基于步履式顶推技术的钢箱梁桥施工风险评价与质量控制分析

刘学冬，王凤武

（中咨公路养护检测技术有限公司，北京 100089）

1 工程概况

南京冶修二路外秦淮河大桥工程，拱高28.8 m，最大单跨度为121.7 m，工程总用钢量为3 800 t。如图1 所示，桥梁采用步履式顶推施工技术，桥梁全长128.6 m，桥面总宽45 m，水中不设置支撑结构，以降低河水流动时产生的阻力。 桥下净空高度不低于3.5 m，可使水位高度处于安全范围内，桥梁安全等级达到I 级标准。

图1 南京冶修二路外秦淮河大桥

2 基于步履式顶推技术的钢箱梁桥施工风险评价

2.1 选择评价指标

钢箱梁桥施工具有一定的风险， 需要对评价指标进行选择，形成完整的评价报告，使风险内容控制具有全面性，确保桥梁的风险监测效果。 评价指标包含内容较多，如方法风险、环境风险、材料风险等，需根据重要程度设计评分标准，量化风险指标，使风险指标评分更具客观性。 评价指标围绕风险重要程度展开分析，用于对施工风险的把控，进而提高施工控制手段的可靠性，以及施工风险控制的实效性。 施工风险评价指标如表1 所示， 根据风险的重要程度进行打分， 分值范围为0～9 分，分值越高，表明风险控制的重要程度越大，风险造成的影响也就越严重。 此外，还需要对风险评价指标进行细化，将评价指标进行分解处理。 以施工方法风险为例，可拆解为临时设施搭建风险及顶推过程风险等， 将风险评价指标进行精细化，实现风险指标的细节判断[1]。

表1 秦淮河大桥风险评价指标

2.2 构建评价体系

步履式顶推技术属于桥梁施工中的高端技术， 需注重评价体系的构建，形成清晰的层次模型，得到标准化的评价分析模型。 从风险结构整体看，可将施工风险评价分为3 层，分别为目标层、索引层、拆解层。

1）目标层为风险评价的顶层，主要针对施工风险情况进行分析，作为钢箱梁技术质量控制的依据。

2）索引层用于对风险类别进行分析，将常见的风险问题进行罗列，实现全面的风险控制，保证评价模型的完整性，提高评价指标的控制效果。

3）拆解层对索引层进一步细化，使评价模型结构更具层次性，确保评价体系具有完整的结构，提高模型运用的可靠性。

风险层次模型对风险分析具有引导作用， 使风险评价更具形象化，且实现精准化的指标判断。

2.3 评价指标权重

在步履式顶推技术施工风险评价过程中， 需要控制评价指标的权重，对风险类别的重要程度进行判断，使风险分析更具逻辑性。 风险评价指标一般是相对而言，采用两两对比的方式得出重要程度的比重，实现重要程度的有效评估。 重要程度可通过判断矩阵进行分析，假设索引层为矩阵A，拆解层为矩阵B，则判断矩阵的通用形式表示如下：

式中，Bij＞0，Bii＝1。 权重值属于重要程度指标的评价比重，按照重要程度的对比情况，可对重要性尺度进行划分，满足重要性程度的控制要求，具体权重配比情况如表2 所示。 重要性尺度（Bij）共分为1～9 个权重，其中，Bij为奇数时表示主要权重，为偶数时表示中间值， 用于表示权重较为模糊的情况。 倒数（1/Bij）为重要因素置换，若Bij表示因素i相对因素j的重要程度，则其倒数表示因素j相对因素i的重要程度，表示方法上满足Bji＝1/Bij[2]。

表2 秦淮河大桥评价指标权重量表

2.4 施工风险评价

钢箱梁施工应采用严格的风险评价机制， 注重风险评价因素集的应用，实现对因素风险的逐级掌控。 评价因素集表示方法如下：

每一级别因素评价可由下一层次风险决定， 使施工因素之间的影响具有关联性，实现施工风险的递进式控制，提高风险指标分析的准确性。 施工风险评价共分为5 个级别，分别为高、较高、一般、较低、低，采用概率评语集V的方式进行标识，具体表示结果如下：

通常情况下，施工风险达到一般及以上时便要引起注意，对评价指标进行细化分析，确保Bi中造成影响的环节，对施工风险进行预测，确保施工风险防控具有针对性，提高钢箱梁施工质量控制的有效性。

