跨既有線鋼結構天橋頂推施工方法

柳輝

（中鐵建工集團有限公司，北京100070）

1 引言

頂推施工工藝方法其實在建筑工程中早已運用，頂推法的構思來源于鋼梁縱向托拉法，只是它用千斤頂取代了傳統的卷揚機。1959 年，在修建奧地利的Ager 橋時，頂推法被首次應用，而我國是1974 年首先在狄家河鐵路橋上采用頂推法施工。近年來，頂推法在建設工程中得到了廣泛的應用，且施工工藝得到了很大的改進與提升。目前，建筑工程中主要是采用步履式千斤頂頂推方法，此新型頂推方法的運用從根源上解決了安全、質量以及進度方面的相關問題。

2 工程概況

信陽站改擴建工程新建進站鋼天橋1 座，橫跨京廣場和寧西場，分別跨4 道、Ⅱ道、Ⅰ道、3 道、5 道、Ⅶ道、9 道、11 道、ⅩⅢ道9 條既有線路。天橋長度87.45m，寬度12m，總質量350t，天橋基礎位于既有站臺上，采用樁基礎，樁徑800mm，樁長22m，天橋柱為鋼筋混凝土圓柱，直徑800mm。橋面結構標高為7.83m，天橋底距軌頂8.79～9.71m，接觸網距軌頂約6.72m。

天橋主體采用鋼桁架結構，桁架為焊接箱型梁與無縫鋼管的組合結構，主梁采用500mm×400mm×14mm×14mm 焊接箱型梁，橫向500mm×300mm×10mm×18mm H 型鋼進行焊接。橋面采用壓型鋼板混凝土組合樓面，頂棚屋面采用單層壓型鋼板屋面。天橋效果如圖1 所示。

圖1 天橋效果圖

3 天橋頂推施工方法比選

天橋施工屬于高空作業，特別是跨既有線天橋，需要要點施工。如何在規定時間內保質保量、保安全以及保進度順利完成施工是一項急需攻克的難題。通過對常規設置滑移軌道頂推方法與步履式千斤頂頂推施工方法分析與研究，常規頂推方法主要是單點頂推受力，存在頂推力要求高和受力基座設置難度大等缺陷，且頂推過程中結構受力集中，存在較大的結構安全風險。步履式千斤頂頂推施工方法主要有以下5 大優點：（1）頂推設備能通過計算機同步控制，在推進過程中能保證推進姿態平穩，精度同步可控；（2）頂推推進力度平穩均勻，加速度極小，不易產生不正常抖動現象；（3）操作靈活，牽引就位精度高；（4）施工作業環境安全風險大幅度降低，降低了生命及財產損失；（5）步履式千斤頂頂推為多點受力，將集中受力優化變成多點受力，降低了對設備及基礎條件的依賴性。綜合評價認為，采用步履式千斤頂頂推施工方法最為適宜。

天橋主體鋼桁架采取在新站房一側原位搭設臨時拼裝胎架及頂推架，利用步履式千斤頂頂推施工工藝進行施工，在拼裝胎架及各站臺天橋柱上設置步履式千斤頂。考慮到天橋主體鋼桁架在頂推到位后裝飾施工對既有線的影響，在頂推架上將后續的天橋圍護結構（檁條、屋面圍護系統、外裝骨架等）同步安裝完畢，隨天橋主體鋼桁架一并頂推至設計位置。拼裝胎架位置與各站臺天橋柱位置如圖2、圖3 所示。

圖2 拼裝胎架位置與各站臺天橋柱位置圖

圖3 拼裝胎架位置與各站臺天橋柱位置圖

4 頂推施工工作原理

頂推法施工是指圍繞著千斤頂頂推為中心，通過電控系統數字化控制，人員指揮系統總指揮的一種先進做法。其主要目的是工程實體結構能在臨時胎架上全部完成安裝，將施工作業位置轉移，從而達到改善作業環境的目的。目前頂推設備主要采用三向千斤頂（豎向千斤頂、橫向千斤頂、縱向千斤頂），縱向起推進作用、豎向起抬升作用、橫向起糾偏作用。如TZJ400×200 三向千斤頂，水平方向的頂推力為600kN（60t)，行程400mm；豎向起頂力為4 000kN（400t)，起頂行程為200mm；側向糾偏頂推力為600kN（60t），行程為150mm。豎向、橫向、縱向千斤頂部位均安裝位移傳感器，以便測量其位移量。

