高速公路枢纽互通钢箱梁桥顶推施工技术研究.pdf

收稿日期：2023-01-16作者简介：冯强（1984-），男，河北张家口人，本科，工程师，研究方向工程管理。26第22卷第2期石家庄铁路职业技术学院学报VOL.22 No.12023 年 6 月JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAYTECHNOLOGYJun.2023高速公路枢纽互通钢箱梁桥顶推施工技术研究高速公路枢纽互通钢箱梁桥顶推施工技术研究冯 强（中铁十五局集团第四工程有限公司郑州451100）摘要：摘要：在跨既有高速路线桥梁施工中，顶推法具有作业便捷、施工设备简单、施工周期短以及不影响桥下交通等优点，在高速公路枢纽互通桥梁施工中得到广泛应用。本文以枢纽互通主线跨商南高速桥一联 40+63+40m 钢箱梁为工程背景，结合现场施工情况，采取中跨顶推及边跨吊装施工方案，整个施工流程包括临时支架搭设、钢梁节段划分、钢箱吊装拼接、导梁设计安装、顶推设备选型、顶推、落梁施工等工作，阐述了各施工过程中的施工关键技术及控制要求，从而在短期内不影响桥下既有高速公路运营下完成桥梁顶推工作，可为今后类似跨线桥梁工程施工提供借鉴。关键词：关键词：钢箱梁；顶推施工；关键技术；控制要求中图分类号中图分类号：U412.36+6文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1673-1816(2023)02-0026-051引言引言随着我国高速公路路网的不断完善发展，高速公路的枢纽互通桥梁建设越来越多，从而出现越来越多的跨越既有高速的桥梁。而钢箱梁具有刚度大、强度高、弹塑性好，能够降低梁高与自重，具有良好的跨越能力，在跨既有高速桥梁中应用普遍。同时，为了不影响既有高速的交通，桥梁的施工方法也在不断的发生变化，比如悬臂施工、整体吊装、转体施工以及顶推施工等15。其中顶推法是将梁体在预制场地预制拼装完成后，安装导梁，形成一个整体，顶推过程中采用顶与推两个步骤交替进行，将梁体向前顶进，直至顶推至设计桥位。顶推法施工具有施工快、设备简单、施工成本低等优点成为钢箱梁跨高速桥常用的施工方法之一。2工程概况工程概况焦作至唐河高速公路方城至唐河段在社旗县陌陂乡西（K22+485.135）与商南高速公路（商南高速桩号 K331+695 附近）交叉，并设置枢纽式互通立交与商南高速相接，实现交通转换。互通内主线跨商南桥、A 匝道桥、B 匝道桥 1 号桥均采用三跨钢箱梁桥结构跨越既有商南高速。其中主线跨商南桥采用 40+63+40 m 三跨钢箱梁结构形式跨越商南高速，与商南高速交角 115，桥梁全长 143 m。图 1桥梁立面图/cm第 2 期冯 强高速公路枢纽互通钢箱梁桥顶推施工技术研究273桥梁总体施工方案桥梁总体施工方案主线跨商南桥的主跨需要跨越既有商南高速，为了不中断高速交通，根据现场施工情况，本次钢箱梁安装方式采用的是中跨顶推和边跨吊装的方式，即跨采用顶推方式跨越既有商南高速，主跨顶推就位后边跨钢箱主梁采用原位吊装施工，桥梁具体施工步骤流程如下：施工步骤一：场地整平，硬化，按照临时支架设计图纸安装支撑架；施工步骤二：在临时支架上拼装梁段 Z8-Z5 和导梁连接成一个整体；施工步骤三：调试步履式顶推设备，将顶推梁段往 16 号墩方向连续顶推，使其到达设计位置；施工步骤四：顶推完成后拆除导梁并进行后续钢箱梁拼装；图 2 桥梁施工布置图/mm4中跨钢箱梁顶推施工技术中跨钢箱梁顶推施工技术4.1 临时支架施工临时支架施工临时支架分为拼装支架和顶推支架，其中顶推支架兼做拼装支架。临时支架结构布置形式为横桥向六排结构，顺桥向为双排结构，中央隔离带辅助支架采用的是单排钢管结构。临时支架主要由钢管立柱、分配梁、拖架、联系杆等构件组成，具体布置形式见图 3、图 4。