螺洲大橋鋼箱梁頂推施工關鍵技術

楊燦宣

（山東省萊陽市中交二航局青榮城際鐵路施工指揮部第一項目部，山東萊陽 265200）

0 引言

頂推施工方法的思想來源于鋼橋，但是目前國內的應用主要以混凝土連續梁橋的施工為主，而對于鋼橋的應用則較少。鋼橋采用頂推法施工是在沿橋縱軸方向的臺后設置拼裝平臺，分節段吊裝拼裝，頂推到位再進行下一節段的吊裝拼裝，直至施工完成。

鋼箱梁頂推施工要經歷一個復雜而漫長的施工過程。結構中的各個部分是在分段施工中逐步形成的，各個施工階段不僅結構形式不同，結構的坐標、邊界約束條件、內力和變形均隨著頂推過程的進行不斷地變化著，并且每個截面都要經歷正負彎矩的交替變化，施工荷載也與成橋狀態的設計荷載有一定的差異，鋼箱梁在定位焊接、頂推的過程中還受到大氣溫度、日照溫差等環境因素的影響。這些影響因素必然造成結構的內力和位移隨著頂推施工的進行變化而偏離設計值，因此必須進行施工控制。從頂推施工橋梁的自身特點來看，為保證頂推施工順利進行，在確保施工過程中結構安全的前提下，使成橋狀態的幾何線形和內力狀況最大限度地逼近設計要求，是施工控制的最終目的。為此，有必要在鋼箱梁頂推施工過程中預測和監控變形情況和受力狀態，確定每個階段的受力和變形方面的理想狀態，控制施工的進程。

1 工程概況

螺洲大橋北汊主橋為目前國內最大跨徑三塔自錨式懸索橋。主梁由四跨組成，分別是80 m（邊跨）+168 m（主跨）+168 m（主跨）+80 m(邊跨)，橋型立面見圖1所示。鋼主梁縱坡0.3%，曲線R=88668 m。該橋鋼梁全寬43.0 m，為雙箱單室結構，由縱、橫梁和正交異性橋面板組成，鋼箱梁斷面布置見圖2所示。綜合螺洲大橋以上特點及通航要求，主梁鋼箱梁施工采用步履式平移頂推法施工工藝，由Z10墩（南）向Z6墩（北）方向頂推施工。

圖1 橋型立面布置圖（單位：m）

圖2 鋼箱梁斷面布置圖（單位：mm）

2 鋼箱梁運輸方案

鋼箱梁由工廠加工完成，采用500 t的敞口舶通過水運至拼裝平臺位置。鋼主梁安裝采用臨時墩法結合龍門吊提升到拼裝平臺，在拼裝平臺上轉體橫移就位；將2段箱梁在平臺上進行連接，接縫采用焊接。安裝平臺長36 m，平臺基礎采用Φ1400×10 mm鋼管樁，為增強剛度和強度，在鋼管內填充C25混凝土。拼裝平臺處設置吊重為2000 kN龍門吊，龍門吊的承重主桁架、行走系統、天車軌道高出平臺。

3 鋼箱梁頂推施工

3.1 施工準備工作

3.1.1 臨時墩布置

為了減少鋼箱梁的應力集中，在主跨內布鋼臨時墩。單幅臨時墩基礎采用4根Φ1400 mm鋼管樁，從基礎到高潮位（+4.81 m）的墩身采用Φ1400×10 mm鋼管，樁基填充混凝土。從高潮水位以上采用Φ1400×10 mm的鋼管立柱。鋼管立柱縱向、橫向均采用Φ630×8 mm的鋼管聯撐連成整體以保證支架的穩定性。鋼管立柱頂安裝I36工字鋼橫系梁組，橫系梁上支撐縱向分配梁及上面滑道荷載，并作為施工操作平臺，安裝水平千斤頂及液壓油泵、橫向導向糾偏裝置等。橫系梁上設置縱向分配梁，上面支撐滑道鋼墊梁。在縱向聯系梁兩端布置安放豎直千斤頂的位置，作為調整滑道與鋼主梁底標高、頂推到位落梁用。頂推完成后進行臨時墩的拆除，拆除方法同拼裝平臺。臨時墩構造如圖3所示。

圖3 臨時墩構造圖（單位：mm）

3.1.2 “鋼導梁”設置

目前國內頂推施工中，一般另外設置獨立的鋼導梁，螺洲大橋鋼箱梁步履式平移頂推施工時采用了“無導梁”施工技術，即采用鋼箱梁本身的邊主梁做導梁的施工工藝，是對傳統導梁設計應用的一大優化，不僅有效地節約施工成本，而且加快施工進度。

