大跨度鋼梁頂推施工技術

□郭少山（中鐵大橋局集團第一工程有限公司）

一、工程概況

鄭州黃河公鐵兩用大橋是石家莊—武漢客運專線跨越鄭州黃河上的一座特大橋，位于距新建的京珠高速公路鄭州黃河大橋上游約6km處。大橋客運專線設計速度350km/h，車橋動力仿真計算速度420km/h的行車速度，上層公路設計速度100km/h，公路設計荷載是國家標準設計荷載的1.3倍。

大橋主橋分兩聯布置，總長1684m。第一聯采用120+5× 168+120m六塔單索面部分斜拉連續鋼桁結合梁,第二聯采用120+3×120+120m連續鋼桁結合梁，主桁采用無豎桿的三角形桁式，桁高14m，節間距12m。橫向布置為三片桁，中桁垂直，邊桁傾斜，傾斜角度14.036°，下弦桁間距8.5m，桁寬17m，上弦桁間距12m，桁寬24m，上層公路橋面為混凝土板。鐵路橋面為正交異性整體鋼橋面板，道碴槽板與整體橋面采用剪力釘連接。

圖1 主橋立面布置圖（單位s）

二、施工方案選擇

（一）方案一：跨線龍門式吊機懸臂架設

位于水中墩部分在橋梁上、下游側分別設置棧橋，灘地部分填筑便道，設置龍門吊機走道，并作為鋼梁桿件運輸通道。利用跨線龍門吊機懸臂安裝鋼桁梁。

經計算，鋼梁最大允許懸臂長度為90m，需在跨間設置臨時墩，采用半懸臂架設鋼梁。

當采用僅從一端向另一端架設的方案時，工期不能滿足要求。采用從中間向兩端架設時，臨時工程量相對較小，但由于要在3#～4#墩之間建立較大的安裝平臺，受到黃河渡汛的制約。

（二）方案二：架橋機懸臂架設

位于水中墩部分在橋梁下游側設置棧橋，灘地部分填筑便道，作為鋼梁桿件運輸通道，在已架鋼梁上布置全回轉架梁吊機懸臂法安裝待架桿件。此方案需在168m跨間設置臨時墩，半懸臂架設鋼梁。

首先安裝散拼支架和各孔的臨時支墩。利用2臺龍門吊機分別在0#～1#墩、6#～7#墩間的支架上散拼3個的鋼桁梁，龍門吊機安裝架梁吊機，架梁吊機試吊合格后，用架梁吊機懸臂架設鋼桁梁，最后在3#～4#墩跨中合龍。

當采用僅從一端向另一端架設的方案時，工期不能滿足要求。采用從中間向兩端架設時，不但需要在3#～4#墩之間建立較大的安裝平臺，而且要設置較為龐大的鋼梁起始段拼裝吊架，不僅受黃河渡汛制約，而且臨時工程量相對較大。

（三）方案三：多點頂推架設方案

頂推架設總體方案。鋼梁頂推前，在鋼梁前端設置前導梁（長108m），在7#～8#墩之間設置鋼桁梁散拼施工平臺支架，利用跨線門吊散拼鋼梁桿件成整體節間，然后整體頂推鋼梁及前導梁向0#墩方向前移，在空出的散拼支架上繼續拼裝鋼梁節間，再整體頂推，如此循環，完成第一聯鋼梁的架設。頂推過程中在7#至1#墩墩頂均設置墩旁支架、墩頂滑道梁和一套連續千斤頂系統，采用先進的多點同步頂推系統，通過電腦控制頂推速度和同步性。

（四）方案比選

方案一和方案二存在以下缺點:

1.第一聯鋼梁跨越黃河主河槽，鋼梁懸臂架設需要每一孔設置一個水中墩，由于臨時墩受力40000KN，結構龐大，將對黃河防洪渡汛造成不利影響,并且后期清除困難，費用較高。

2.鋼梁懸臂架設時上弦未與混凝土橋面板結合，因鋼梁桿件最大重量達65t，架梁吊機較重，增加了懸臂的重量，提高了整體穩定性。

3.鋼梁懸臂架設全部為高空作業，第一聯鋼梁架設大部分位于水上，安全管理相對較難。

4.鋼梁邊桁為空間斜桁面，水上懸臂架設桿件安裝難度較大。

5.鐵路橋面為正交異性板，對焊接環境要求較高，鄭州地區氣候條件對焊接影響較大，高空懸臂架設時焊接防護較難，不易保證質量。

6.鋼梁第一聯長度為1080m，若全聯從一開始架設，工期保證較難；若從兩端向中間架設，則增加了中間合龍的技術難度。

方案三可取消各跨間臨時墩，桿件安裝及橋面板焊接可工廠化作業，避免了上述缺點。

通過綜合比選認為第一聯鋼梁最優方案為方案三（多點連續縱向頂推的架設施工方案）。

三、頂推施工方法

（一）施工準備

1.墩頂滑道梁安裝

滑道梁一端與墩身頂預埋件焊接，另一端與立柱頂預埋件焊接。一個墩旁頂推托架上設3片滑道梁，與鋼桁梁下弦桿中心對應。頂推過程中鋼桁梁每個節點均要設滑板抄墊，滑道梁縱橋向長度＞12m，故以確保鋼梁頂推過程中節點受力。邊滑道梁上設頂推反力座，并形成操作平臺，放置連續千斤頂。滑道梁橫向通過連接系連接成整體。