支架施工前先对场地进行强度硬化处理，再浇筑支架矩形扩大基础，并在基础顶预埋连接件用于支架柱底连接，按图搭设临时支架，搭设完成后需检查支架各构件连接点是否牢固，并对支架高程进行控制检测及架高调整。图 3顶推支架布置/mm图 4拼装支架布置/mm4.2 钢箱梁节段划分钢箱梁节段划分钢箱梁厂内加工时，需对其进行纵、横向节段划分，节段划分需要考虑支撑点位置与分段位置关系、现场运输车辆装载通行、节段吊装重量、尺寸限制等因素。主线跨商南桥钢箱梁顺桥向分为：Z1Z12 共 12 个梁段，横桥向分为 15 共 5 个梁段，共计 60 个梁段，具体节段划分见图 5图 6。图 5钢箱梁节段划分平面图图 6钢箱梁截面节段划分/mm4.3 钢导梁设计和拼装钢导梁设计和拼装石家庄铁路职业技术学院学报2023 年第 2 期28顶推最大跨径为 48 m（临时支墩），设计导梁长度为 23 m（导梁平面纵向分 2 个节段），导梁平面焊接时，导梁不设置竖曲线，下翼缘与钢梁底板角度一致。导梁采用变截面工字钢形式，上下翼缘板渐变宽度 600 mm，厚度为 20 mm，腹板厚度为 16 mm，高度由悬臂端的 0.6 m 变化至根部的2.8 m，导梁共分 2 个节段，导梁与钢箱梁采用焊接等强连接，导梁设计如图 7、图 8 所示。图 7 导梁结构布置立面图/mm图 8导梁结构布置平面图/mm4.4 顶推设备选用顶推设备选用顶推桥梁重量总计约 2300 t。在最不利顶推工况下，千斤顶支反力最大约为 100 t。顶推过程中的水平摩擦力约 10 t（摩擦系数取 0.1），单墩最大摩擦力约为 5 t。因此，每个顶推墩布置 2 台 400t 级的步履装置，步履装置中包括 4 台 400 t 级竖向千斤顶，2 台 40 t 级水平千斤顶。本工程拟采用的步履式同步顶推控制系由 8 台步履顶推装置、4 台泵站、1 台主控台控制及配套的传感器组成。每台步履顶推装置有竖向顶升顶、水平顶推顶及纠偏顶以及相应的压力与位移传感器组成，顶推控制策略是以位移控制为主，顶推力为辅。4.5 顶推施工顶推施工顶推采用平推式顶推，通过竖向千斤顶顶起钢梁，水平千斤顶完成向前顶推，落梁后搁置于垫块上，千斤顶回油完成一个行程的顶推工作，顶推过程中是一个自平衡的顶推动作过程。4.5.1 预顶推预顶推顶推钢箱梁段、导梁拼装完成后在正式顶推前，对顶推钢箱梁结构进行预顶推，试顶距离 5m。在预顶推预过程中，对顶推中的梁体、顶推装置、同步控制状况进行观察，记录试顶时间和速度，各顶推装置中千斤顶位移与顶升力等参数。整个预顶推施工需要以下几点工作：（1）每分钟前进速度，将顶推速度控制在设计要求内；（2）通过启动时顶力的大小，实际了解顶推过程中的摩擦系数；（3）试顶后采集精调数据，按秒进行点动操作，测量每次点动梁体顶推的距离，为顶推就位后的点动精调提供参考。预顶推结束后，根据同步情况，可对控制参数进行修改与调整，为正式顶推做好准备工作。4.5.2 正式顶推正式顶推钢箱梁在正式顶推过程中，为了能够保证钢箱梁在顶升、前进、回落的循环过程中实现同步操作，采用先进的电液比例同步控制系统。顶推设备中横向千斤顶不仅起到限位作用，还能够进行纠偏作业。当钢箱梁轴线偏移超过容许范围 5 cm 时，可通过主控台单独控制横向纠偏千斤顶实现横向主动纠偏，以保证钢梁轴线在顶推线性范围内。整个顶推过程中，根据工况的支点反力估算摩擦力并与油压表相验证，同时加强对临时支架、钢箱梁的变形、应力进行实时观测，以确保整个顶推结构安全。4.5.3 落梁施工落梁施工顶推到位后，对梁体轴线偏位进行检查，满足设计中线要求后，方可开始落梁。落梁过程中，可用锲形木块塞紧梁体与垫块之间的空隙，防止梁体发生滑移。落梁采用步履设备的中的竖向千斤顶，竖向千斤顶起顶后，拆除步履装置、限位装置，并在钢梁箱室纵隔板正下方放置多个 15 cm 钢第 2 期冯 强高速公路枢纽互通钢箱梁桥顶推施工技术研究29垫块。