螺洲大橋鋼箱梁頂推代替鋼導梁作用的是用16節鋼箱梁標準節段的邊主梁、6節橫梁輔以Φ426鋼管、I20及Φ14的纜風繩拼裝焊接而成的，長56 m，重480 t，如圖4所示。

圖4 螺洲大橋“鋼導梁”實景

3.1.3 滑道及側限

滑道及側限是箱梁平穩安全滑移的保證。滑道需保證鋼主梁在滑道上的應力均勻分布，避免局部壓力過大，產生變形，影響整個鋼主梁的線型及體系轉換后最終受力狀態。

其控制因素有：滑道標高、平整度、側向限位裝置等因素。施工時計算出滑道頂標高，進行測量精確控制，要求平整度偏差小于1 mm；側向限位系統及時正確安裝完善。

3.2 頂推設備

3.2.1 頂推千斤頂

根據計算最不利工況下各點的最大頂推力約為100 t，故每個頂推點選用兩臺ZDL100自動連續千斤頂做為頂推千斤頂。全橋共需要20臺。

ZLD100自動連續頂推系統由三部分組成，即自動連續頂推千斤頂、自動連續頂推泵站和主控臺。其控制過程是：用行程開關作為ZLD100自動連續頂推系統的動作傳感元件，它將自動連續頂推千斤頂活塞的位置信號傳遞給主控臺，主控臺將得到的信號進行邏輯組合后，再將控制信號傳遞給自動連續頂推泵站，自動連續頂推泵站通過電磁換向閥去控制相應自動連續頂推千斤頂的動作。該過程形成一個閉環系統，能夠自行調節自動連續頂推千斤頂的各種動作。

3.2.2 豎向調整設備的布置

按照頂推時最大重量約10000 t，每條滑道最大受壓10 MPa計算，擬將臨時墩及永久墩滑道梁制作成寬60 cm，長5 m，高1 m的結構，因此在每個墩上按每2.5 m滑道長度配置3臺300 t頂舉千斤頂及1臺ZB10-500液壓泵，每臺泵通過一個減壓閥控制一臺千斤頂，通過調整減壓閥的出口壓力可以限制千斤頂的最大出力。豎向調節千斤頂安裝在滑道梁的正下方和墊梁上方，墊梁同時具有消散頂舉千斤頂集中力的作用，墊梁和滑道梁順橋向沿頂推方向一端安裝限位以抵消順橋向的水平推力（按30 t設計）。豎向調整設備由YDG3000S立式液壓頂舉千斤頂、ZB10-500液壓泵站及壓力監控系統三部分組成。壓力監控系統的壓力控制閥值可進行人為設定，當千斤頂壓力超過壓力控制閥值時自動控制泵站對千斤頂進行增壓或減壓，將壓力始終保持在設定的允許范圍之內。同時壓力監控系統還設有千斤頂活塞行程超限（超限值設定為活塞極限行程的±15%）報警裝置，當活塞行程超限時，自動控制頂推系統停機并發出報警，提示操作人員及時調整頂舉千斤頂的高度，避免頂推過程中支反力處于不可調的狀態出現。該系統在自動運行狀態時具有頂推最高控制權。由于鋼主梁的剛度較小且豎曲線變化較大，因此在頂推過程中需要不斷地調整滑道的高度，避免結構出現較大的應力。當需要對滑道梁進行豎向調節時，通過調整置于墊梁和滑道梁之間的YDG3000S立式液壓千斤頂的活塞行程來調節受力，當調整范圍超過千斤頂行程時需通過增減千斤頂鋼支墩（高度分為5 cm、10 cm、15 cm三種）數量來進行分級分次調整。每輪頂推結束時需在滑道梁下方墊入臨時調整墊塊，然后千斤頂泄壓回程將負載從千斤頂轉移到墊塊上，避免千斤頂長時間受力。

3.3 頂推力的考慮

影響頂推力大小的因素較多，其主要因素有：

（1）頂推梁的恒重及箱梁上的施工荷載。

（2）頂推箱梁橋的縱向坡度。

（3）各滑動支座的摩阻系數。

（4）各滑動支座的高程誤差，以及鋼箱梁安裝平臺和各墩的沉陷引起的高差。

（5）頂推梁的梁底平整度，以及各節段連接處平整度的誤差。

（6）頂推梁自身的撓度。

（7）)縱向牽引力的對中作用。

上述因素中，有些可經過合理施工避免。采用頂推施工，必須嚴格按操作工藝仔細施工，否則勢必增大頂推力，造成施工困難。

3.4 頂推施工操作

該橋主跨鋼箱梁在施工中采用“多點頂推，分級調壓，集中控制”的方法進行頂推施工。多點頂推就是在每個臨時墩點都設置了動力設備水平千斤頂；分散調壓則是液壓站上安裝有3個電磁換向閥，控制油壓不超過容許范圍。

