钢箱梁顶推技术在路桥施工中的应用

谢宇尚

（佛山市建盈发展有限公司，广东 佛山 528000）

0 引言

钢箱梁顶推施工是公路桥梁钢箱梁施工中的重要技术，通过提前拼装与吊装钢箱梁，再利用顶推技术将各段钢箱梁安装至规定位置，可大幅度提高该环节的施工效率[1]。钢箱梁施工中的顶推结构设计与执行效果决定着钢箱梁的安装质量，因此施工单位需掌握好顶推施工技术的使用要点及适用范围，合理设计施工方案，进而保证公路桥梁钢箱梁施工的有序进行。

1 工程概述

佛山市龙翔大桥及其引道工程项目通过龙高路、南九复线，建设新大桥顺德水道，并直接接入佛山一环，在南海、高明以及禅城等多个区域之间形成一条环形的通道，选取其中龙畔互通式立体交FZ1#辅道桥第五联中的钢箱梁施工进行分析。

首先，该段采用40m 装配式预应力混凝土小箱梁+68m 简支钢箱梁+40m 装配式预应力小箱梁。装配过程采用顶推设备一次推移到位，故不采用临时墩作为支撑。

其次，从钢箱梁搭载的实际情况来看，考虑到该段桥梁的跨度为68m，施工计划采取上部结构为等高双箱单室钢箱梁进行组装，并对钢箱梁的使用规格参数进行严格规划，部分参数设计如表1 所示。

表1 钢箱梁参数设计（单位：mm）

最后，施工共设有五段主梁节段、三段导梁节段，导梁之间设计为栓接方式，并设置41#作为顶推点向42#方向顶推，顶推长度控制为101m。

2 钢箱梁顶推施工难点

2.1 钢箱梁结构设计复杂

在一些大跨度桥梁的钢箱梁安装施工中，由于钢箱梁组装的结构较为复杂，导致施工中无法精准把控钢箱梁梁重、顶推受力、顶推高度等容易引发安装误差的因素，致使顶推施工技术应用受阻[2]。而在龙翔大桥的钢箱梁顶推施工中，因结构设计复杂造成的施工难点有以下几个方面：

首先，由于钢箱梁的主梁线形设计复杂，在搭设支架的过程中施工人员必须根据主梁的线形变化确定支架与钢箱梁的接触位置及支撑点，使该工序需要花费大量时间来计算支架设计参数。

其次，钢箱梁施工需分段进行，每一段钢箱梁又由多个梁段拼装组成，导致在施工过程中已经顶推完成的梁段与待拼装的梁段需要进行高精度连接，要求施工人员精准把控顶推设备位置、垂直度及钢箱梁顶推高程等参数。

最后，考虑到钢材重量问题，如果顶推过程中滑道荷载能力不足，或者支点布置不合理，会导致顶推过程中轨迹出现偏移，可能导致钢梁倾覆。

2.2 顶推操作不合理

钢箱梁的顶推是借助顶推设备的同步控制，在自动适应标高变化的基础上，利用设备实现平面与竖向的位移。在此过程中，如果顶推控制方法与操作不合理，会造成钢箱梁位移困难、位移偏差等问题[3]。第一，多个顶推点设备的同步性不足，导致钢箱梁在位移过程中支点受力不均，进而导致钢箱梁存在与支座脱空的隐患。第二，在钢箱梁缓慢放置到登顶支座的过程中，如果钢箱梁顶推点的数量不足，会导致钢箱梁支撑困难，且顶推设备在支撑收油过程中的下降速率过快会引发钢箱梁安装位置偏移的问题。

2.3 工况变化复杂

在钢箱梁顶推施工过程中，施工人员需要进行多项计算和监控工作，包括施工方案的计算论证、钢箱梁结构设计与安装的优化、顶推线形设计，以及登顶支座和顶推支点标高参数确定等。然而，当工况发生变化时，一些施工设计需要根据临时变更的施工方案进行实时调整，可能导致顶推施工作业无法顺利进行[4]。

