曲線梁多點轉向同步頂推關鍵技術研究

周建明

中鐵十局集團第一工程有限公司 山東濟南 250000

五里堂右線特大橋跨越膠濟客專處7-16m預應力混凝土連續箱梁是石濟客專濟南樞紐工程的重難點，梁體位于20．5‰的下坡及R=1300m的小曲線半徑上，頂推方案的選取及軌跡控制成為工程成功與否的要點。新建石濟客專跨越膠濟客專7-16米預應力混凝土連續箱梁施工，多跨混凝土連續箱梁體系轉換、多點頂推和頂推軌跡控制等關鍵環節技術要求高、操作復雜、施工難度大。針對多跨混凝土連續箱梁體系轉換、多點頂推和頂推軌跡控制等開展了一系列技術研究，通過現場實際應用取得了良好效果，對相關頂推梁施工提供了借鑒意義[1]。

1 工程概況

1.1 地理位置及特征

7-16m預應力混凝土連續梁位于新建石濟客專與既有膠濟客專接軌處的五里堂右線特大橋376#墩至383#墩上，連續梁位于R=1300m的圓曲線及20．5‰的下坡上，與既有膠濟客專交角為9°45′。

1.2 橋梁結構

連續梁跨度為（16．5+5×16．6+16．5）m，全長 116m，全橋采用等高截面，梁高1．6m，截面采用單箱單室斜腹板形式，箱梁頂寬7．2m，底寬3．33m。連續箱梁混凝土共計643．1m3，重量約為1700t。

1.3 地形地貌

五里堂右線特大橋7-16m連續梁376#-383#墩位于既有膠濟客專的兩側路肩防護柵欄位置，需對既有柵欄進行改移，橋墩距接觸網回流線1．5m，需將回流線改移落地，376#-383#墩高度為10．5-12．5m，預制梁體位置371#-374#墩位于既有路基坡腳處，墩身高度18．0m。

圖1 預制方向圖

圖2 頂推方向圖

2 頂推位置選擇及線路設計

2.1 頂推位置選擇

根據現場調查，既有膠濟客專下行側比上行側場地寬闊、交通運輸便利；連續箱梁由膠濟客專下行側以小坡的形式跨越到上行側，頂推施工時下坡頂推的頂推力小，對永久橋墩的水平力小，頂推施工安全；連續梁現澆預制過程中應確保既有膠濟客專的運營安全，盡量減小施工影響。因此選擇在371#-374#位置進行連續梁的預制施工[2]。

2.2 頂推坡度設計

連續梁預制位置的371#-374#墩間孔跨設計為32m的簡支T梁，T梁高度2．7m（通橋（2012）2201），且此段落位于R=15000m的豎曲線上，因此造成連續梁就位處的支承墊石標高與預制位置處的墊石高度不一致，為避免因連續梁梁底支點高度不斷變化而頻繁調整各支點支承高度，降低頂推施工難度，故將梁體預制位置及頂推線路上橋墩的墩頂臨時接高，來滿足梁體的就位坡度要求。墩頂臨時接高采用在墩頂預埋鋼筋，支打混凝土的樣式進行。具體如下：

圖3 371#-373#墩墩頂接高圖

圖4 374#高低墩墩頂接高圖

圖5 375#、376#、383#墩墩頂接高圖

3 頂推及電控系統設計

3.1 頂推裝置

頂推裝置由可調式約束滑道、滑座、MGE滑塊、導向板、液壓千斤頂、液壓系統和電控系統組成，并分為有動力有約束、有動力無約束、無動力無約束三種。有動力有約束頂推裝置提供水平頂力和豎向支承，并通過可調式約束滑道控制頂推方向；有動力無約束頂推裝置提供水平頂力和豎向支承；無動力無約束頂推裝置僅提供豎向支承。

圖6 頂推裝置安裝設計圖

水平千斤頂頂柱與滑座采用球鉸連接，使滑座隨頂柱前進時方向可以微動；水平千斤頂反力座板與滑道板焊接，使千斤頂固定在滑道上；可調式約束滑道用螺栓緊固于墩頂，提供頂推反力。

