液壓頂推系統在鋼梁安裝中的應用

王志杰

（中交一航局二公司，山東青島 266022）

液壓頂推系統在鋼梁安裝中的應用

王志杰

（中交一航局二公司，山東青島 266022）

橋梁頂推施工工藝較傳統的工藝具有施工設備簡單、工期短、成本低的特點，在橋梁施工中有廣泛的應用前景。論文以牙買加Rio Grande大橋工程鋼梁頂推施工為例，詳細介紹了液壓油缸及機械夾軌器頂推系統在施工中得應用，為類似工程項目提供借鑒。

液壓頂推系統；鋼梁；頂推；應用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.032

1　引言

近年來,隨著國家經濟的迅速增長，國內橋梁建設取得了突飛猛進的發展。液壓頂推施工作為一種橋梁施工技術，具有對設備要求低、成本節省等優點，可有效地克服地形條件、吊裝設備等限制因素，具有比較廣闊的發展前景。

牙買加RioGrande大橋鋼梁頂推工藝，首次成功將國內碼頭沉箱出運中所用的液壓油缸及機械夾軌系統應用到橋梁頂推施工中，驗證了工藝的可行性，為類似工程提供了參考。

2　工程概況

Rio Grane大橋位于牙買加H2K北環海線上，橫跨河面寬150m，河流常水位+0.8m，洪水位+4.3m，河床標高-4.1m，橋梁全長210m，自西向東為1:90的上坡，橋面寬12.5m，橋跨布置為45+60+60+45m，橋梁墩臺軸線與路線中線為斜交63毅夾角。橋梁上部結構為4榀工字型鋼梁,外側梁高2.5m，內側梁高2.55m，梁間采用聯系梁連接，鋼梁總重9240kN，單跨最大重量2610kN。

3　工藝原理

利用頂推鋼梁與不銹鋼板間摩擦系數小的特點，在鋼梁與頂推滑道間鋪設不銹鋼板，同時涂刷硅脂進一步減少摩擦系數，在鋼梁尾端設置液壓頂進系統，頂進系統一端連接鋼梁，另一端與夾軌器連接，在頂進過程開始時由于鋼梁承受靜摩擦力而處于靜止狀態，液壓油缸推動夾軌器向鋼梁反方向行走，在此過程夾軌器運用其本身的機械夾緊原理自動夾緊鋼軌而停止移動，夾緊力逐漸大于鋼梁靜摩擦力。因此，液壓缸的活塞開始頂推鋼梁前進；當頂推液壓缸活塞行走一個行程的預定位置后,停止推進鋼梁又處于靜止狀態，同時液壓油缸開始回油，夾軌器在油缸拉力的作用下逐漸松開軌道并隨液壓活塞的收回而沿軌道向前行走。待頂推液壓缸活塞完全收回后，夾軌器再度鎖緊在鋼軌上，又開始頂推，這樣周而復始地將梁逐段頂推至設計位置。

4　工藝流程

拼裝場地準備→臨時支墩、軌道施工→支座、滑道、限位裝置安裝→鋼梁拼裝→安裝導梁及尾梁→頂推→下一段鋼梁拼裝及頂推（循環直至完成）→拆除滑道→落梁。

5　施工工藝要點

5.1設備選型

頂推設備推進能力確定：鋼梁總重量為9240kN，鋼板間的靜摩擦系數一般為0.1～0.12，取0.12，根據總頂推力計算公式為：

式中，K為安全系數;K=1.5～2.0;Ri為墩臺滑道的垂直反力;fi為相應的靜摩擦系數;G為梁體總重量;I為頂推坡度,上坡取“+”,下坡取“-”。

本項目為1:90的上坡，需同時克服靜摩擦力及鋼梁爬坡時自重的影響，因此，頂推力必須滿足F＞H，H=2290kN，安全系數取2倍，設備選型時，選用了2臺頂推力為1500kN的液壓油缸，油缸最大行程為1.05m。液壓油缸及頂推系統見圖1。

圖1　液壓油缸及頂推系統

5.2拼裝場地準備

鋼梁頂推從西側往東側頂進，施工時將西橋臺路基作為鋼梁的拼裝場地，寬度滿足鋼梁拼裝施工需要，在拼裝場地內澆筑混凝土軌道梁，用于鋪設夾軌器行走軌道，澆筑混凝土臨時支墩用做鋼梁拼裝平臺。

