小半径曲线、大跨度、大纵坡钢箱梁顶推技术研究

麻凯平

中铁二十五局集团第四 工程有限公司，广西 柳州 545007

摘 要：宾川至南涧高速公路K41+737崔家大桥上构钢箱梁采取顶推施工，线路纵3.99%，最长悬臂为70m，单幅顶推总长度450m，总重量达1787.5t，且位于半径为600m的小半径曲线上，顶推时抗倾覆、精准对接、竖向坡度的精准控制的施工难度大，高空作业安全等级高。本项目采取使用步履式多点同步顶推及双向纵坡顶推等施工工艺及技术措施，顺利完成了施工任务。

关键词：钢箱梁 双向纵坡顶推 步履式顶推技术 关键技术及措施

1工程概况

宾川至南涧高速公路崔家大桥中心里程为K41+737，主跨布置为（（60+70+60）+（60+2×70+60））m钢箱组合梁，本桥采取分离式设置，单幅桥宽12.80m。钢箱组合梁设计为槽型断面。桥梁平曲线及纵坡由钢箱梁按线路平面布置、纵坡设计参数制造而成，横坡钢箱梁两侧不等高腹板及错位安装而成。同一纵梁内较低侧腹板投影高度为2860mm，较高侧腹板投影高度为2981mm。钢箱组合梁构造如图1所示。

图1 钢箱组合梁标准断面

2工程重难点分析及应对方案

2.1钢箱梁顶推的重难点和关键环节

全桥钢箱梁为同一纵坡（3.99%），即100m纵向距离的高差达4m。且处于600m的小半径曲线上，单跨达70m，横截面尺寸大，顶推距离长，总荷载高等特点，顶推施工难度在国内极为罕见。

顶推施工时需克服解决多点精确同步，左右侧腹板不等高、高空强风、高墩抵抗水平力差、曲线顶推梁体需大幅度横移、长悬臂及落梁难等诸多难题。

2.2采用的关键设备及技术创新

根据本项目顶推施工条件、技术难题、控制要点及施工技术的最新进步情况，采用下述关键设备及技术创新。

使用最新的步履式顶推技术，步履顶采取特殊的机械运行设计，能够在不增加设施及构件情况下连续长距离顶推。步履顶为全液压系统驱动，整机尺寸小、重量轻，在每个墩顶均有布设，分散了顶推力和顶推时对单个桥墩台的水平推力，能够确保各墩台的承载安全。步履顶配备有顶升、纵移及横移油缸，通过油缸的动作组合，能够轻易实现钢箱梁在沿桥纵向、横向移动及顶升，确保了钢箱梁能够按设计位置准确就位。

步履式顶推融合了科学技术的最新成果，设置了灵敏的压力传感器、位移传感，传感器的数据即时传递至顶推计算机控制系统。计算机控制系统对数据进行运算分析，具有偏差的实时检测能力，监测到偏差后，运用自适应技术对偏差进行纠偏，确保了多点高精度同步顶推。即实现了顶推的自动化、信息化及智能化保障顶推施工平稳、安全及受控地高效完成。

图2 步履式顶推设备现场安装图

3顶推总体方案设计

3.1顶推施工总体方案

大坡度顶推对墩顶产生较大的水平推力，为减少墩顶所承受的横向推力。将顶推坡度调整为-2.5%进行了方案设计，需将组拼场地支架及墩顶支架大幅度加高，最大支架高度达10.5m，存在安全风险高、施工成本大等问题。经方案优化及工艺调整，顶推采用从两端往中间顶的方式进行，即两联钢箱梁分开顶推。第一联（跨径60+70+60=190m，重约754.7t）在0#台侧的场地拼装后上坡顶推，顶推坡度3.99%，采用8台200t千斤顶落梁；第二联（跨径60+70+70+60=260m，重约1032.8t）在7#墩已架设小箱梁桥面上拼装后下坡顶推，顶推坡度为-3.99%，采用10台200t油缸落梁。

