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跨武广客运专线顶推施工 4 8 m 曲线 预应力混凝土简支箱梁设计 苏 国 明 ( 中铁 第五勘察设计院集团有 限公 司 摘要 ： 新建衡茶吉铁路 需跨 越武 广客运 专线 ， 线路 平面 位于 曲线上 ， 墩 高近 4 0 m， 受 附近既 有线 的影 响 ， 无转体 条件 ， 故 采 用 顶 推 施 工 。 铁 路 简 支 曲 线 箱 梁 还 未 见 应 用 ， 首 先 介 绍 4 8 m 单线 简支曲线箱梁 的设计概 况、 主要设计 参数 、 构造 细节、 计 算 方 法 ， 然后 对 该 结 构 的 顶 推 设 计 及 施 工 加 以 介 绍 ， 曲 线 简 支 箱 梁 长 4 8 6 r o ， 高 4 m， 顶推 重 力9 7 2 0 k N， 顶 推 距 离 7 3 5 m， 通 过 设置临时束 ， 梁体在 顶推过 程 不 出现 拉应 力 ， 梁体 在顶推 及 成 桥 阶段 各 项 指 标 均 满 足 规 范要 求 关键 词 ： 跨 线 桥 ； 曲线 箱 梁桥 ；预 应 力 混 凝 土 ；顶 推 法 中 图 分 类 号 ： U4 4 5 4 6 2 文 献 标 识 码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 42 9 5 4 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 3 1 0 3 1 工程概 述 新 建衡 茶吉 铁 路 跨 越 武 广 客 运 专 线 处 有 3条 铁 路 ， 武广 客运 专线 、 京广 铁 路 及环 发 线 ( 铁 路 专 用线 ) ， 形 成一 个三 角地 带 ， 如果 采用转 体施 工 ， 顺 武 广悬 灌 时 将 侵入 京广 限界 ， 并且 墩 高近 4 0 IT I ， 转 体 施 工不 可 行 ； 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 0 2 0 1 ：修 回 日期 ： 2 0 1 00 51 0 作者简介 ： 苏国明( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 高级 _I = 程 师 ， 1 9 9 3年 毕业 于 同济大 学 桥 梁 系 ， 工 学 学 士 。 桥 梁 在武 广客 运专 线上 采用 支架 现浇 风 险大 ， 时间长 ， 难 以 获得 批准 ， 综合 考虑 采用 1 孑 L 4 8 m 曲线 简支箱 梁 顶推 施 工 ， 具有 施工 速度 快 、 跨 武广 施 工 时 间 短 、 桥墩 及 梁 顶无 需加 宽等 优点 。 顶推施 工 现场情 况见 图 1 。 图 1 顶推施工现场情况 2 4 8 m 曲线 箱梁设 计 2 1 设 计控 制条 件 桥梁 位 于缓 和 曲 线 上 ， 大 里 程 侧 为 半 径 1 2 0 0 m 圆 曲线 ， 如果 采用直 梁 ， 梁 顶及 墩 顶 均 需 加 宽 ， 设 计 采 力 和裂缝 宽度 均 在规范 的 限值之 内。 广州 地铁 4号 线 整孔 梁 的运 架 分 为 2个 标段 ， 使 用 的设备 各不 相 同 ， 设计 中需 要按 照运 架设 备 在运输 、 提梁 、 移位 、 落 梁各 个 过程 中 的不 同工 况 ， 对 梁 体 的强 度安 全系数 、 抗 裂安 全系 数 、 混凝 土应 力和 钢筋 应力 以 及局 部承 压能 力等 进行 检 算 ， 根据 计 算 结 果 对 运 架 设 备提 出改进 意 见 。4号线所 采 用 的运 架 设 备在 改 进 后 顺 利 完成 了预定 架设 目标 ， 通过 对 梁 体 在 运 架 过 程 中 的受 力情 况监测 ， 较 好地 验证 了理 论计 算 的结果 。 6 结语 广州地 铁 4号线 大 规 模 采 用 整 孔 预 制箱 梁 ， 由于 其在梁 场预 制 ， 质量得 以保 证 ， 且有 利 于标 准化 和规模 化 生产 ， 有效 地提 高 了制 梁 效 率 。利 用 已架设 桥 梁作 为架梁 通道进 行 整孔 架 设 ， 不 受 线 路 沿 线 运 输 条件 限 制 ， 施工 速度 快 ( 平均 每天 可 架 2孑 L ) ， 现 场 工作 量 小 ， 并且 对 沿线道 路交 通 、 地 面建筑 物影 响小 ， 节 省工 程 费 用。