过街天桥施工技术研究

王金旭

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，哈尔滨 150000）

人行过街天桥的建立可以使行人与非机动车不考虑避让机动车的问题，又可以使机动车减少不必要的减速从而提高了通行效率，是一个双赢的交通设施设计。周祥乾[1]对人行天桥作为城市公共基础设施的一部分给予了高度评价，并就某桁架景观人行天桥的设计进行了总结与分析，供类似工程参考。杜德润等[2]运用ANSYS 有限元软件对大跨桁架人行天桥进行了施工过程模拟分析，通过“生死单元”模拟实际施工过程中的结构、边界和荷载的时变性，反映出结构在施工全过程的力学性能变化的范围及趋势，为施工方案的确定提供一定的依据。屈红伟[3]对张弦梁人行天桥施工监控进行了分析，保证了张弦梁桥成桥运营阶段的预拱度、力学性能等各项指标都满足规范要求，可为后续同类型桥梁的施工监控提供参考和借鉴。戴鹏[4]对复杂环境下人行天桥钢箱梁的制作及安装施工技术进行了研究，给出了多种钢箱梁制作与安装方案，并通过对比选出了最优方案，取得了良好的施工效果。徐联松[5]对钢桁架天桥的设计进行了研究，并采用MIDAS CIVIL 对结构进行了建模计算，确保了设计完全满足相关规范要求。

1 工程介绍

1.1 项目简介

该工程天桥全长约为137.7 m，主桥净宽4.6 m，为五跨连续钢箱梁桥，主梁高为1.5 m、1.2 m，总重567.04 t。主梁结构箱形钢梁。钢箱梁为单箱双室双悬臂结构，顶板宽5.0 m，底板宽4.0 m，跨径为39.5 m+21 m+28.3 m+24.5 m+22 m，总长137.7 m，坡梯道为钢结构，梯道坡度为1∶2，坡道坡度1∶4，总宽3.2 m，净宽2.8 m。

人行天桥共分为3 段，其中主跨跨度组合为21 m+28.5 m+24.5 m，箱梁高度为1.2 m，梁宽5 m；北侧边跨跨度为22 m，箱梁高度为1.2 m，梁宽3.2 m；南侧边跨跨度为39.5 m，箱梁高度为1.5 m，梁宽5 m。主跨箱梁截面示意图如图1 所示。

图1 主跨钢箱梁截面示意图

1.2 安装施工方案简介

本工程现场施工内容主要包含现场吊装和现场连接2 大部分，根据钢箱梁的结构形式和现场安装条件的限制，现场采用搭设临时支架，通过汽车吊装节段上支架的方式进行吊装。其中南侧跨段因重量较大且既有河流上方桥梁无法站立吊车，所以采用现场拼装成一段，然后整体抬吊安装的方式进行安装，其余段均为单机吊装。

吊装完成后，现场测量人员对节段按照线形进行定位调整，对调整就位的节段完成现场连接和涂装工作。

1.3 施工重点及控制措施

首先，主跨下侧为城市主要通行干道，道路车辆通行量大，紧邻的广场为城市主要商圈，人员密集流动性较大，交通导流的压力也很大。决定在施工现场设置封闭式围挡进行作业，吊装作业等需要临时占路的作业内容安排在晚上11:00 点以后进行，在不同的施工阶段采取主辅路分流的方式对行人及车辆进行导行，现场设置专人分别在上行路口设置临时导行提示牌，并配备专人对车辆进行疏导。

其次，南侧跨段为跨既有河流分段，分段长度为43.8 m，吊装重量为127 t，且既有河流区域无法采用临时支架法进行安装，其整跨长度不符合运输要求，所处河流区域桥面上部承载力不足，无法采用单机吊装的方式进行。决定厂内采用小分段制作，运输至施工现场后采用单机吊装分段组拼，形成整体后采用整体双机抬吊的方式进行构件安装工作。双机抬吊设置专人指挥，以降低抬吊过程中的风险。

2 施工工艺

2.1 支架简介

临时支架共4 组，高5 m，由下至上依次为2.5 m*6 m路基箱、1.5 m*1.5 m 标准节支架、400*200 H 型钢分配梁、300*300 H 型钢垫梁、Φ219 圆管支撑。支架与路基箱、上侧分配梁之间采用调节管调节支架高度，调节管与分配梁钢采用焊接连接，上方搭直径219 mm 临时钢撑管至下弦杆钢梁下方。临时支架安装采用全站仪进行定位，保证支架不偏心，4 组支架编号分别为ZJ1、ZJ2、ZJ3、ZJ4，支架布置如图2 所示。

图2 支架布置图

支架顶部与下垫梁间满焊，并加设2 块100 mm*100 mm*12 mm 的加筋板，并在圆管与型钢连接处焊接2 块12 mm 厚的加筋板，用于节点加强，垫梁与垫梁之间满焊，以上均为角焊缝，焊脚尺寸不小于6 mm；支架底部与路基箱采用焊接连接，并在每个支腿焊接4块100 mm*100 mm*12 mm 的加筋板，以上均为角焊缝，焊脚尺寸不小于6 mm。

