起终点均设在曲线上即弦线的端点，从而保证梁体沿曲线轨迹运动。有动力有约束顶推装置布置在梁体两端，用于控制和调整梁体的运行方向；有动力无约束顶推装置布置在梁体中部，梁体在顶推转向过程中，由于滑座与水平千斤顶顶柱是球铰连接，因此不会对连续梁产生横向约束力；无动力无约束顶推装置布置在不设水平千斤顶的支点上，仅起支承梁体作用并跟随梁体自由滑动。

5.3 试顶推

梁体顶推前进的3-5循环内对临时工程的安全性、顶推设备的性能、摩擦系数及滑道约束效果进行验证，同时对人员操作进行演练，进一步规范操作、增强各人员对整个操作过程的熟练度、加强人员之间的相互配合。

5.4 正式顶推

按照上述顶推循环将梁体顶推前行，当梁体前进脱离后端墩顶顶推装置后，将顶推装置倒安至梁体运行方向前方墩顶，同时根据只在梁体前后端设置带有约束装置滑道的原则，对顶推装置按照限位约束要求安拆相应墩顶的滑块侧面导向板以满足梁体走行轨迹控制要求，如此反复工作直至梁体顶推至设计位置。

5.5 运行轨迹调整

在实际顶推施工过程中存在测量误差、安装误差，因此梁体实际走行轨迹会与理论产生偏差，当偏差值超过先前设定允许偏差值时，须对走行轨迹进行纠偏，并及时修正装置顶推方向。

纠偏调整采用微调滑道板方向的方法进行。根据测量数据计算轨迹偏离值，梁体被竖向千斤顶顶起后，向轨迹偏离反方向调整滑道板、使梁体在3-5个顶推循环内回到理论轨迹。具体操作：将滑道板与滑道底板螺栓松开，保留1个螺栓作为滑道板旋转中心，用扳手拧动纠偏丝杠，使滑道板到达计算纠偏位置（尺量纠偏丝杠限位板与滑道板距离），重新拧紧螺栓，循环顶推使梁体运行轨迹回至理论。根据轨迹偏离值计算出设备安装误差，回调滑道板并修正设备位置及顶推方向。

图14 调向装置细部图

6 落梁

连续梁顶推至设计位置后，通过竖向千斤顶调整各墩处支反力与计算支点反力偏差值在±10%内，完成后安装千斤顶保险装置、拆除水平顶推装置，腾出安装垫石支座的空间。

将支座放至钢垫石上(支座下螺栓放入钢垫石预留孔内暂不锚固)，整体将钢垫石及支座滑移至连续箱梁梁底并对准位置，将支座上板与连续箱梁底支座预埋板栓接，综合调整全部钢垫石高度、焊连钢垫石与钢横梁。落梁：下降全部竖向千斤顶整体落梁使支座坐落在钢垫石上，采用重力式灌浆将支座下板螺栓与钢垫石锚固。拆除导梁：利用吊车拆除梁体前后导梁。

7 结语

通过在顶推过程中运用同步电控系统实现所有竖向千斤顶的同步起升或降落，所有水平千斤顶的同步前进或后退；通过使用顶推转向技术实现在梁体的前后端墩顶按圆曲线的弦线方向设置有动力有约束顶推装置，其他墩顶设置有动力无约束及无动力无约束顶推装置，来实现梁体的转向，沿圆曲线轨迹走行。相对于传统的侧向施顶控制方向的方法相比，设备构思巧妙、施工操作简便，为多跨连续梁顶推架设施工提供了新的思路及方法，具有十分广泛的推广和应用前景。