高架桥跨铁路钢箱梁顶推施工技术解析.docx

高架桥跨铁路钢箱梁顶推施工技术

【内容提要】 哈尔滨进乡街高架桥，由于主桥跨越铁路既有拉滨上下行线、香孙线、孙新线及站线和林机厂专用线。因此，钢箱梁架设采用顶推法。施工时利用钢箱梁的可拼装性，在桥一端的拼装平台将钢箱梁进行逐段拼装，在拼装完成后采用自锁式千斤顶步履式整体滑移顶推法，将整体钢箱梁顶推到位，再起梁，拆除滑道等辅助设施，安装支座，落梁，完成钢箱梁顶推施工。
【关 键 词】 跨铁路桥；钢箱梁；顶推
1.前言
随着我国桥梁建设的发展，大跨度钢箱梁的顶推架设发已成为桥梁建设的一个重要发展方向。我公司承建的哈尔滨进乡街高架桥，由于主桥上跨铁路线，钢箱梁架设采用顶推法进行架设施工。顶推是将钢箱梁在桥跨的一侧沿桥纵轴线方向逐段拼装，钢箱梁下布设滑道和滑移装置，顶推钢箱梁，沿纵向滑移至预定桥跨，然后拆除辅助设施，移正钢梁，落梁就位。本项目钢箱梁顶推施工是我公司首次接触的一种新的行之有效的钢箱梁架设方式。
2.工程概况
本项目为哈尔滨市进乡街高架桥工程，西起三大动力路，东至三环路哈阿立交桥前，工程沿进乡街走向全长4130m。其中，高架桥起K0+800，向西上跨通乡街、拉滨铁路、华北路，终点K3+910，桥梁及引道全长3110m。我公司负责部分为高架桥上跨铁路拉滨下行线、香孙线、孙新线及站线和林机厂专用线，上跨铁路钢箱梁长131.672m。桥跨结构为40.836m+50m+40.836m，分别为27#-28#、28#-29#、29#-30#墩，梁高2 m，钢箱梁宽是变截面结构，从25.3m渐变至15.8m；主梁钢结构重1798T。桥面纵坡0.4%—-1.5%。钢箱梁采用全焊钢箱梁四箱结构。我项目所承担的上跨铁路桥工程为全线重点难点工程。

钢箱梁横截面示意图
3.顶推工艺
利用钢箱梁的可拼装性，在桥一端的拼装平台将钢箱梁进行逐段拼装；在钢箱梁拼装完成后，利用设置在瓶装平台上的液压顶推滑移设备，通过液压爬行控制系统的集中控制，将钢箱梁顶推到位，再顶起钢箱梁，卸除滑靴，拆除滑道，安装支座，落梁，调整支座反力及标高，完成钢箱梁顶推施工。
4.顶推前准备工作
4.1临时支墩、滑移轨道布置、钢导梁设计
4.1.1临时支墩
沿桥的纵向在27#-28#墩之间设置3排临时支墩，每排设置3个，每个临时支墩由4根φ630mm钢管组成，作为顶推滑道的支撑系统，临时支墩设置在钢箱梁底板下。
4.1.2滑移轨道布置
由于滑移段为变宽桥体，滑道布置要尽可能使各条滑道承担相近的荷载，同时还要避开桥下支座位置，以便顺利落架安装；拟在直线侧距桥边2.2米、11.2米、21.55米处设置3条滑道及其下的滑移支架。
滑移轨道在整个滑移过程中起承重导向和径向限制构件水平位移的作用。由于滑移距离较长，滑移轨道需进行分段现场拼接施工。滑移轨道选用43kg热轧钢轨（GB2585-2007）。为保证滑移轨道顶面的水平度，降低滑动摩擦系数，滑移梁及滑移轨道在制作安装时，应做到：对滑移面的平面度进行变形矫正；对滑移轨道垂直方向弯曲矢高应控制在0～+8毫米；滑移轨道上表面应进行手工除锈，打磨光滑；每段滑移轨道接头高差目测为零，焊缝接头处应打磨平整；正式滑移前轨道与滑靴各接触面需均匀涂抹黄油润滑。临时支墩布置及滑移轨道如下图：