左右幅钢箱梁分别顶推，先顶推右幅钢箱梁。

3.2顶推施工流程（以左幅为例）

（1）施工准备：在两处拼装场分别安装组拼胎架、安装拼装平台、制作导梁、安装顶推设备。

（2）在7#墩外侧引桥上拼装导梁和钢箱梁2Z1～2Z8

（3）在0#台外侧路基拼装导梁和钢箱梁1Z1～1Z8，顶推第二联钢箱梁直至导梁上6#接收墩，并拼接第二联2Z9～2Z13

（4）顶推第一联，直至导梁到达1#墩；同时顶推第二联钢箱梁，直至导梁上5#墩。

（5）拼装第一联2Z9～2Z13、第二联2Z14～2Z18；然后对2联同时顶推，直至第一联导梁上2#墩。

（6）拼装第二联2Z19～2Z23及尾梁，同时拼装第一联1Z14～1Z17及尾梁。

（7）顶推第二联钢箱梁，直至钢箱梁到达设计位置，准备落梁，第二联顶推结束。

（8）第二联拆除导梁，落梁。

（9）顶推第一联钢箱梁，直至到达设计位置。

（10）落梁，完成钢箱梁施工。

3.3施工控制关键点的技术措施

（1）由于线形变化，顶推过程中，钢箱梁会偏离桥梁设计中线，当偏移量超过10cm后，采用步履顶推设备自带纠偏装置进行纠偏横移，使钢箱梁到达设计位置。

（2）顶推过程中，需要确保顶推分配梁落在顶推设备上，保证受力平衡，钢箱梁平面每偏离设备位置1m，移动设备位置，保证顶推受力点落在分配梁上。

（3）本桥左幅钢箱梁顶推时，当前端导梁位置接近右幅已就位箱梁顶面支架边时，调整设备位置及钢箱梁走向，前端往左幅横向平移，后端往右幅横向平移，并确保所有顶推点均在顶推横梁上，顶推为直线往前顶推，过程中钢箱梁中心每平移偏离设备1m位置，调整一次设备后再进行顶推，钢箱梁的平移采用设备纠偏装置缓慢平移，平移距离须确保钢箱梁可以到达下一个接收墩。待钢箱梁顶推至3#接收墩后，再最后一次平移钢箱梁至设计位置。

4顶推关键技术及措施

4.1临时设备平台的设计及施工

墩顶支架为钢箱梁的主要承载结构。

本工程桥梁共计1个桥台、7个桥墩，桥墩最高79.0m，在墩顶埋设预埋件进行顶推钢结构设备平台的安装，采用预埋件将平台支腿固定于桥墩上，每个墩顶布置2台步履式顶推设备。各墩顶布设的结构形式如图3、4、5、6所示：

图3 小箱梁桥面处设备平台横断面图

图4 7#墩顶设备平台剖面图

图5 2～6#墩顶设备平台剖面图

图6 施工现场墩顶设备平台实景图

4.2顶推导梁

梁段安装完成后，进行导梁安装，导梁结构采取结构轻巧的双纵梁形式，导梁大样图7所示。

图7 导梁结构大样图

严格控制钢导梁的安装质量，需确保导梁与钢箱梁下缘表面处于同一水平面上，即导梁与钢箱梁联接处下底面无错台及两平面错位；导梁两侧纵梁下底面处于同一平面上，无扭转现象；两侧纵梁安装轴线及间距符合设计要求，导梁与钢箱梁中心线需重合，误差控制在±20mm内。

导梁与钢梁之间设置凑合段导梁，该导梁后退段与钢箱梁截面相同，前进段与导梁截面相同，连接采用全熔透焊接的连接方式。

4.3顶推过程控制要点

（1）预顶推

顶推施工前，对顶推系统进行联调联试，确保各种设备、控制系统、仪表仪器能够整体协调工作。并组织施工人员进行操作演练，确保按规程及顶推方案进行顶推的熟练操作。

预顶推前，启动顶升千斤顶，将全部钢箱梁结构顶离支点后，检查整个顶推系统的安全状况，记录顶推点的位置及负载，并与理论计算值进行比较，如偏差过大，查明原因并处理。根据实际顶推点的负载调整荷载参数；记录长行程传感器的读数并按实际进行调整；调整机控制程序的输入参数。