落梁采用起顶、逐块抽取钢垫板、回落方式进行，通过控制千斤顶的油压大小，调整每个顶升位置处的顶升力与顶升位移，以保证每处顶升位置受力均匀及均匀回落，过程中进行钢箱梁与各支座高差监测，测试并调整梁体线性达到设计和规范要求，锚固支座，完成顶推梁段施工。5边跨钢箱梁吊装施工技术边跨钢箱梁吊装施工技术5.1 临时场地处理临时场地处理吊装梁段时，吊车站位于现有的高速路上以外，临时支架制作场地、汽车吊预拼装、及吊车站位区均设置在商南高速路两侧的施工区，根据现场条件，需要平整或回填夯实处理，采用振动压路机进行碾压，压实度达到 93%。平整夯实碾压处理后的吊装作业场地地基承载力200 KPa，以便于吊车站位、梁段吊装、梁段预拼装等使用。5.2 钢箱梁吊装施工钢箱梁吊装施工剩余 40 片梁最重为 42.75 t，考虑吊钩吊具等重量 3 t，最大起吊重量为 45.75 t，考虑安全系数1.2，重量为 54.9 t，此时采用 220 t 汽车吊，臂长选用 27.1m 时，作业半径在 12 m 时额定起重为 55.8t，即可满足该段吊装要求。整个钢箱梁具体吊装施工步骤如下：1）运送钢梁块体的运输车开至汽车吊吊装位置。2）汽车吊试吊，对汽车吊、吊点等作一次全面检查，保证吊装的安全。3）吊装顶推段 Z5-Z8 共 20 片梁，同节段先吊装汝州侧三片梁段，再吊装枣阳侧两片，并安装导梁；4）待 Z5-Z8 顶推完成后，吊装 Z9-Z12 段 20 片梁以及 Z1-Z4 段 20 片梁。图 9 中跨顶推段梁段吊装作业图 10 顶推后边跨梁端段吊装作业5.3 钢箱梁安装施工钢箱梁安装施工整个钢箱梁安装施工过程中采用粗定位与精确定位相结合的方式进行钢箱梁安装作业。（1）粗定位钢箱梁在工厂制作时每节段上做好测量标记，并对应好其空间三维坐标值，吊装时，以桥梁中心线为基准进行粗定位。起吊后设备保持吊装状态，通过人员调节块体转动，将箱梁上标记的中心线基准线与桥位现场通过测量确立的桥位中心线进行对齐，粗定位精度要求达到 40 mm 以内。（2）精确定位采用千斤顶与双向滑块组成的整体模块进行微调施工，采用四个螺旋千斤顶将钢箱梁稍微顶起（约 30 mm）后，用手拉葫芦移动千斤顶下部的双向滑块，以实现梁段的纵横向位置调整。用螺旋千斤顶将钢箱梁顶起，通过调整钢墩的高度将梁段落下，每次 1020 mm，循环施工，进行竖向调整，直至满足设计高程要求。（3）钢箱梁固定根据施工监控提供各梁段吊装落架的三维坐标，在满足安装精度要求后，采用马板固定并与钢墩点焊，焊接缝需要有足够的强度。（4）钢箱梁接口连接石家庄铁路职业技术学院学报2023 年第 2 期30按照腹板顶板底板的顺序进行对接缝的码平，码平时宜先码平箱口刚性较大的拐角部位，然后固定中间，采用定位板和火焰矫正的方法进行局部调整，保证对接缝板面错位不大于 1.0 mm。（5）钢箱梁定位复核钢梁在已完成接口连接时未能及时焊接时，应在第二天凌晨日出前对钢箱梁安装位置进行定位复核，以此消除温度对钢箱梁安装位置的影响。复核误差满足安装精度要求后方可进行焊接施工，各梁段拼装焊接作业完成之后，及时补涂装。5结结语语本文以枢纽互通主线跨商南高速桥一联 40+63+40 m 钢箱梁为工程实例，在不影响既有高速公路线路运营的情况下，对主线跨商南桥中跨钢箱梁采用顶推法进行施工，待中跨顶推就位后，边跨钢箱主梁采用原位吊装施工方案。对桥梁顶推与吊装施工过程中的临时支架搭设、钢梁节段划分、钢箱吊装拼接、导梁设计安装、顶推设备选型、顶推、落梁施工中的关键施工技术及控制要求进行了阐述，其中顶推施工是最为重要的工序和关键环节，必须进行认真的设计和组织施工，这样才能确保桥梁在短时间内不影响既有高速公路运营下完成顶推施工，可为今后类似跨既有线桥梁工程施工提供借鉴。参考文献参考文献:1 王学强.大跨径钢箱梁顶推施工关键技术J.科学技术创新,2023(06):145-148.2 冯文园.复杂环境下大跨长联钢箱梁顶推施工设计研究J.