同时， 制梁工作和桥梁下部基础施工可同时开展 ， 有利 于缩 短工 期 。 铁 道 标准 设 计RA儿 WAY S T ANDARD DES I G N 20 1 0( 6) 整孔 预制 箱梁 在广 州地 铁 4号 线 的 成 功应 用 ， 为 该 项技 术 在工期 要求 紧 、 跨越 道路 多 、 对 环境 要求 严苛 的轨道 交通 领域 推 广使 用积 累了经 验 。 参考 文献 ： 1 杨宏林 城 市轨道 交通 高架 桥的 选型 J 甘肃科 技 ， 2 0 0 6( 6 ) ： l 4 11 4 3 2 G B 5 0 1 5 7 -2 0 0 3 ， 地铁设计规范 S 3 T B I O 0 0 2 1 9 9， 铁路桥涵设计基本规范 S 4 T B I O 0 0 2 3 9 9， 铁路桥涵钢筋混凝 土和 预应 力混凝 土结构设计 规范 S 5 李义兵 铁路 客运专线 桥梁 上部结 构设计 研究 J 铁道 标准设 计 ， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 2 2 2 5 6 邓运 清 高 速铁 路简 支箱 梁设计 研 究 J 铁 道标 准设 计 ， 2 0 0 4 ( 7 ) ： 1 2 51 2 9 7 铁道部专 业设计院 铁路工程 设计技术 手册 混 凝土桥 M 北 京 ： 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 8 8 申兆 繁 广 州地铁 4 号线节 段拼 装梁 设计 J 铁道 标准 设计 ， 2 0 0 8 ( 8) 9 马亮 ， 王天鹏 现行几种预拱度计 算设置 方法的 比较 J 北方 交 通 ， 2 0 0 6( 7 ) ： 4 44 6 1 0 熊伟 ， 蒋建设 ， 廖宇峰城 市轨道 交通 高架桥整孔箱 梁架设施工 技术 J 铁道科学与工程学报 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 7 37 8 31 桥 梁 苏国明一跨武广客运专线顶推施工4 8 n l 曲线预应力混凝土简支箱梁设计 用曲梁 曲做 ， 减少 工 程 投资 。梁 端 为 满足 支座 布设 进 行 了腹板加宽， 梁体计算时采用平面及空间分析， 充分 考 虑 曲线对 支座受 力 的影 响 ， 根 据顶推过 程受 力需要 ， 梁体顶、 底板均配置临时束 ， 满足顶推过程受力交替变 化 的需 要 。 2 2 结构设 计 2 2 1 结构形 式 梁 长 4 8 6 m， 计算跨 度为 4 7 5 m。梁高为 4 0 m、 顶宽 6 9 、 底宽 3 6 m( 梁端 变为 4 3 I T I ) 。跨 中截 面顶 板厚 3 4 5 c m， 底 板厚 3 0 c m， 腹 板 厚 为 3 2 c m； 支 点 截 面顶板 厚 6 4 5 c m， 底 板 厚 7 0 c m， 腹 板 厚 为 1 0 5 c m。 1 孔梁混 凝土 3 4 5 4 m 。 2 2 2预应 力束 配置 梁体预应 力束分 为成 桥后永 久用钢 束及顶 推 阶段 用临 时钢束 ， 临时钢束 包括 8根顶板 束及 2根底 板束 ， 均采用体内束形式， 其 中临时钢束不灌浆 ， 顶推完成后 需拆除。顶推时由于支撑体系不断变化 ， 使得梁体各 个截面正负弯矩交替变化， 需要设置顶板临时束及底 板临时束 ， 并张拉底板永久束 ， 而腹板束不张拉 ， 使梁 体 截 面 上 下 缘 均 匀 受 压 ， 满 足顶 推 阶 段 各 种 工 况 的 需要 。 2 ， 2 3 结构纵 向计 算及主 要成果 ( 1 ) 全桥共 分 4 8个 桥 面单 元 ， 4 9个 节点 ， 采 用 西 南交大“ 桥梁结构分析系统 B S A S 4 0 3 ” 进行计算。主 要计算成果见表 1 。 表 1 曲线箱梁纵向计算主要成果 ( 2 ) 梁体竖向挠度和梁端转角 中一 活 载作用 下引起 的挠 度 为一 1 2 7 2 IT l m， 为跨 度 的 1 3 7 3 4 ； 粱端转 角为 0 8 5 7 ， 满足 规范要求 。 