举例来说，在钢箱梁导梁吊装期间，如果实际梁重超过施工方案中设计的导梁自重，预先计划的顶推设备便无法按照原有要求对钢箱梁进行位移顶推，这意味着顶推的距离和高度很可能无法与预设的轨迹相吻合，需要重新架设支架和顶推设备等施工设备，会影响钢箱梁安装施工的正常进行。

3 钢箱梁顶推技术在路桥施工中的应用要点

3.1 优化顶推系统的布置设计

优化钢箱梁顶推系统的布置设计可以提高其在顶推施工中的适配度，从而优化钢箱梁的最终组装和连接效果。因此，在施工设计的早期阶段，施工单位应对顶推系统的布置进行测试和检验，以避免施工过程中出现施工变更或图纸施工不可行的问题。以龙翔大桥的顶推系统布置方法为例进行说明。

第一，由于该桥段的跨度为68m，因此顶推施工中不采取临时墩支设的方式辅助施工。施工单位预先准备了步履式顶推设备、导梁、临时支架和拱架等施工构件，并采用一跨顶推到位的顶推施工方法，极大地提高了顶推作业的施工效率。

第二，施工单位在完善顶推系统结构设计的基础上，利用计算模型判断系统结构在各种工况下的受力情况是否合理。只有在各结构受力稳定之后才能正式进行顶推作业。例如，在主钢梁的模型设计计算中，施工单位确定了主钢梁的最大组合应力为240MPa，最大剪应力为120MPa。其中采用的部分计算公式如式（1）所示（主钢梁组合应力计算）。利用关键的结构设计计算来验证钢箱梁顶推模型的设计是否合理，可以防止设计遗漏导致施工方案变更的情况，从而确保钢箱梁施工顺利进行。

式（1）中：σc表示主钢梁最大组合应力；σb表示弯曲应力；V表示剪力；Q表示梁截面中心至切线的距离；A表示梁截面面积；b表示梁截面宽度。

3.2 钢箱梁吊装施工要点

首先，在该项目吊装条件的控制方面，施工单位先对施工区域内的土地进行硬化处理，确保其符合《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）的质量要求。根据钢箱梁顶推施工需求，建设临时平台和滑轨，以辅助顶推作业的实施，吊装前施工条件。

其次，在吊装顺序控制方面，采用主臂长度为32m、作业半径为25m、起重极限值为40t 的吊装设备，逐一吊装钢箱梁的各个段落。吊装顺序为“左侧第二段吊装—中间段吊装—两侧悬臂段吊装”，在各段焊接完成之后正式衔接顶推滑移施工，这样的吊装顺序能够有效防止吊装期间钢箱梁出现偏移。同时，以导梁为基准点，能够严格控制各吊装点的位置关系。

最后，在吊装位移和高差控制方面，施工单位使用检测仪全程监控梁段中线位置，确保各段中线位置的偏移量控制在50mm 以内，高差控制在20mm 以内。对于存在超标偏差的钢箱梁进行纠偏处理，然后重新进行吊装并衔接顶推施工。

3.3 钢箱梁顶推要点

在龙翔大桥钢箱梁顶推施工中，施工人员采取了以下控制措施：

第一，在空载试运行中，调整顶推参数，观察控制系统的响应情况以及顶推轨迹是否合理。在此过程中，控制钢箱梁顶推平移450mm、垂直位移180mm，最终测算得出顶推的同步误差能够控制在2mm 以内，表明顶推系统正常运行，没有异常情况。

第二，在顶推纠偏方面，采用专业的纠偏检测装置分析钢箱梁顶推过程中的轴线是否存在偏移情况，并根据实际的检测结果制订纠偏措施。在龙翔大桥施工案例中，采用八套顶推设备同步施工的方式控制顶推位移，并在墩顶支座安装1～2 个检测轴线开关，安装效果如图1 所示。如果在钢箱梁顶推平移过程中，检测轴线开关未能识别到钢箱梁截面，则表示顶推偏差超出标准，此时应当采取“回推+检查+继续顶推”的方式进行横向纠偏，以提高钢箱梁顶推施工精度。

