复杂环境下钢箱梁顶推转体组合施工技术分析与应用

马仲举

（中铁九局集团有限公司，沈阳 110051）

1 引言

某城市快速路工程上跨铁路既有线转体桥施工部分全长269 m，其中，L1线高架桥为2×64 m连续钢箱梁；R1线高架桥部分为2×48 m+45 m连续钢箱梁。高架桥L1、R1线跨高速铁路部分为钢箱梁转体施工，采用两个T构同时转体，共跨越4条铁路，其中有2条普铁上、下行线和2条高速铁路上、下行线。 L1线斜交79.2°，R1线斜交83.5°，钢箱梁全宽13.5 m，采用单箱双室截面，等高度连续钢箱梁中心处梁高2.524 m，横坡为单向1.2%。其中L1线钢箱梁总重1 155.2 t，转体部分总重约为2 072 t，R1线钢箱梁总重1 245.3 t，转体部分总重约为1 842 t。

2 工况及工艺分析

L1线钢箱梁拼装位置位于城市主干道西侧非机动车道处，主梁长49.98 m+47.26 m，共计97.24 m，钢箱梁总重785.06 t。拼装平台长度65 m，利用平坡顶推，顶推水平线高程为57.898 m。钢梁分3次拼装，4次顶进。第一次拼装长度50.7 m，安装26 m导梁；第一次试顶5.5 m，第二次顶进9.8 m后，安装钢梁第5段12.9 m后，第三次顶进28.86 m，安装钢梁第4段16.5 m，第3段18.5 m；第四次顶进22.92 m，共计顶进67.08 m，到达最终位置。R1线转体钢箱梁设计位置位于既有立交桥南侧，转体主墩位于住宅小区院内，且高铁线西侧。R1线主梁长50.02+51.82 m，钢箱梁总重752.4 t。拼装平台长度65 m，利用平坡顶推水平线高程为58.616 m分两次拼装，3次顶进，第一次拼装长度47.6 m，安装25.2 m导梁，第一次试顶5.5 m，第二次顶进51 m后，安装钢梁第6~12段后，第三次顶进51.6 m，共计顶进108.1 m，到达最终位置[1]。

顶推采用25台600 t步履千斤顶，10台落梁千斤顶及若干液压泵站等进行控制。钢箱梁整体落梁，L1线落梁最大高差1.922 m，R1线落梁最大高差3.796 m，然后拆除导梁及支架，并对墩柱进行临时固结，然后进行箱梁体外预应力张拉，并在转体前设置临时支墩，支墩采用拼装支架形式L1线设置两段跨度分别为13.88 m与13.92 m。R1线转体合拢无临时支架，最后进行转体牵引施工。转体采用两个T构同时转体，L1线逆时针转体R1线顺时针转体，转动到位后封固转盘，再进行主跨合龙段施工。边跨合龙段采用整体吊装方案，一次焊接成型，与普通梁段施工程序、工艺相同，将L1线桥小里程处26.8 m、大里程处6.76 m分别分为4段、2段分别进行吊装焊接，最大节段重75.58 t，钢梁施工总流程如图1所示。

3 顶推施工

3.1 支墩制作

由于L1线转体墩位于快速干道与铁路线之间，场地狭小，且承台体积较大，如按照常规设计转体承台占用快速干道部分人行道导致交通拥挤。临时转体墩施工方便，节省时间，占用空间小，把对铁路线影响降到最低，且完成转体后拆除临时墩，可不对快速干道造成影响。由于临时转体墩采用钢管柱作为墩柱结构，其下料和加工均可在工厂内进行，缩短了墩柱施工周期，可在桥梁合龙后进行拆除，并重新加工利用，增加了钢管柱的周转率，减少了临时工程投入成本。同时，混凝土支模及浇筑时存在一定的尺寸偏差，采用钢管柱形式的临时转体墩可根据顶推落梁后的墩梁位置进行微调整，保证墩梁固结用的精轧螺纹连接精准。由于钢箱梁采用先顶推后转体的施工流程，当采用钢管柱作为临时转体墩时，其截面可根据施工需要适当进行调整，在完成转体墩作用的同时可兼作一个顶推支架施工，减少了临时支架的投入[2]。转体施工临时支墩既要满足箱梁转体时的荷载要求，又要满足钢梁顶推时的要求。经过有限元软件进行多方案比选，设置钢箱梁拼装支架6组，L1、R1线各3组。钢箱梁顶推支架10组，L1线4组、R1线6组，钢箱梁顶推支架与钢箱梁拼装支架同步施工，并有一部分作为拼装支架使用，支架立柱为φ478 mm×12 mm钢管，通过钢板与混凝土基础进行连接，立柱间采用φ325 mm×10 mm钢管焊接固定。钢箱梁拼装支架上部为H400型钢，每个截面设置临时支墩6个，通过横向及斜向连接杆焊接，单个支墩自身亦采用横向及斜向连接杆焊接牢固，各自形成稳定体系。立杆和连接系在现场组装。钢梁顶推施工单个支墩设置4根钢管立柱，每组8根。顺顶推方向钢管间距为3 m，距离基础外侧1 m；垂直顶推方向钢管距离为2 m，距离基础外侧1.48 m，拼装支架位置按顶推距离及梁段划分进行现场实际布设[3]。立柱与连接系采用在厂组装后运至现场整体吊装的方式安装，最后连接纵联杆件。单支墩立柱受力图如图2所示。