2 2 4支座 布设及 受 力情 况 由于 曲线 半径 大 ， 铁路 曲线 简支 箱 梁 与直 线 简 支 箱梁梁 体受力 相差 不大 ， 但 对于支 座 的影 响 比较 显著 。 固定及 纵 向支座 布置 于 曲线 内侧 ， 多 向 及横 向 支座 布 置于 曲线 外侧 ， 见 图 2 。 塞堕生：垒 箜 曲 侧 重堕 垡 l 图2支座布置示意( 单位 ： C lT I ) 根 据表 2可 知 ， 在离 心力及 风力 作用下 ， 内外 支座 反力相差较 大 ， 对 于 固定 支座 ， 横 向水平 力较 大 。 3 2 表 2 曲线箱梁支反力计算主要成 果 k N 3顶推 施工设 计 3 1 主 要技术参数 顶 推重力 ： 9 7 2 0 k N； 最 大顶推 力 ： 1 3 6 0 k N； 顶推 速度 ： 6 m h； 顶 推 距 离 ： 7 3 5 m( 理 论 顶 推 时 间 为 ： 7 3 5 6= 1 2 2 5 h ) ； 顶推动力 储备 系数 ： 3 0 ( 采 用 4台 1 0 0 0 k N千斤 顶 )； 顶推牵引索拉力安全系数： 3 9 9 ( 采用 7根 束钢 绞线， 共 4束) ； 顶 推就位 轴 向误 差 ： + 2 0 m m； 顶推 滑块 安 全储 备 系 数 ： 3 1 2 ( 采 用 滑 动 支 座 滑 块 ) 。 滑道安 装精度 ： 顶 面相对 高差 l m m。 3 ， 2 导梁 设计 在顶推过程 中， 最大悬臂长度 4 8 0 n ， 为确保梁 体 内力 在允许 范 围 内 ， 在 箱 梁前 端 设置 钢 导梁 。导 梁 分 3段加工， 前段、 尾段及预埋段 ， 预埋段预埋入梁体 为 1 8 m， 导梁 底面与箱 梁底 面混凝 土齐平 。 导梁 长 3 2 m， 分 段 长 度 分别 为 l 0 、 1 0 、 1 2 m， 预埋 段 长度 1 8 in， 高 4 0 2 1 1 5 m， 宽 0 6 m， 单个 构件最 大质 量 1 0 0 t 。利用 汽车 吊将 导 梁分 片 吊装 至施工 平 台， 利用导梁连接构件人工完成导梁安装 ， 平面位置距 离武广客运专线 中心最近 6 8 m， 距离环发线最近距 离 6 3 5 m。导梁分 段示意 如 图 3 所 示 。 导 梁 I预 段 导 梁 第 一 节 段 导 梁 第 二 节 段 。 导 梁 第 三 节 段 n 厦 匿虹圈皿署 3 3 临时墩 及贝雷 支架设 计 临时墩柱为直径 1 0 0 0 m m 1 6 m m钢管柱， 最大墩 高 3 9 7 9 m， 单个桥墩设 置 4根钢管柱。钢管柱之间 设横 纵 向连接 ， 将 临时 墩柱 连 接 为一 整 体 。临时 墩 与 主墩 之间纵 向连 接采用 贝雷 支架 连 接 ， 共 同 承受 水平 力 。临时墩 柱采 用场 外 预 制 ， 现场 拼装 焊接 完成 。 贝 铁道标准设计R A I L WA Y S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 0 ( 6 ) 苏国明一跨武厂客运专线 顶推施 工 4 8 m曲线预应力混凝土简支箱梁设计 雷 支架横 向采 用 1 2片 ， 既作 为箱 梁现 浇时 的支 架 又作 为箱 梁顶 推 时临时 墩及 永久 墩之 间 的连接 ( 图 4 ) 。 图 4 临 时 墩 及 贝 雷 支 架 3 4 多点 横 向 限位 装 置 ( 图 5 ) 图 5墩 顶 横 向 限 位 装 置 在 永久 墩及 临 时墩 旁 安 装 横 向限位 装 置 ， 全桥 共 设置 l 0处 。限位 装置 由连 接钢 板 、 导 向轮及 支撑 后 背 组成 ， 支撑 后背通 过焊 接 和临 时墩 的基础 相连 接 ， 导 向 轮通过 螺栓 与支 撑后 背 固定 ， 在顶推 过 程 中 ， 可 以调节 导 向轮 后螺 栓之 问 的距离 来 调整导 向轮与箱 梁之 问空 隙 ， 滚 轴 边 距 离 箱 梁 腹 板 边 2,0 r il l ， 轴 心 距 离 粱 底 4 0 12 1 1 1 ， 因顶 推必 然存 在不 平 衡 受力 ， 故梁 体 成 蛇 形前 进 ， 此时 限位 空隙小 ， 方 便及 时纠偏 。由 于梁端 变宽 ， 在 变 宽段通过时， 需对横 向限位装置进行倒换 。梁体需要 纠偏 时 ， 在 梁体前 后 端 横 向施 加顶 力 ， 形 成 力 偶 ， 即 可 达到理 想位 置 。 