预顶推时，启动计算机的“自动”顶推模式，开始钢箱梁的自动整体顶推。

顶推过程监控各顶推点的位置及负载参数，对系统同步控制状况进行监测，并根据同步状况，修改及调整控制系统的参数。

（2）正式顶推

通过预顶推完成系统的安全评估及控制系统的参数调整后，开始正式顶推。

顶推前按理论计算的承载预先设定泵源压力值，以确保顶推系统的安全运行。计算机控制系统接收长行程传感器传输的位移信息，并进行偏移运算，然后对顶推油泵发出相应的自动同步控制指令，可确保顶推时位移同步偏差在10mm内，达到了高精度多点同步顶推的要求。顶推期间，技术人员对监测点顶推的位移值进行人工测量，以对同步顶推采取双控措施。

（3）顶推注意事顶

1）顶推全程监测钢箱梁及前导梁的安全状态，如有构件变形、螺栓松脱、箱梁局部变形，或是前导梁与钢箱梁联接处出现异常状况时，马上停止顶推，妥善处理。

2）在顶推首孔及顶推越过70m跨时，需确保所有钢箱梁段、前导梁的重心位于支架内侧，避免倾覆。

3）顶推中如果出现顶推力突然升高，马上停止，查明原因并妥善解决。重点检查滑移面及步履顶上的支撑梁的情况。

4）顶推期间对钢箱梁中线偏移实施监测，采用千斤顶及时调整偏并。本项目还对墩顶水平位移进行重点监测，当墩顶水平偏移值量超出设定的警戒值时，立即停止顶推，对该墩顶千斤顶拉力进行调整。

5）顶推将到位时减缓速度，以便及时纠偏及准确到位。

4.4顶推施工同步控制措施

（1）现场每台设备的前进油缸装有行程传感器，用来实时测量每台设备的前进行程。

（2）每台步履顶的前移油缸均装设1个比例阀，顶推控制系统通过比例阀控制前移油缸的进油量来实现同步控制。

（3）自动顶推时，计算机主控系统接收长行程传感器传输的位移信息后，将各步履顶的位移值与1号测点（选择1处点位作为比较的基准点）的数值进行比较及运算，根据运算结果，对每个前进比例阀发出对应的动作指令，进而控制油缸的进油量，实现了各顶推点位移的实时调整。

4.5起落梁及纵横向纠偏方案

（1）落梁前的纠偏

完成钢箱梁顶推后，对钢箱梁轴线进行位置进行测量，如有偏差，用步履顶的横移千斤顶实施纠偏。

（2）钢箱梁落梁方法

每循环的落梁高度限为15cm。采取各墩顶依次落梁的方式，落梁步骤如下：

1）步履顶顶升，抬升钢箱梁至离开支撑点5cm，进行落梁支架、落梁千斤顶（如图8所示）的安装，落梁支架为小块短立柱组成的结构形式，上下节通过螺栓连接稳固，所有支架通过横撑及斜撑连接为一个整体。

2）步履设备缩缸，将钢箱梁荷载转移至落梁支架上。

3）落梁千斤顶将钢箱梁顶升，拆除步履顶推支架及设备。落梁千斤顶回油，使梁体支撑在落梁支架上。

4）落梁千斤顶顶升，使钢箱梁脱离墩顶抄垫板约5cm，将落梁支架拆除1个节段（15cm），落梁千斤顶缩缸，加固支撑点。转至另一桥墩落梁。

5）按上述方法循环落梁，直到将钢箱梁按设计要求完全支落在支座上。完成整联钢箱梁的顶推及落梁工作。

图8 落梁千斤顶设置示意图

5结束语

本项目运用新型的步履式多点同步顶推技术，并融合了信息化、智能化及自动化技术，克服了本项目在困难及复杂条件下顶推施工的诸多难题，顺利完成了钢箱梁的顶推施工。该顶推工法具有施工安全可靠，信息化、智能化程度高，节约成本等优势，在顶推施工作业中有具有广阔的推广前景。

参考文献

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