图2 单支墩立柱受力分析（单位：N/mm2）

图1 钢箱梁拼装及总体施工流程图（单位:mm）

3.2 钢箱梁顶推控制

为确保结构稳定性，在临时墩分别设置侧向限位。L1线桥钢箱梁顶推施工，拼装焊接50.48 m顶推段钢箱梁，在钢箱梁前端安装钢导梁。检测合格后，同步安装顶推设施、调试顶推工作系统。各系统工作正常后试顶推，使钢箱梁前进约4.8 m左右，顶推过程中调节钢箱梁底板下面的垫板，保证梁体的线性使梁体均匀受力。试顶推正常后正式顶推施工，使钢箱梁前进约9.8 m，梁尾到达拼装支架位置。接梁尾拼装第五段钢箱梁，进行第二轮顶推施工，使钢箱梁前进约28.95 m，梁尾到达临时墩三位置。拼装第四、三段钢箱梁，拆除前端第一节钢导梁，进行第三轮顶推施工，使钢箱梁前进约22.82 m，钢箱梁到达转体位置[4]。然后拆除钢导梁，进行钢箱梁落梁施工，拆除顶推设施，使钢箱梁落于转体临时墩墩顶支架，并用精轧螺纹钢与转体墩紧固连接，拆除临时墩，形成待转体条件，为转体做好准备。R1线桥钢箱梁顶推施工与L1线桥施工原理相同。

4 转体施工

4.1 墩身临时固结及钢箱梁体外张拉

本工程R1线桥转体主墩与L1线临时转体墩方案中，在钢箱梁跨既有高架桥完成顶推后需拆除临时支架，并进行转体墩与钢箱梁的体系转换，形成临时固结并达到待转条件。其中，临时固结采用在转体墩柱中预埋直径32 mm的精轧螺纹钢筋并浇筑混凝土，将墩柱与钢箱梁固结成整体的形式。考虑到在施工墩柱时提前预埋精轧螺纹钢筋，并顶推至设计位置后将其精准对孔的难度非常大，故在施工墩柱时保留2 m高墩顶不进行施工，当顶推就位后根据预埋精轧螺纹钢筋位置进行墩身剩余段混凝土施工，同时进行钢箱梁内固结混凝土，墩身及钢梁间固结混凝土浇筑，保证固结的整体精准、稳定。

为减小转体阶段钢梁T构悬臂挠度，在钢箱梁顶板顶0.48 m高度对应腹板位置设置体外预应力。为防止钢绞线与箱梁顶面接触，在钢绞线中点设置钢绞线支撑装置。预应力钢束锚固处设置钢锚箱，钢锚箱与钢箱梁顶板采用M20承压型高强螺栓连接，每个螺栓预拉力设计值190 kN。钢束锚下控制应力1 300 MPa。钢箱梁临时预应力钢束采用5束，每束为16根7φ5 mm低松弛钢绞线，并在箱梁顶面每1.98 m设置防崩钢筋。钢束初张拉后应缓慢张拉,张拉至0.5倍时，停止张拉检查箱梁顶部钢板的变形情况及错固装置变形，确认无明显变形后，方可继续张拉直至张拉设计值后停止张拉并现场实际测量变形值与设计值对比并分析原因。待转体结束后拆除临时锚固装置，并采用12 mm厚钢板补强。

4.2 钢箱梁转体控制

钢箱梁就位完成后转体前进行临时支架的拆除施工，保留两端最远处支架作为转体前的临时约束。待试转前拆除所有支架，使主桥达到悬臂状态，防止转体时与支架发生刮碰。受张拉的影响，箱梁梁体会有一定程度的拱起，钢管支架与钢箱梁梁底之间会形成脱空。首先，拆除千斤顶及垫块再拆除横纵向分配梁及斜横杆，最后拆除钢管柱，拆除顺序从主墩向两端对称均衡进行。大型悬臂结构平衡转体施工时上部结构的平稳性是非常重要的。水平转体中，支点两端重量理论上必须保证一致，这样两端才能实现过程中平衡。但如果绝对平衡，在转体施工实际实施的过程中会引起梁端发生幅度较大抖动，反而不利于转体平稳。通常做法是通过配重使实际重心偏离理论重心15 cm以内[5]。施工支架完全拆除后且转体前必须进行转动体称重试验，实验结果能够为转体阶段的决策提供依据，确保桥梁转体顺利进行。需要测试转动体部分横、纵桥向不平衡力矩及横、纵向偏心距，同时还要测试球铰的摩擦系数和摩阻力矩，分析并确定配重方案，按照配种方案对梁两端进行配重后进行转体及后续施工。

5 结语

本研究成果主要是对先顶推-后利用临时支墩进行体外转体的桥梁制定了专门的施工技术，详细阐述了施工内容和方法，对临时转体墩、临时支架以及钢梁的状态进行了受力分析和监测。本次研究形成了一种新的先顶推，后进行临时支墩体外转体的施工方法，该方法的成功实施克服了利用临时转体墩进行体外转体的施工难题，证明了顶推-转体法不仅可以达到缩短工期，节约成本的目的，而且能够减少对铁路线运营的影响，更能够满足施工场地十分受限的要求。因此，桥梁顶推-转体施工技术的成功应用对复杂环境下桥梁施工方法的理论研究和经验积累具有重要科学价值，促进了桥梁施工技术的提升。