钢箱梁顶推施工工艺与监测控制研究

张俊雨

（中交二航局结构工程有限公司，湖北 武汉 431400）

在各种桥梁工程中，钢箱梁的顶推法已得到了广泛的应用，并取得了很好的效果。在实际运用中，有关技术人员要充分掌握钢箱梁顶推施工技术的控制措施，才能提升这种技术的运用水平和运用效果，从而为整个桥梁工程的建设质量提供可靠的保障。

1 工程概况

北京路快速化改造工程的路线起点为迎宾大道，终点为宿连高速出口处，全长约11.85km。主线双向6车道，设计时速80km/h，符合城市快速路和一级公路的标准。辅路双向4 ～6 车道，设计时速50km/h，符合城市主干道和一级公路的标准。此标段的起讫桩号为K4+050 至K7+776，线路全长3.726km。该标段采用“地面快速化+节点高架”方案，在黄河南路、长江路、江山大道等设置节点高架，终点位于西楚大道以西200m 处。

2 钢梁顶推施工

本桥顶推总体采用分节段顶推施工，其中拱肋部分在拼装支架上与主梁拼装成整体后顶推，全桥共9 组临时墩。

2.1 顶推设备

本工程共使用18 台承载能力为1200t 的步履式顶推设备。该设备由滑动面结构、上部滑移结构、下部支撑结构、支撑油缸、横向调整油缸和顶推油缸组成，采用计算机控制和液压驱动技术，能够实现复杂的组合和顺序动作，以满足本工程的施工要求。

系统组成。一套步履式顶推系统主要由以下几个部分组成。顶推设备18 台、液压泵站18 台；分布式控制系统1 套；引入先进的5G 通讯技术来取代传统有线通讯，对单个临时墩分别部署单台5G 模块，主控配备5G 模块，达到信号的无线传输，实现低延迟、高响应的信号传输和数据发送，降低现场因有线布置所带来的问题，同时能够借助云平台技术来实现设备远程控制以及调试。5G模块布置示意图如图1 所示。

图1 5G 模块布置示意图

选用具备5G 智能网管的应力监测模块来实现梁拱结构中拱顶、拱脚以及1/2 拱架等应力集中较大的测量点来布置应力采集模块，所采集的数据通过无线传输模块并入至主控PLC 内来实现数据的实时读取与监测。

利用软件ANSYS 完成对梁拱组合体系桥梁结构受力分析，确定结构中应力集中位置以及结构薄弱处，通过安装无线应力采集模块，来实时采集相应点的应力变化情况，并将数直接发送至云端云平台的数据库内或者PLC 主机中实现接收，通过分析处理调用查看数据曲线分析器趋势，并结合PLC 中的控制算法来防止应力过高导致结构出现形变问题，实时监测点的信息和远程信息能够保证同步更新，通过上位机分析数据后可以对梁体状态进行预测，然后做出预警或者是调整顶推施工工艺参数，来避免意外出现。同时数据上传云端后能够更加直观呈现至远程故障诊断平台上。

顶推设备布置及安装。顶推装置布置原则是在需要布置顶推设备的临时墩上每墩一套，在墩顶的上、下游对称布置；反力座则分别布置在每套顶推装置的纵桥向两侧。

2.2 顶推施工流程

步履式顶推机构包括顶升支撑油缸、顶推纵移油缸、横向调节油缸、纵移滑块、横移滑块、横移底座等结构，可实现钢梁的竖向顶升下降、顺桥向前进后退和横向纠偏等功能。通过步履式顶推机构和临时方木垫梁的交替使用，通过顶升、推移、下降和缩回4 个步骤，实现了钢梁的间隙式迁移。

首先，进行钢梁顶升，待各项准备工作就位后，步履千斤顶按照控制系统设定的力值顶升到位，使其承载梁顶面完全接触主梁底面。随后，通过控制系统同步控制顶升千斤顶伸缩到设定的活塞行程，将整个钢梁平稳顶起，使承载梁底面离开垫梁一段距离。然后进行钢梁推移，通过控制系统同步控制顶推千斤顶伸缩，推动千斤顶带动承载梁及钢梁在底座滑移槽中向前移动至设定好的活塞行程位置，实现钢梁的推移。在推移过程中，要进行墩顶位移观测，依据设计允许偏位作为最大偏位值，计算坐标，从施加力开始到钢梁开始移动连续观测，一旦位移超过设计计算允许值，即刻停止施加力，重新调整各顶推设备的顶推力。最后，千斤顶回油落梁，待钢梁移动至系统设定的位移量后，顶升千斤顶活塞缩缸回程，使钢梁下降至支垫上，进行力系转换，一个行程的顶推结束。