图1 控制顶推位移监测

3.4 顶推质量评估与检测

逐一完成钢箱梁顶推施工后，施工单位需针对已推进并组装完成的钢箱梁质量进行评估，确保质量达标再进行后续施工工序。而龙翔大桥的钢箱梁顶推施工中，施工单位主要围绕钢箱梁偏移情况、垂直度、梁体连接稳定性、焊缝质量及表面缺陷等进行检查，这些检查方法适用于各类路桥钢箱梁顶推施工的质量评估。以案例中的梁体连接稳定性检查为例，施工人员采用扭矩扳手及其他工具对连接点的螺栓进行紧固力检查，确认检查结果符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）标准要求，且未发现螺栓紧固力低于标准的连接点。此外，检验中采用的静载试验法有显著的应用价值，该检验方法能够利用应变片、力传感器等测量设备测算得出钢箱梁连接点的应力图像，从而判定连接点的受力状态及实际性能。

4 钢箱梁顶推施工技术

4.1 采用BIM 技术检验钢箱梁标准节段施工情况

在一些主桥梁线形设计较为复杂的情况下，如果未能采用定点监控的方式记录顶推过程的位移、挠度、加载等情况，可能导致顶推完成的钢箱梁节段存在不明显的偏移。针对该问题，施工过程中应采用标准的监控技术分析钢箱梁横断面的布置情况。以BIM 技术为代表的模型监测技术适用于检查钢箱梁标准节段的顶推情况，能够获取较为精准的工况数据。

图2 所示为基于BIM 建模获得的钢箱梁截面图，能够精准地反馈钢箱梁顶推的偏移与误差情况。龙翔大桥施工案例中的导梁共分为4 个节段，每一节段都可以采用BIM 技术获取横断面图，并进行钢箱梁顶推布局位置的对比，以检查是否存在偏移情况。

图2 钢箱梁模型截面图（单位：mm）

4.2 合理选择顶推设备

在钢箱梁顶推施工中，施工单位必须根据需要选择适合现场作业的顶推设备，并提高施工器械与设备的使用效率。例如，在龙翔大桥的钢箱梁顶推施工中，施工单位采用了步履式顶推设备进行顶推作业。该设备由计算机操作台统一进行顶推管理，并通过液压泵站控制位移传感器进行作业，适用于对精度要求较高的顶推施工，其操作流程如图3 所示。

图3 步履式顶推设备操作流程

此外，液压式爬行器等装置也可用于控制钢箱梁的顶推滑移。该装置利用夹紧装置控制液压缸的抽动实现位移控制，且有较强的稳定性，能使钢箱梁的前托结构在顶推过程中按照设定的轨迹移动。

4.3 滑道与导向装置结构设计

为了确保钢箱梁顶推不偏离预定轨迹，在龙翔大桥施工设计中，采取了以下措施：

第一，在滑道设计方面，采用滑道梁和滑板组合方式，控制每段滑道的有效长度为2000mm，宽度为300mm，超过限位标准约30%，以防止在顶推过程中梁体脱离滑道。

第二，在导向装置的设计中，采用横向限位器来固定钢箱梁滑行时的导向轮，以增强顶推过程中的横向定位限制力，防止偏移。

5 结语

总的来说，顶推施工技术在路桥钢箱梁施工中有显著的应用价值。结合顶推技术打造全新的钢箱梁建设施工模式，有利于大幅度提高现阶段路桥工程的施工效率及钢箱梁施工阶段的成本效益。未来，路桥工程施工单位应着眼于优化顶推施工技术的使用要点及工艺流程设计，并参考相关分析中的施工技术与方法，不断提升顶推施工技术水平，进而提升公路桥梁整体施工质量。