铁道建筑技术,2023(01):129-133.3 齐双甲.连续钢箱梁顶推施工关键技术研究J.交通世界,2022(30):73-75.4 姚亮.跨高速公路曲线钢箱梁顶推施工技术J.铁道建筑技术,2022(09):155-159.5 杨创标.钢箱梁顶推施工过程控制及关键问题研究J.交通世界,2021(19):96-98.Design and Calculation of Beam Support for Cast-in-Place Box Girder onMunicipal EngineeringFeng Qiang(China Railway 15th Bureau Group Fourth Engineering Co.,Ltd.,Zhengzhou 451100,China)Abstract:In the construction of bridges across existing high-speed routes,the incremental launchingmethod has the advantages of convenient operation,simple construction equipment,short constructionperiod and no disruption to traffic below the bridge.It has been widely used in the construction ofexpressway hub interconnection bridges.This paper takes the 40+63+40m steel box girder of the main lineof the hub interconnection cross-Shangnan Expressway Bridge as the engineering background,combinedwith the on-site construction conditions,the construction scheme of mid-span incremental launching andside-span hoisting is adopted.The whole construction process includes temporary support erection,steelbeam segment division,steel box hoisting and splicing,guide beam design and installation,incrementallaunching equipment selection,incremental launching,lowering of girder,etc.,and expounds the keyconstruction technologies and control requirements in each construction process,so as to complete thebridge incremental launching without affecting the existing highway operation below the bridge in the shortterm.It can provide reference for the construction of similar cross-line bridge projects in the future.Keywords:steel box girder;incremental launching construction;key technologies;control requirements