5.3臨時支墩

臨時墩是頂推成功的關鍵因素，一方面在頂推的過程中使鋼梁提前過孔，減少了懸臂撓度，確保結構的安全，另一方面臨時墩承受了一半的梁體重量，這樣減少了作用在橋梁主墩上的摩擦力，對主墩的結構安全提供了保證。本項目在1#與2#橋墩之間及2#與3#墩之間設置臨時支墩。

5.4導梁設置

為減少頂推時主梁的懸臂長度，減少主梁的負彎矩，使梁體提前接觸墩臺，在主梁前端設置導梁(見圖2)，導梁的剛度在滿足穩定和強度的條件下,盡量選用滿足結構輕便的要求，導梁長度一般為頂推跨徑的0.5～0.7倍，在頂推時,導梁前端將要達到橋墩時,會產生很大的撓度,無法爬上滑道,因此在導梁前端設置一個上懸的曲線過渡段,當導梁“鼻子”走到滑道上方時,通過過渡段曲線緩慢地將導梁抬起。

圖2　導梁結構

5.5尾梁設置

尾梁用于頂推系統與鋼梁的連接以及保證鋼梁能夠均勻受力，尾梁使用三肢工字鋼梁制作，尾梁與主梁及頂推系統采用栓接。

5.6支座安裝

由于支座為盆式橡膠支座，單個支座重量較大,在鋼梁安裝后施工難度很大,因此，在安裝滑道前先將支座安裝完畢,滑道橫跨于支座上方,并與支座頂部預留5mm間隙。這樣，在頂推時可以有效保護支座（見圖3）。

圖3　支座及滑道布置

5.7滑道布置

在滿足承載能力的情況下盡量減少滑道的數量，以減少因滑道安裝時標高控制以及表面平整度等因素對頂推產生的不利因素，滑道制作及安裝時應考慮有足夠的剛度、標高容易控制、拆除方便等因素，滑道頂面鋪設不銹鋼板，頂推時涂抹硅脂減小摩擦系數。

5.8導向及糾偏

為控制梁體在頂推過程中的中線,在墩頂設置橫向限位裝置。限位裝置設在墩頂兩側,每個墩頂固定一對,在頂推過程中，當梁體偏移較大或限位無效時,采取橫臥式千斤頂進行主動糾偏，對鋼梁水平位置進行調整。

5.9頂推控制

在頂推時通過控制兩套液壓油缸的供油速度，來調整梁體左右兩側的位移量，使其前進速度一致。整個頂推過程由4組人員完成，1組負責頂推系統的操作、其余3組分別負責導梁端、中間梁段的檢查及鋼梁撓度及主墩的變形觀測。

6　頂推過程數據分析

在本項目鋼梁頂推過程中，對頂推系統液壓油表的數據及橋墩頂部位移的數據進行了采集記錄。

1）頂推力確定：根據采集的結果，實際頂推過程中鋼梁與滑道間的摩擦力約為42.4kN，實際摩擦系數約為0.93。

2）主墩位移：根據對每個橋墩頂部設置的位移觀測標尺的數據采集結果，墩頂的平均位移為2.2mm，其中，最大值約為4mm，計算最大傾斜度為0.07%，頂推結束后各墩的最終位移最大值為2mm，頂推過程中主墩結構安全。

7　結語

在沒有成熟的經驗可以借鑒的條件下，通過理論研究和實踐檢驗，將沉箱出運中所采用的液壓頂推系統成功地應用于鋼梁安裝中，和傳統的吊裝工藝相比，該頂推工藝具有大型設備投入少，對場地的要求低，能極大的縮短工期，并降低施工成本等優點，這次頂推施工的順利實施，證明了工藝的可靠性，可對類似結構的施工提供一定的參考。

【1】張曉東.橋梁頂推施工技術[J].公路,2003(9):15-22.

【2】陳繼光.頂推法施工關鍵工藝改進[J].橋隧機械＆施工技術，2007（10）：61-66.

【3】劉吉士，張俊義，陳亞軍.橋梁施工百問[M].北京：人民交通出版社, 2003.

Application of Hydraulic Push System in the Installation of Steel Beams

WANG Zhi-jie
(CCCC First Harbor No.2 Company Ltd.,Qingdao 266022，China)

Compared with the traditional process,the construction technology of bridge jacking construction has the characteristics of simple construction equipment,short construction period,low cost,and has wide application prospect in bridge construction.This paper introduces the application of hydraulicoil cylinder and mechanical clamping device in the construction of Jamaica Grande Rio bridge.

hydraulic push system;steel beam;push;application

U445.462

B

1007-9467（2016）05-0117-02

王志杰（1983～），男，山東安丘人，工程師，從事路橋、港口施工研究，（電子信箱）liexinsy@126.com。

2015-11-30