2.3 导梁上墩

钢梁在顶推过程中，最大悬臂工况下，根据建模计算导梁最大挠度426mm，越墩过程考虑下挠影响，在导梁越墩前两跨对下一个墩顶进行超垫，确保导梁在顶推过程中自然上墩。

2.4 横向纠偏

钢梁横向纠偏以千斤顶同步控制进行，钢梁顶推施工时，梁体在纵向移动过程中会出现左右方向的横向偏移。为了控制钢箱梁在顶推过程中的中线始终处于规定范围内，采取以下的纠偏方法：（1）在顶推过程中，轴向偏差的警告值是3cm，在偏差达到设定的数值后，停止推杆，并实施校正。（2）保证顶推的同步。在进行每次顶推之前，都要对中央控制系统和各个墩位处顶推设备的性能进行详细的检查，在顶推的过程中，要通过顶推位移和顶推力双控的方式，以顶推位移控制为主要内容，保证钢箱梁左右前行位移量的协调统一。（3）在顶推过程中，应采取动态监控措施。在推举临时支墩的顶点上，同时将钢梁的底点也放了出来，在推举过程中，由站在墩顶的操作者通过悬挂垂线的方式，来测定进尺的同步度和轴心偏差。在中心线偏离位置的情况下，应及时纠正。在钢箱梁端中心的顶底上，用红色颜料画出截面中心线，并定期用全站仪测取轴端点，判断有无偏差，若有偏差，应及时纠正。

2.5 整体落梁

首先，在落梁前检查永久支座偏位和标高是否与设计一致，是否完成安装工作，清理永久支座和清扫障碍工作，其次，做好机具准备工作，安装固定永久支座，精确微调钢梁横向和纵向位置，钢梁整体位置满足落梁条件。待准备工作完成后，进行整体落梁，最后一片钢梁完成环焊后，钢梁整体高出设计线及支座，此时，需要将钢梁整体顶起，然后抽调反力座和千斤顶位置所有支垫，将钢梁整体下放到永久支座上受力。采用整体落梁的方式需注意：（1）落梁前，对各个顶推位置的反力、标高测量，并将实际值与理论值进行比较分析。（2）落梁前，先精确调整成桥位置，然后一次落梁到位。落梁时，采用顶推设备将钢梁整体同步下放。（3）落梁时，各反力座位置支垫全部拆除，使钢梁能够落与永久支座上。（4）落梁时，各个顶推设备位置安排1 名专人对梁体与永久支座的接触情况进行观察，并及时汇报，落梁前先对准支座顶部的支腿与钢梁的孔位。（5）落梁时，与监控紧密配合，落梁到位前，反复测量，如遇偏位问题，需及时纠偏。（6）落梁完成后，及时连接钢梁与永久支座。（7）落梁完成后，永久支座安装完毕后，即可开始拆除顶推临时结构。

3 钢梁顶推监测

3.1 监测目的

在钢梁顶推的过程中，是一个不断转变的结构体系的过程，在此过程中，钢梁的整体和局部受力都非常复杂。在众多的外因和内因的联合作用下，这不仅会导致顶推结果存在不确定性，还会增加顶推过程中的风险。比如，在顶推过程中，钢梁的整体姿态会对顶推施工的平稳性和结构强度产生直接的影响。因此，对整个施工过程进行监控，目的就是要消除这些不确定因素，确保施工的安全和质量。顶推施工的目标主要在于：在顶推的过程中，保证钢梁的应力稳定并保持同步性，不会出现单点过顶、受力不均匀的情况；其次，要保证在顶推时钢梁的稳定性，使其不发生倾覆和支墩的受力部位不超过设计值；最后，还要保证钢梁的推杆精度。