鋼主梁及施工荷載總重約10000 t，全長496 m，標準段每延米鋼主梁約190 kN/m。啟動摩擦系數0.08，滑動摩擦系數0.05，鋼主梁縱坡0.3%，曲線R=88668 m，計算得到全橋最大的頂推力為800 t。

鋼箱梁頂推總長度約為496 m，每輪頂推一段距離后，需倒換一次或多次鋼絞線和設備，才能完成頂推。在施工過程中需注意以下幾點：

（1）首先選擇手動模式，逐一將頂推頂前后主頂的活塞回到行程開關 SQ1、SQ4位置后開始手動頂推。主控臺操作人員按下“前頂進”按鈕，油泵操作人員調整溢流閥的工作限壓，在 30%、50%、70%、80%、85%、90%、95%、100%最大經驗牽引力狀態下，檢查各受力結構變形情況，如有異常立即報告。

（2）檢查油泵，頂推頂，前后夾持器，壓力表，鋼絞線是否異常。

（3）手動操作頂推系統牽引主梁滑移啟動后，轉換至自動運行模式，進行主梁的自動連續頂推。當頂推開始后，工人將從滑道前端吐出的四氟滑板，拿到滑道后端重新喂入。

（4）自動連續頂推過程中傳感器實時對主梁的軸線偏移進行監測，如果發現主梁軸線偏離設計軸線2 cm，則導向輪糾偏器后端的糾偏千斤頂啟動進行主動糾偏。

（5）自動頂推過程中，應注意記錄提升過程中的油壓最大、最小值。

（6）四氟板必須及時跟進墊塞，鋼箱梁與滑道間不得脫空。

3.5 鋼主梁線型控制

3.5.1 中線限位裝置（側限）

鋼主梁底面是一個水平面，在底板兩側預留標準間距的螺栓孔，在工廠制造時一起做好。用槽鋼內側電焊加強肋板加工成導向架，用螺栓將導向架和鋼主梁底板連接固定。導向架隨鋼主梁滑動，可以拆下來后退周轉使用。在臨時墩上下游兩側設限位裝置，限位裝置下部為鋼結構與臨時墩橫向分配梁焊接，上部安裝導向鋼輪。當橫向偏位較大時采用水平千斤頂糾偏，千斤頂作用在橫梁的支座上。在鋼主梁頂推過程中，鋼主梁為對稱構造，采用兩千斤頂對稱頂推，鋼主梁的偏位不大，在鋼主梁頂推未就位前，主要控制前方導梁的偏位來控制鋼主梁前方橫橋向偏位。所有次頂推離到位近 2 m時，采用小行程點動、臨時墩的兩側限位鋼主梁下導向架來微調鋼主梁平面位置。每一個墩上都設置導向限位裝置是為了防止風作用，確保鋼主梁在橋墩上的安全。在臺風季節，臺風來臨之前，在橋墩頂面與鋼導梁、鋼主梁之間張拉精軋螺紋鋼豎向拉桿，臨時固定。

3.5.2 標高限位裝置

在每個墩的滑道上布置有 2臺 500t豎向千斤頂作為標高調整的裝置（箱梁頂推就位調整梁底標高時使用）。在懸索吊桿施工過程中，通過吊索拉桿接長的方式，來使吊索吊桿與鋼主梁間連接。

3.5.3 測量控制

鋼箱梁頂推過程中，測量控制因素主要是:鋼箱梁中心線及各墩頂偏位。隨著鋼箱梁的推進，側向限位控制其中心線偏位在10 mm以內，強力控制各千斤頂同步頂推，各臨時墩頂的偏位均在設計要求范圍之內。鋼箱梁頂進時，測量人員跟蹤監測各墩的偏位及梁體中心線位置，當中心線偏移時，及時利用側向限位調整，然后將其鎖定;由于在第1～3段梁頂推時，箱梁自身導向性較差，必須加強測量控制，同時使用臨時導向設施或調整上下游連續千斤頂的頂力來控制。在頂推過程中對臨時墩頂瞬間偏位的觀測尤為重要，一旦墩頂瞬間偏位超過設計值，需立即停止施力，重新調整各墩頂施力分布，以保證各臨時墩的偏位滿足設計要求。

4 結語

螺洲大橋為目前我國最大跨度自錨式懸索橋，其主跨鋼箱梁采用頂推技術進行施工，能有效地減少橋下環境對鋼箱梁安裝施工的影響,同時少占用橋下航道,保證橋下的通航。該工程采用無導梁技術，節約了成本，加快了施工進度。頂推法在螺洲大橋為其在鋼橋上的應用提供了寶貴的經驗。

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