4.1.3钢导梁检算
顶推施工在钢箱梁前端设置钢导梁，设置钢导梁的目的一方面是为减少主梁在顶推过程中的悬臂长度，降低悬臂状态下负弯矩峰值；另一方面引导主梁上墩，便于顶推过程中主梁纠偏。因此，对钢导梁的长度确定，导梁强度等进行检算。在检算过程中，为保证计算的准确，采用手算与迈达斯软件相结合进行分析检算。

导梁立面图

导梁平面图

导梁断面图

导梁连接桁架图
4.1.3.1导梁长度确定
因拼装段较短，导梁及桥体逐级滑移出拼装平台后，悬挑端的倾覆力矩逐渐加大，当导梁将要滑上29#墩台时倾覆力矩达到最大，为最不利工况；这时平台上的桥体自重形成的抗倾覆力矩，必须要足够大于前述倾覆力矩才能保证滑移方案的可行。若导梁长度L=35M,为滑越跨度的0.7倍，则有

倾覆力矩 M倾=2563*17.7/2+550*（17.7+35/2）=42043 KN*M
抗倾覆力矩 M抗=5210*32.6/2=84923KN*M
导梁接近29号墩身时抗倾覆系数=84923/42043=2.02 >2
依据上述分析，确定导梁长度为35米。
4.1.3.2导梁设计
顶推过程中，在满足强度和稳定的条件下，宜选用重量较轻的变截面导梁；在腹板开孔减轻导梁自重，以减少顶推时主梁最大悬臂状态的负弯矩和梁端挠度；同时减小横向受风面积，增加导梁的侧向稳定性。
本项目的钢导梁长度为35米，为钢箱梁顶推自由长度的0.7倍。
导梁与钢箱梁刚度比为I1/I2=(1.11e11)/(8.17e11)=1/7.3。
均符合导梁常规选型指标。
4.1.3.3导梁根部强度计算：（导梁为Q345钢材）
a、导梁根部抗弯强度验算：

b、导梁根部抗剪强度验算：

c、导梁前端抗剪强度验算：

d、导梁前端挠度：
导梁前端挠度为331mm （ 2L /317）
导梁前段设置斜坡，坡高为335mm，以解决导梁前端滑动上台问题。为防导梁挠度过大，在29#墩顶设直径800的钢管柱，其上安装滑轮，在29#和30#墩之间设卷扬机，用来牵引导梁端部。
5.钢箱梁顶推施工
5.1顶推施工方法及原理
钢箱梁安装采用自锁式千斤顶步履式整体滑移顶推法施工。自锁式千斤顶步履式整体滑移顶推法是采用“液压同步滑移技术”，此技术采用液压爬行器作为滑移驱动设备。液压爬行器为组合式结构，一端以楔型夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与滑移胎架或构件连接，中间利用液压油缸驱动爬行。自锁型液压爬行器是一种能自动夹紧轨道形成反力，从而实现推移的设备。此设备可抛弃反力架，省去了反力点的加固问题，省时省力，且由于与被移构件刚性连接，同步控制较易实现，就位精度高。液压爬行器的楔型夹块具有单向自锁作用。当油缸伸出时，夹块工作（夹紧），自动锁紧滑移轨道；油缸缩回时，夹块不工作（松开），与油缸同方向移动。钢箱梁在工厂制作，在现场拼装平台按节段拼装焊接，累积滑移。
顶推总体布置：根据设计图纸计算确定临时支墩个数及顶推设备数量。钢箱梁节段在拼装区27#—28#设拼装平台进行拼装，顶推方向前端安装导梁。每次拼装完成后结构从27#墩向30#墩方向方向滑移，累积滑移直到安装到位。最后拆除导梁，调整线型与标高，安装支座，拆除顶推设备与临时支架。
顶推原理：三点顶推是将顶推千斤顶分散安装在各滑道上，通过耳板与梁体连接，千斤顶同时共同施力，当顶推顶拉力的合力克服滑道摩阻力的合力时，梁体才能向前移动。动力学原理可用下述数学表达式表示：ΣFi>ΣRi（μi±Κi）。
5.2顶推步骤
步骤1：爬行器夹紧装置中楔块与滑移轨道夹紧，爬行器液压缸前端活塞杆销轴与滑移构件（或滑靴）连接。爬行器液压缸伸缸，推动滑移构件向前滑移；
步骤2：爬行器液压缸伸缸一个行程，构件向前滑移300毫米；
步骤3：一个行程伸缸完毕，滑移构件不动，爬行器液压缸缩缸，使夹紧装置中楔块与滑移轨道松开，并拖动夹紧装置向前滑移；
步骤4：爬行器一个行程缩缸完毕，拖动夹紧装置向前滑移300毫米。一个爬行推进行程完毕，再次执行步骤1工序。如此往复使构件滑移至最终位置。