為了減少滑動時摩擦力，滑道梁頂面焊接整塊不銹鋼板，鋼桁梁與滑道梁之間設MGB滑板。滑道梁與托架及墩身連接成一體，其頂面設頂推設施。

2.頂推設備安裝

鋼桁梁頂推后錨箱反力座設在鋼桁梁邊桁弦桿底板位置。弦桿與反力座通過高強螺栓連接。在墩旁托架上設千斤頂反力座，頂推牽引采用19－φ15.24的鋼絞線，錨箱端為固定端，張拉端設在托架分配梁上的反力座處。邊桁架主動頂推，中桁被動滑移。鋼梁3片桁下弦節點下面安裝滑板，利用2～250t連續千斤頂頂推，一次頂推7～8個節間的鋼桁梁。正常頂推速度控制在10m/h。

鋼桁梁頂推系統每個墩旁滑道設置一套頂推設備（2臺350t連續千斤頂，一套主控泵站控制系統），全橋共計7套頂推設備。鋼桁梁整體頂推過程中，多點同步分級頂推。

3.前端導梁上墩頂裝置

為提高頂推施工安全系數，避免前端懸臂過大，需在鋼梁頂推前端設置導梁，導梁主桁上下弦桿均為箱形截面，導梁上下弦邊桁平行四邊形截面弦桿通過導梁后端S1節點及U1節點過渡為矩形截面并與鋼梁進行連接。

導梁前端設置約1.5m的凹槽，在凹槽內設置千斤頂，鋼梁頂推過程中前端上墩頂滑道梁時，千斤頂進行起頂，確保前端下撓部分有足夠的空間可以順利搭接在滑道梁上，以實現鋼梁的順利上墩。

4.其它施工準備

(1)清理滑道梁不銹鋼板上的焊渣及飛濺物等，減小污垢對摩擦的影響。

(2)墩頂滑塊擺放位置要居中，不能偏向一邊或與鋼梁頂推方向有較大夾角，以防對頂推產生不利影響。

(3)對鋼絞線進行預緊，最大限度減少每組19根鋼絞線的受力不均勻程度。

(4)檢查滑道梁上的限位裝置，以防角鋼變形，影響滑塊正常移動。

(5)每次頂推之前，檢查滑塊底的MGE板是否被擠壓變薄，以便及時更換。

(6)利用吊機將支座吊放在墩頂支座安裝位置的附近。

(7)在滑道梁頂面不銹鋼板上涂黃油，保持滑道面無灰塵及其他雜物，防止將MGE板刮傷，影響使用效果。

(8)檢查頂推各設備是否正常及各線路連接是否正確。

（二）縱向牽引頂推作業

1.整體滑道要按照設計拼裝線型布置，要滿足設計的平整度、軸線、高程要求，拼接處要圓順過渡。其質量要求如下：

單片滑道梁前后高程相差在±5mm以內；三片滑道梁之間標高相差在±2mm以內；滑道縱向不得有死彎。

2.要保證千斤頂設備正常、牽引鋼絞線質量、下弦桿與鋼絞線連接節點質量、千斤頂反力座的焊接質量和鋼絞線擠壓頭連接質量。

3.每套連續千斤頂各設置兩套外置式的絕對值編碼器，用于分別檢測各千斤頂前后頂的絕對行程及千斤頂的控制反饋。

4.鋼桁梁左右兩側各設置一條測長繩，每條測長繩帶動一套絕對值編碼器，用于測量鋼桁梁兩側位移。

5.各液壓泵站均設置液壓壓力傳感器，用于監測各點載荷，并用于完成超載保護功能。

6.整體三片主桁應在下弦桿和鐵路橫梁、上弦桿和橫撐、上平縱聯（橋門架）等結構安裝、施擰后縱移，此時已經形成整體結構。頂推過程中進行跟蹤、監測，保證兩邊桁側千斤頂并聯牽引，牽引速度和牽引量保持同步，及時進行故障診斷與檢測，發生較大偏差時停止頂推作業，以便進行故障排除。油泵應并聯確保千斤頂同步，并在縱移滑道上按5cm間隔做好刻度標記，嚴格控制同步。

（三）頂推過程中的糾偏系統

鋼桁梁多點同步連續水平頂推系統由液壓泵站、連續千斤頂和計算機自動控制系統3部分組成，具有兩側同步、單側單動、單點單動及點動限位功能。通過調整液壓油缸兩組千斤頂不同的行程，一組千斤頂多走一段行程；另一組暫停，以達到糾偏目的。調整同步后再同時頂推。

為限制鋼梁在頂推過程中偏位，在每個墩頂的滑道梁兩側焊接強制限位器，限位器由槽鋼和鋼板組焊，同時在限位器內側與滑塊和鋼梁接觸部位設置摩擦系數較小的不銹鋼板或者MGE板，以實現鋼梁在頂推過程中的偏位調整。

四、結束語

鄭州黃河公鐵兩用橋是目前在黃河上修建最長的公鐵兩用橋，其主橋鋼梁首次采用三主桁斜邊桁的空間桁架形式，結構新穎，架設施工難度大，通過認真研究和計算分析多點縱向頂推方案來架設跨越黃河主河槽的第一聯鋼桁梁，有利于保證空間三主桁的拼裝精度和鐵路橋面正交異性板的焊接質量，可以減輕嚴寒、大雨、大風等惡劣氣候對施工的影響，有利于保證施工進度，有利于提高操作人員的安全性。同時取消了常規方案在黃河主河槽所設的許多臨時墩，既保證了施工區段的黃河渡汛，又大大減少了后期河道清理工作及費用，經濟效用和社會效應顯著。

[1]楊文淵、徐犇,等.《橋梁施工工程師手冊》人民交通出版社.

[2]沈家樺，等.《鐵路鋼橋高強度螺栓連接施工規定》(TBJ214 -92)鐵道部科研院.

[3]王國周、瞿履，等.《鋼結構原理及設計》清華大學出版社.