3.2 监测监控措施

钢梁拼装时，严格按照监控指令控制拼装梁段的空间姿态，顶推过程中控制钢梁底板高程在设计范围内，在统一水平标高下进行整体顶推。本方案中顶推设备采用整体式油顶。

3.2.1 标高及线型控制措施

钢梁拼装时，支撑油顶调整至水平顶推高程位置，通过调整顶推油顶上的钢垫梁及钢垫板来保证钢梁拼装完成后线型满足设计要求。钢梁顶推过程中，通过控制支撑油顶油压，动态调整与钢梁底面的间隙保持一致，保证支撑油顶及钢梁受力与方案建模验算相接近。

3.2.2 顶推过程控制

顶推过程中，通过监控单位指令实时观测横向偏位，并进行动态调整，顶推前，在主桥桥面标识出桥梁中心线， 保证在顶推过程中随时跟踪测量主桥的偏位情况，避免出现整体偏位超限的情况，同时随时跟踪测量桥的高程变化，当高程变化超限时，应停止顶推待调整完成后再进行施工。顶推过程中，各监测点的位移或应力值超出要求时，也应停止顶推待调整至顶推前的数值后再进行施工。在顶推过程中，由于桥面纵向具有线型，在钢桥向前顶推过程中，相关施工操作人员需根据监控数据及桥梁线型对顶推设备下部的抄垫板进行高度调整以保证各顶推支点受力均匀，因此，要监管工人规范操作，顶推行进过程工人不得进行更换垫板操作，避免发生危险；顶推过程中，动态观测各顶推设备承受荷载，避免发生单个顶升滑移设备由于过载发生损坏，造成质量安全风险。

3.2.3 调整措施

（1）使用单侧推进器不均匀的推进器来纠正倾斜。在桥梁顶推的过程中，因为桥梁横向两侧的顶推距离并不是同步的，当所产生的数值积累达到控制报警值的时候，钢梁轴线与设置的桥梁中心线有一定的角度，我们在顶推的过程中，根据不同的步值，对两侧的顶推装置的单次行程差进行计算，使钢梁轴线偏向侧顶推设备，以提高顶推的速度，并分几次逐渐减小偏差的角度，从而达到纠偏的效果。（2）用推杆装置的侧向纠偏装置进行侧向调整。在桥梁顶推时，如果桥梁中心线出现了总体水平偏差，累积到一定程度后，就可以通过顶推装置实现横向纠偏，按照步行顶推装置的特性，每次的水平位移都是50mm，如果水平位移超过50mm，就需要进行多次水平位移，这样就可以将纵梁中心线和桥梁的设计中心线重叠在一起。

4 顶推施工质量保证措施

在进行顶推过程中，需要实时监控各千斤顶的顶升高度、顶推位移和油压等参数，以确保各千斤顶同步操作。同时，在顶推施工过程中，必须采用导向设施来保证钢梁沿梁轴中心线方向移动，避免偏移情况的发生。若有偏移情况出现，应该在梁体运动状态下进行调整，严禁在梁体静止状态下横推梁体。施工单位应根据施工监控指令，在拱肋安装、钢梁顶推施工工程中对钢主梁、钢导梁、钢拱肋等构件进行施工监测，监测内容包括钢主梁、钢导梁、钢拱肋的内力和应力、支座反力、标高、变形和温度等。标高的控制测量必须在晚上00∶00 至凌晨04∶00 之间进行。在顶推过程中，不得安装永久支座钢垫板，待钢梁顶推到位后再进行安装，横向限位装置应在施工完毕后进行安装。在采用步履式顶推时，需要保证垫梁具有足够的长度和刚度，并且应与梁体底部完全接触体腹板可靠受力。竖向顶升和水平顶推各墩的同※步精度应控制在5mm 以内，同墩两侧的同步精度应控制在4mm 以内。

5 结语

综上所述，桥梁工程是连接区域交通的重要枢纽，为社会经济发展做出了巨大贡献。随着建设范围和规模的不断扩大，桥梁工程中顶推施工的难度越来越高，需要根据现场条件和工程特点,采取合适的技术措施，保证施工质量和效率，本文结合北京路快速化改造工程，对钢箱梁顶推施工技术控制措施进行了详细的分析，总结了质量与安全的保证措施。