5.3顶推注意事项
1、顶推系统使用前应按照操作流程进行调试与试验。
2、每次顶推，必须对顶推的梁段中线进行测量，并控制在允许范围以内；如出现偏差，则需要立即调整。
3、钢轨和槽钢应保持清洁，并按要求涂抹黄油。
4、顶推过程中若发现顶推力骤升，应及时停止并检查原因。
5、每节段开始顶推时，先进行试顶推，然后正式顶推。
6、顶推时，应派专人检查导梁及钢箱梁，如果导梁构件有变形、螺丝松动、导梁与钢拱梁联结处有变形或箱梁局部变形等情况发生时，应立即停止顶推，进行分析处理。
7、注意顶推过程中顶力的变化。
8、位移观测，主要是梁体的中线偏移和墩顶的水平、竖向位移，在顶推过程需用横向调整油缸及时调整。
9、顶推到最后梁段时要特别注意梁段是否到达设计位置，须在温度稳定的夜间顶推到最终位置，并根据温度仔细计算测定梁长。
10、最后一次顶推时应采用小行程点动，以便纠偏及纵移到位。
11、顶推过程中的纠偏措施：纠偏采用滑移同步控制策略
液压滑移同步控制应满足以下要求：尽量保证各台液压爬行器均匀受载；尽量保证各个滑移顶推点保持同步。根据以上要求，制定如下的控制策略：
将3台爬行器中一台设为主令点A，另一桥墩处的一台设为从令点B，其余两台设为跟随点。
将主令点A的液压爬行器滑移速度设定为标准值，作为同步控制策略中速度和位移的基准。在计算机的控制下从令点B以位移量来跟踪比对基准点，进行动态调整。
根据两点间位移量之差ΔL，取中值ΔL/2分别进行动态调整，保证各台液压爬行器在滑移过程中始终保持同步。通过两点确定一条直线的几何原理，保证整个滑移过程中的平稳。
12、纠偏预防措施：在30#墩顶设直径800的钢管柱，其上安装滑轮，在30#和31#墩之间设卷扬机，用来牵引导梁端部。

滑移控制策略示意图
6.落梁
落梁采取分墩起落、高差限位、实测梁重、全联调整的方法。起顶设备采用YDC300千斤顶6台。拆除顶推滑靴，换上盆式橡胶支座后，利用设置在个墩上的起落千斤顶将钢箱梁顶起（各墩起顶高度相同），则钢箱梁全部重力有千斤顶支承。根据各千斤顶的油压值，计算出各千斤顶油压值，计算出各千斤顶的起顶力，即可得到各墩的实测支反力Ri′,然后计算出梁重G′=∑Ri′，再根据计算梁重G′、设计支反力Ri实测梁重G，计算出各支点的理想支反力（即在实测梁重情况下各支点应该承受的支反力）,= RiG′/G。通过实测支反力Ri′与理想支反力比较，找出支反力偏小的支点，然后采取在这些支点的支座下面加垫调平钢板的方法，调整支座高程，从而调整其支反力。最后，全部调整完毕后，进行落梁。
7.结语
由于进乡街高架桥跨铁路部分钢箱梁，所跨铁路线路跨度大，线路密集，车流量大。因而，进乡街高架桥作为跨线高架桥，其施工具有相当大的难度。但是，我们抓住施工的关键及特点，科学设计，合理安排，科学施工，克服重重困难，保质保量保工期，安全的完成了顶推施工任务。同时，该项目的钢箱梁顶推施工也填补了我公司钢箱梁施工的空白，对我公司以后类似工程的施工具有一定借鉴意义。

参考文献
《钢结构设计规范》 GB 50017-2003
《京山桥钢箱梁顶推施工技术》[J].铁道标准设计，2008（5） 马华茂，张丽君
《公路桥涵施工技术规范》[S]，JTJ04122000.
《YDCLD自动连续顶推系统在顶推施工中的应用》[J],公路，2001（2）韦福堂，谢永红，韦勇生.