3.2 電控系統

液壓同步電控系統是在每個支墩上設分控柜，全橋設一個總控柜，總控柜可控制全部水平千斤頂同步頂進及全部豎向千斤頂同步起落，分控柜只能控制相應支墩上的千斤頂。所有控制柜均設應急開關，當出現異常狀況時均能使整個系統同步停止。系統控制的同步性，是為防止起落梁設備不同步開啟、關閉或個別施頂設備出現故障時不同步停止工作，引起連續梁局部應力超限而產生梁體裂縫。

圖7 電氣系統原理圖

4 頂推前準備

4.1 臨時導梁結構設計

導梁由加強型軍用貝雷梁組成，貝雷梁每節3m，共計4節，長12m，分左右兩片，兩片導梁間有連接系桿，來加強左右兩片導梁的整體性。安裝時保證其底面與箱梁底面平齊，在箱梁預制時將第一節3m長貝雷梁與預埋在梁體內的導梁連接鋼骨架連接好，以便在梁體預制時控制導梁預埋件的位置準確性，同時保證后期導梁的安裝精度。箱梁預制完成后將第一節導梁拆除，在地面組裝完整后整體吊裝就位。導梁預埋件位置及結構見下圖：

圖8 導梁構造示意圖

4.2 建立豎向頂升系統

首先根據梁體、導梁的總重量及豎向支撐點位的個數來確定豎向千斤頂的型號。

梁體張拉完成后，拆除墩頂部分支架及其范圍內的底模(支架搭設前需提前考慮拆除此部分支架后支撐體系的安全性)，吊裝豎向千斤頂至支架拆除處并調整各墩位豎向千斤頂頂面距梁底的距離基本一致。

將泵站及分控箱吊至各墩處工作平臺上，連通豎向千斤頂至泵站的油路、泵站至分控箱的電路，同時將總控箱吊至梁體頂面并連同分控與總控間的電路并啟動控制系統進行空載試驗。

4.3 梁體支撐體系轉換

支承體系轉換時，先由各支墩分控柜單控豎向千斤頂，使各豎向千斤頂與梁底頂緊即停，由總控柜同步開啟全部豎向千斤頂，將梁體頂起使其與支架脫離，并滿足水平頂推裝置安裝高度要求。拆除墩頂處支架及模板并安裝臨時保險墩，完成支承體系轉換，然后拆除剩余支架及模板[3]。

4.4 安裝水平頂推裝置

按曲線梁中心線放出頂推工作線及頂程起止點，并做好標記。在支墩頂上分別安裝三種頂推裝置，首先根據放線位置安裝滑道底板，調整標高使各支墩底板中心距梁底的高度相同，并按此標高調平底板，然后用自流平砂漿將底板與墩頂間的縫隙及錨栓孔灌實，擰緊錨固螺栓將底板固定在墩頂。安裝滑道板并與底板采用螺栓連接，滑道板前端與調向絲杠連接。依次安裝側向限位板、MGE滑塊、滑座、導向板及水平千斤頂，滑座頂部安裝楔形墊塊，楔形墊塊頂面與梁底同坡，并放置橡膠墊板以增大梁底與滑座間的摩擦力。安裝完成后連通液壓系統，進行空載試驗。

圖9 頂推系統構造圖及細部圖

5 頂推施工

5.1 步履式頂推原理

曲線連續梁按照曲線軌跡進行頂推。頂推時千斤頂的頂推方向為曲線的弦線方向，每個頂程的起終點即為弦線的兩個端點，從而保證梁體沿曲線軌跡運動，且每一頂程均會使梁體繞圓心轉向。若在頂推過程中梁體偏離預定軌跡，可根據偏離值大小調整約束滑道的方向，經過3-5個頂程實現糾偏。