2.2 不利吊装工况分析

吊装施工采用汽车吊装的方式，根据现场施工条件和钢箱梁的分段方式，天桥吊装施工过程可分为3部分，分别为南侧跨段、主路跨段、北侧跨段。现将最不利于施工的情况进行分析。

2.2.1 单段最重吊装工况

考虑单段吊装最大重量时，最大吊装段为主路跨段的第二分段，记为2GL-2，其吊装重量为73.751 t，吊装高度约为6 m，根据吊装设备计算可知，2GL-2 单段吊装情况下分析时（含现场卸车工况），最大作业半径为9 m，杆长为15.3 m。

2.2.2 单段最大半径吊装工况

考虑单段吊装最大半径时，最大吊装段为南侧跨段的第二分段，记为1GL-2，其吊装半径为22 m，该分段的重量为32.783 t，造成其吊装半径最大的主要原因为该跨段上侧无法站立吊车，只能在既有河流两岸进行吊装。

2.2.3 南侧跨段吊装特殊工况

考虑南侧跨段由于既有河流区域上方无法站位，需要将该跨段在施工现场先拼装成整体，之后再进行吊装作业，将该跨段记为1GL。1GL 组成整体梁段后，重量为127.68 t，为本项目最重吊装重量，采用双机抬吊的方式进行安装，最大作业半径为12 m，双机抬吊考虑0.8 倍的不平衡系数。

3 支架施工模拟

3.1 建立模型

采用MIDAS CIVIL 有限元分析软件对该项目支架结构进行验算，支架所有构件均采用梁单元来模拟，支架底部与基础进行刚性连接，支架顶部与垫梁、垫梁与垫梁之间采用一般弹性支撑里的刚性连接。荷载分为恒荷载与活荷载，其中，恒荷载包括桥梁荷载、支架结构自重、纵向垫梁以及横向分配梁的自重。活荷载按桥面施工活荷载1.5 kN/m2进行计算，另外考虑风荷载施加到支架两侧。在进行模拟计算时，荷载工况为1.5*桥梁荷载+1.2*支架自重+1.4*活荷载+0.85*风荷载。

各构件具体型号及材质详情如下：斜腹杆和直腹杆钢材材质为Q235B，主杆与垫梁为Q345B，梁结构面的横、纵步距均为1 500 mm，所采用管材截面型式为主柱管Φ140*8，直腹杆Φ63.5*5，斜腹杆Φ70*6；上下短管采用与立柱管管材一致Φ140*8，垫梁分为2 层，由下至上依次为HW300*300*12*12型钢、HW400*200*8*13型钢。

根据天桥箱梁的分段重量情况，计算出的各支架承受钢箱梁荷载见表1。

表1 钢箱梁荷载分布表

由表1 可知，在支架形式完全相同的情况下，ZJ3承受的节点荷载最大，大小为64.3 t，因此对其进行受力分析。

3.2 模拟结果与分析

考虑到施工顺序问题，将支架施工主要分为2 种工况进行模拟计算：工况一为安装一侧钢箱梁时支架的受力及变形分析；工况二为两侧均吊装完毕后支架的受力及变形分析。

通过施工模拟可以得出，在工况一的施工工况下，垫梁的最大应力值为σ=54.9 MPa≤[σ]=310 MPa，最大竖向位移u=1.3 mm≤[u]=10 mm；支架结构的最大应力值为σ=75.1 MPa≤[σ]=310 MPa，最大竖向位移u=1.0 mm≤[u]=10 mm。部分云图如图3 所示。

图3 工况一下的最大应力与竖向位移云图

通过施工模拟可以得出，在工况二的施工工况下，垫梁的最大应力值为σ=72.4 MPa≤[σ]=310 MPa，最大竖向位移u=1.5 mm≤[u]=10 mm；支架结构的最大应力值为σ=101.3MPa≤[σ]=310MPa，最大竖向位移u=1.4mm≤[u]=10 mm。部分云图如图4 所示。

图4 工况二下的最大应力与竖向位移云图

通过以上模拟可以得出，在最危险工况下的支架受力及变形施工模拟中，应力及竖向位移均符合相关规范要求，可以保障施工安全。

4 结束语

过街人行天桥已经成为了一种十分成熟的城市基础交通设施，各位学者从其设计、加工、施工等各个方面都进行了详尽的研究。该项目结合前人研究对过街天桥的施工过程又进行了分析，具有一定的参考价值和借鉴意义，分析主要得到以下结论：①人行过街天桥一般建设在城市繁华地带，应做好施工防护及导流等安全施工措施；②根据施工现场条件及天桥构造特点，制定适合本项目的施工方案；③对临时设施进行一定的受力及变形计算，确保施工过程安全可靠。