钢箱梁顶推方案设计与施工技术

刘长超

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

在桥梁建设过程中，受周围交通环境复杂多样性的影响，特别是需要跨越已有线路时，传统的钢箱梁架设施工工艺已不能满足建设的需要。顶推施工技术具有工期短、设备单一、交通干扰少等特点，因此这一技术在城市高架桥的建设中优势明显。但是顶推法施工使得体系转换频繁，施工过程中，主梁位置以及受力状态都在不断发生变化，施工安全风险也随之增大。因此，结合一定工程实践，提出适用于钢箱梁的顶推施工设计方法和施工技术尤为关键[1-3]。

顶推施工技术最早于1959年由德国工程师Leonhardt应用于一座PC连续梁结构（Ager桥），开创了顶推施工的先河。20世纪70年代末，随着我国基础设施建设进程的推进，顶推法被引入国内。邵厚坤等在我国铁路领域里第一次利用顶推技术的混凝土箱梁的建造，并且该桥在施工时应用了拆装式钢导梁，在我国逐渐被推广应用。谭荣鸣等提出了采用千斤顶进行连续顶推的工法，连续顶推的优势在于避免了梁体停歇对墩柱产生巨大的水平冲击，保证了顶推施工时墩柱的安全。郝维索等依托杭州江东大桥，对多截面组合竖向曲线连续钢箱梁的顶推过程中的内力变化进行研究，借此优化临时墩初始高程确定方案。

目前，对钢箱梁方案设计与施工方案的系统研究还相对较少，本文以哈尔滨三棵树跨铁路线桥为例，系统研究钢箱梁顶推方案设计、施工要点、技术难点、监控监测要点等技术难题，对提高钢箱梁顶推施工的精度和安全性具有重要意义。

1 工程背景

1.1 工程概况

哈尔滨三棵树跨线桥工程西起南棵二道街，东至道口三道街，桥梁跨越三机街、火车头街、水泥路、道口头道街四条道路。跨线桥桥梁全长950 m，铁路部分桥梁宽为36 m，长为169 m，市政部分桥梁宽度为31 m，长度505 m，铁路桥与市政桥梁通过过渡墩衔接。跨线桥主桥孔跨布置采用（52+65+52）m等截面钢箱梁结构，拟采用顶推法施工。

1.2 顶推方案

钢梁顶推跨度布置3×20.8 m+32 m+55 m+43 m+15 m，共设置6个顶推点。铁路线两侧临时墩墩顶布置600 t步履式千斤顶，其余临时墩墩顶布置400 t步履式千斤顶。单幅顶推最少需布置12台步履式千斤顶。在顶推过程中，为了降低钢箱梁顶板和底板的应力，应当以腹板为施工过程中主要受力构件。在钢箱梁顶推时位于外腹板下布置2台步履式千斤顶，为了保证步履式千斤顶在施工时处于在腹板下方，需要布置6组的临时墩。

2 顶推施工技术

2.1 施工特点

跨线桥主桥顶推施工段的长度144 m，最大顶推重量可达2 049 t，钢箱梁下方接触网众多，顶推过程中倾覆稳定性控制很重要，必须采取可靠的防倾覆措施和纠偏限位措施。主桥线形带有一定弧度的竖曲线，带竖曲线顶推，对拼装平台、临时墩及钢箱梁顶推过程中线形的控制要求高。梁体超大且受起重设备限制，必须现场散拼，现场拼装定位控制精度要求高、难度大。

2.2 顶推施工要求

（1）钢箱梁跨铁路电气化站场咽喉区段,对于施工进度和施工安全性要求高；（2）最多需要12套顶推设备进行同步施工，对同步控制精度要求高；（3）施工中临时墩上面所承受的水平载荷需要被严格控制；（4）钢箱梁腹板承受顶推设备支撑力，要求顶推设备具有高精度的支反力调节功能。

2.3 顶推施工关键技术

（1）顶推过程中应采用多点顶推的方式，辅以压力调节，应当在考虑临时墩所受竖向载荷的基础上调节每个点的顶推压力值，借此减小临时墩所承受的水平力；（2）严格控制同步顶推的精度，避免临时墩承受集中荷载；（3）下降过程同步进行，避免单个顶升油缸受到偏载；（4）提高对移动偏差的实时监测精度，如发现偏差超出限制，应及时借助千斤顶纠偏；（5）对临时墩水平位移和沉降进行实时监测，防止临时墩遭受破坏。

3 计算分析

3.1 计算模型

三棵树跨线桥工程中的箱梁分三个阶段顶推，共划分为16个工况，每个工况下对临时墩反力、钢箱梁挠度及应力、钢箱梁抗倾覆进行计算。

主梁采用Q345qD钢材，抗压、抗弯容许应力取值为250 MPa，抗剪容许应力取值为140 MPa。钢主梁和钢导梁自重由程序自动加载，考虑横隔板及劲板等未计入模型，自重系数取1.5，施工荷载按照2.0 kN/m2考虑。

三个阶段计算模型如图1所示，钢梁顶推过程中控制性工况如表1所示。

图1 顶推施工计算模型图

表1 控制性施工步骤表

3.2 关键计算内容

（1）钢箱梁位移及应力计算。

钢箱梁最大竖向挠度在整个顶推过程中变化较小，竖向挠度的最大值为-43.3 mm，工况6；钢箱梁正应力的最大值为54.5 MPa＜250 MPa，工况8；钢箱梁剪应力的最大值为14.3 MPa＜140 MPa，工况10，最大正应力和剪应力均未超出材料容许应力，满足要求。

（2）临时墩墩顶支反力计算。

顶推支点反力最大值为357.7 t，工况6，临时墩L4墩顶，如图2所示。

图2 工况6支点反力计算结果图

（3）抗倾覆计算。

抗倾覆系数K=（45.27 m钢梁自重×抗倾覆力臂）/（36 m导梁重量×导梁力臂+19 m钢梁自重×力臂）=3.05＞1.4。

计算结果满足抗倾覆要求。

4 结语

（1）将桥顶推过程分为3个阶段，细化为16个工况，借助有限元工程软件MIDAS对各阶段顶推工序、顶推步长进行精细化计算，为全桥顶推施工的顺利进行奠定基础。（2）顶推施工对拼装平台、拼装定位控制精度要求高、难度大，需要从顶推施工要求、关键技术、施工流程、施工控制等方面统筹规划。（3）结合施工方法，对各工序下钢箱梁位移及应力、临时墩墩顶支反力和施工过程抗倾覆能力进行计算，计算结果均能满足要求。