4顶推 施工计 算 顶推施工过程采用 MI D A S 7 4 1顶推建模助手建 立分析 模 型 ， 顶 推步 长 1 m， 共 建 立 7 2个 施 工 阶段 ， 模 拟各 阶段 情 况 下 导 粱 和 4 8 1 1 3箱 梁 受 力 。模 型 见 图 6所 示 图 6顶 推 模 型 在顶进 过程 中 ， 支 撑 位 置 与梁 体 的相 对 关 系 在 不 断变 化 ， 随着 尾 端 支 撑 不 断 退 出 ， 支 撑 的 数 量 不 断 减 少 ， 顶推 梁体 结构 体 系 由 多跨 连 续 梁 最 终 变 为 简 支体 系 。顶 推过 程 中应力 见表 3 。 顶 推过 程 中 钢 导 梁 最 大 拉 应 力 为 1 2 9 3 MP a ， 最 铁道 标 准 设 计RAI LWAY ST ANDARD DES I G N 2 0 1 0( 6) 桥 梁 大压应 力 1 3 2 5 M P a ， 混 凝土 梁 未 出现 拉 应 力 ， 最小 压 应 力 为 0 5 MP a ， 最 大压 应 力 为 1 7 0 MP a ， 均 满 足 要 求 。导梁 前端最 大 位移 为 l 0 3 8 m m， 4 8 m箱 梁前端 最 大位移 为 4 2 8 m m。 表 3顶 推 过 程 应 力 MP a 注 ： 表 中正 值 为 压 应 力 ， ”一” 为 拉 应 力 。 由于所跨 武 广客 运 专 线 的 重要 性 ， 为确 保 顶 推 过 程 万无 一失 ， 在 正式顶 推前 ， 通 过起 落梁对 顶推 过程 中 最 不利 工况进 行 了模 拟 。顶推过 程 中最不 利工 况 出现 在混 凝 土梁前 端距 设 计 位 置 1 6 m 时导 梁 与 混 凝 土 梁 连接 部位 出现 最 大应 力 。正式 顶 推 前 ， 顶 推 段 为 多跨 连续梁 ， 通过在一侧梁端起顶 ， 给梁体一个强迫位移 ， 可 以模 拟 出导梁 与混凝 土梁 连接 部位 在顶 推过 程 中最 大应 力 的工况 ， 实 际起 顶到 2 5 e m时达 到 了预期 效果 。 5 结 论 该桥 在武 广客 运 专 经 正式 开 通 前 已顺利 就 位 ， 顶 推 时问共 计 3 5 d 。通过 以上 分析 表 明 ， 采用 顶推 法施 工 的 4 8 m 曲线 预应 力 混 凝 土 简 支 箱梁 设 计 满 足 规 范 要求 ， 通 过设 置临 时束 ， 使得 梁体 满 足顶推 过程 正负弯 距交 替 变化 的受力 需要 ， 无 须设 置体外 束 ； 采用 钢管 临 时墩 及 贝雷 支架 ， 同时满 足 了梁 体 现 浇及 顶 推 过 程 克 服水平力的需要 ， 节约了施工投入； 采用多点横向纠偏 技术 其 ， 在顶 推过 程 中不断 横 向调整 顶推方 向 ， 适 应 了 曲梁 顶 推轨迹 。 参 考文 献 ： 1 苏 国明， 陈铭 ， 续宗宝 ， 等 预应力混 凝土梁拱组 合桥梁 顶推施 工新工艺 J 铁道标准设计 ， 2 0 0 9 ( 1 1 ) 2 田启军 ， 陈湘林 顶推施工 中导梁 的应 用 与锚 固措施 的优 化 J 中外公路 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) 3 王福敏 预应 力混凝土 曲线连续梁顶推施工技术 J 重庆交通学 院学 报 ， 1 9 9 0 ( 6 ) 4 杨遵 俭， 左宜 军 长塘埠湘江大 桥顶推梁施 工新工艺 J 中外公 路 ， 2 0 0 2 ( 1 0 ) 5 任 明飞， 刘 晓霞 东海大桥 平曲线 预应力混凝 土顶推连续 梁的设 计 与施工 J 预应力技术 ， 2 0 0 5 ( 2 ) 6 陈湘林 ， 袁太平 衡 阳松柏 湘江大 桥预应力混 凝土顶 推连续粱施 工简 介 j 湖南交通科技 ， 1 9 9 2 ( 6 ) 7 陈青 连续梁桥 的顶推施工技术 J 国外公路 ， 1 9 9 8 ( 2 ) 8 李晓民 中卫 黄河特 大桥顶推连续梁设 汁与施工 J 铁道标准设 计 ， 1 9 9 7 ( 4 ) 9 李启 龙 蒸水 大桥顶 推连续 梁起落 梁施 工技术 J 铁道 标准设 计 ， 2 0 0 4 ( 8 ) 1 O 杨豫 湘 ， 刘 乐 辉 柔性 墩 多 点 顶 推施 工 技 术 J 中 外公 路 ， 2 0 0 2( 1 0) 3 3