步履式頂推施工每個循環分為4個步驟完成，具體操作如下：

第1步：總控控制全部豎向千斤頂同時下降將梁體落在滑塊上；

圖10 第一步示意圖

圖11 第二步示意圖

第3步：根據各墩處計算支反力情況，先單操各墩位豎向千斤頂上升與梁體初步接觸（接觸力為），完成后總控控制全部豎向千斤頂起升將梁體頂離滑塊；

圖12 第三步示意圖

第4步：分控控制各墩位水平千斤頂回油帶動滑塊回至初始位置（無水平頂的墩位人工將滑塊拖回初始位置）。

圖13 第三步示意圖

5.2 頂推轉向原理

將梁體按曲線軌跡進行頂推，將頂推裝置分別布置在連續梁兩側腹板下，每個頂程沿曲線弦線方向頂推，頂程起終點均設在曲線上即弦線的端點，從而保證梁體沿曲線軌跡運動。有動力有約束頂推裝置布置在梁體兩端，用于控制和調整梁體的運行方向；有動力無約束頂推裝置布置在梁體中部，梁體在頂推轉向過程中，由于滑座與水平千斤頂頂柱是球鉸連接，因此不會對連續梁產生橫向約束力；無動力無約束頂推裝置布置在不設水平千斤頂的支點上，僅起支承梁體作用并跟隨梁體自由滑動。

5.3 試頂推

梁體頂推前進的3-5循環內對臨時工程的安全性、頂推設備的性能、摩擦系數及滑道約束效果進行驗證，同時對人員操作進行演練，進一步規范操作、增強各人員對整個操作過程的熟練度、加強人員之間的相互配合。

5.4 正式頂推

按照上述頂推循環將梁體頂推前行，當梁體前進脫離后端墩頂頂推裝置后，將頂推裝置倒安至梁體運行方向前方墩頂，同時根據只在梁體前后端設置帶有約束裝置滑道的原則，對頂推裝置按照限位約束要求安拆相應墩頂的滑塊側面導向板以滿足梁體走行軌跡控制要求，如此反復工作直至梁體頂推至設計位置。

5.5 運行軌跡調整

在實際頂推施工過程中存在測量誤差、安裝誤差，因此梁體實際走行軌跡會與理論產生偏差，當偏差值超過先前設定允許偏差值時，須對走行軌跡進行糾偏，并及時修正裝置頂推方向。

糾偏調整采用微調滑道板方向的方法進行。根據測量數據計算軌跡偏離值，梁體被豎向千斤頂頂起后，向軌跡偏離反方向調整滑道板、使梁體在3-5個頂推循環內回到理論軌跡。具體操作：將滑道板與滑道底板螺栓松開，保留1個螺栓作為滑道板旋轉中心，用扳手擰動糾偏絲杠，使滑道板到達計算糾偏位置（尺量糾偏絲杠限位板與滑道板距離），重新擰緊螺栓，循環頂推使梁體運行軌跡回至理論。根據軌跡偏離值計算出設備安裝誤差，回調滑道板并修正設備位置及頂推方向。

圖14 調向裝置細部圖

6 落梁

連續梁頂推至設計位置后，通過豎向千斤頂調整各墩處支反力與計算支點反力偏差值在±10%內，完成后安裝千斤頂保險裝置、拆除水平頂推裝置，騰出安裝墊石支座的空間。

將支座放至鋼墊石上(支座下螺栓放入鋼墊石預留孔內暫不錨固)，整體將鋼墊石及支座滑移至連續箱梁梁底并對準位置，將支座上板與連續箱梁底支座預埋板栓接，綜合調整全部鋼墊石高度、焊連鋼墊石與鋼橫梁。落梁：下降全部豎向千斤頂整體落梁使支座坐落在鋼墊石上，采用重力式灌漿將支座下板螺栓與鋼墊石錨固。拆除導梁：利用吊車拆除梁體前后導梁。

7 結語

通過在頂推過程中運用同步電控系統實現所有豎向千斤頂的同步起升或降落，所有水平千斤頂的同步前進或后退；通過使用頂推轉向技術實現在梁體的前后端墩頂按圓曲線的弦線方向設置有動力有約束頂推裝置，其他墩頂設置有動力無約束及無動力無約束頂推裝置，來實現梁體的轉向，沿圓曲線軌跡走行。相對于傳統的側向施頂控制方向的方法相比，設備構思巧妙、施工操作簡便，為多跨連續梁頂推架設施工提供了新的思路及方法，具有十分廣泛的推廣和應用前景。