3 基于步履式顶推技术的钢箱梁桥施工质量控制

3.1 杆件拼接

秦淮河大桥钢箱梁如图2 所示， 需要注重杆件的拼接流程，做好拼接质量的控制工作，消除杆件拼接中存在的阻碍因素，实现对杆件拼接精度的控制。 结合钢箱梁评价指标和评价体系的要求，需要对拼接过程中的风险因素进行分析，确定风险因素的频率分布情况，使施工风险控制能发挥作用。 在应用步履式顶推技术时，钢箱梁施工风险因素包括杆件轴线错位、接口截面错位、桁架跨中拱度等。 通过分析可知，节点处杆件轴线错位为主要风险因素，接口截面错位为次要风险因素，其他风险因素的影响较小。轴线错位和截面错位频率总数为47，其他风险因素频率总数为10，错位类施工风险占82.5%，可见，错位类施工风险控制十分必要。 钢箱梁施工应遵守施工平面控制要求，最终横向误差和纵向误差不超过2 cm，确保了钢构件具有良好的整体拼接效果[3]。

图2 大桥钢箱梁结构图

3.2 临时结构

秦淮河大桥钢箱梁在顶推控制上采用临时结构， 能够起到辅助施工的作用，提高顶推控制的稳定性及精度控制效果。临时结构主要由两部分组成，分别为临时支架和临时墩，具有降低顶推跨度及防止弯矩过大的作用。 临时支架结构施工均采用钢管型钢结构，确保临时支护的支架结构不发生变形，提高精度控制的高效性。 临时墩结构施工时，需要基于安全系统进行考虑， 考虑到钢梁所受内力的影响， 合理设置临时墩位置。 秦淮河大桥全长128.6 m，顶推施工设计2 个临时墩，每隔40 m 设置1 个墩位，对钢箱梁整体进行临时支撑。临时结构主要基于顶推安全性考量，对桥梁的变形情况进行控制，通过临时结构增加控制节点，保障钢箱梁桥顶推施工顺利完成。

3.3 顶推过程

顶推施工是钢箱梁施工的核心环节， 需做好施工过程控制及施工过程纠偏控制，避免钢箱梁强度受到影响。在钢箱梁顶推施工过程中，需做好顶推距离控制，确保步履机运行的同步性， 防止施工操作产生偏差， 将顶推偏差控制在2 mm以内， 实现顶推工作的合理控制。 顶推施工过程应进行强度验算，做好拱肋和系梁的强度评估工作，将受力情况控制在允许范围内，防止出现受力过大的情况，进而提高受力控制的稳定性。 秦淮河大桥钢箱梁强度验算情况如表3 所示。 最大应力值均处于规范允许值范围内，钢箱梁构件可进行稳定承重，保障顶推过程中梁体受力的均衡性， 满足钢箱梁受力剪应力条件[4]。

表3 秦淮河大桥钢箱梁强度验算

3.4 落梁精度

步履式顶推技术对落梁精度具有较高要求， 需确定落梁的位置，降低落梁施工时的高度误差。 步履机是顶推施工的主要设备，施工前应检查设备质量，保证设备稳定运行，排除施工设备因素对落梁精度的影响。 环境因素主要为高温天气应在温度较稳定的情况下进行测量， 避免在温度变化较大的情况下展开测量，减小胀缩现象引起的测算误差。 秦淮河大桥工程采用小循环顶推方式， 步履机回程为15 cm， 滑道梁上垫10 cm 垫块，每阶段落梁距离不超过15 cm，逐渐对落梁的位置进行调整，实现落梁精度的有效控制。

4 结语

综上所述，步履式顶推技术是钢箱梁桥施工的关键技术，需综合考虑施工中的影响因素，提高施工风险的控制效果。 影响钢箱梁施工的风险因素较多， 需结合风险因素情况做好风险评价工作，明确施工风险对钢箱梁的影响，提高钢箱梁施工风险控制的针对性。 钢箱梁桥采用风险防范的施工控制形式，防止桥梁施工出现实质性问题，避免桥梁施工出现位移偏差，进而提高桥梁施工质量的控制效果。 步履式顶推技术既具优势又有控制难点，应严格把关施工风险，做好钢箱梁结构节点控制，结合结构受力进行强度验算，保障施工风险控制具有理论依据。