步履式平移頂推裝置的工作原理是豎向千斤頂頂起，縱向千斤頂完成向前頂推，橫向千斤頂糾偏，豎向千斤頂活塞縮缸回程落結構于墊塊上，縱向千斤頂收缸回程原始狀態，以此5 步驟動作作為一個循環行程，反復循環行程，從而實現頂推平移就位[1]。

5 頂推關鍵步驟

5.1 方案編制及論證

頂推施工工藝屬于新型施工工藝，具體的實施方案需專家論證修改后方可實施。特別提出的是鋼結構天橋頂推施工方案需要對胎架基礎及結構、頂推時懸挑端支點、天橋結構在最大懸挑時支點處的內力以及最大懸挑時的擾度進行受力驗算。

5.2 安裝拼裝胎架

胎架是實現鋼結構天橋拼裝及頂推的基本條件。胎架一般主要采用型鋼安裝搭建，胎架屬于臨時受力結構，其基礎要確保承載力滿足方案受力要求，嚴格控制基礎沉降量，不均勻沉降將嚴重影響整個頂推過程的穩定性。胎架安裝完成后需對其垂直度、平整度、直線度以及安裝質量進行檢測驗收，合格后方可安裝頂推設備。

5.3 頂推設備的安裝與驗收

頂推設備安裝前應在胎架上彈出定位軸線，確保設備安裝不偏位，頂推設備的安裝偏位將直接導致水平偏差，推進距離越大，偏差值也就越大，從而頂推過程的糾偏也就更為頻繁，直接影響頂推施工進度。因步履頂推設備屬于多點頂推，各頂推設備的承重受點位距離的大小而變動，各點的縱向距離應嚴格按照方案布設，防止承重力R大于頂推設備極限值Fr。頂推設備安裝完成后經驗收合格方可開始頂推施工。

5.4 試頂推

試頂推是各項準備工作完成后的一項試驗檢測工作。主要對設備的同步性、設備的可靠性以及運行的安全性作出評估與調整糾偏，是正式頂推前不可或缺的一項工作。特別是在頂推作業時間及條件受限時，為了一次性頂推到位，減少頂推過程中不必要的安全風險，試頂推就起著無比重要的作用。同時，試頂推期間設定好頂推速率，頂推速率越快水平偏差越大，頂推速率越小施工進度就越慢，設置適宜的頂推速率也尤為重要，應根據施工條件綜合考慮決定，一般推進速率控制在1mm/s 左右較為適宜。

5.5 正式頂推

正式頂推在試頂推無誤后進行。正式頂推時應做到邊測量邊頂推：一是測量水平位移，防止頂推過程中水平位移偏差過大；二是測量胎架等支撐體系沉降值，確保發現不均勻沉降時立即預警響應，采取相應處理措施，嚴防出現安全事故；三是測量擾度值，防止懸挑端擾度過大影響頂推。實施過程要每個行程完成后匯報偏差值，如達到預警值及時糾偏。正常情況下水平距離達到5mm 偏差時應及時糾偏，糾偏完成后再繼續頂推推進[2]。

5.6 頂推步驟

1）安裝墩旁托架立柱、分配梁及D1～D5 步履頂頂推器；

2）拼裝鋼桁梁第一拼裝部分60m，胎架北側懸空4m，進行試頂推及機器調試。

3）試頂推。以天橋前端為移動點進行要點施工，將拼裝好的60m 鋼桁梁試頂推前移12m。

4）第一次頂推。以天橋前端為移動點進行要點施工，將拼裝好的60m 鋼桁梁繼續頂推前移10m，推至三站臺D6 支點處。

5）第二次頂推及桁架拼裝。以天橋前端為移動點進行要點施工，繼續向前頂推6m 后，將剩余桁架節段梁27m 焊接拼裝，總長度87.45m，總重量3 500kN（350t）。

6）第三次頂推。以天橋前端為移動點進行要點施工，繼續向前頂推15m 后，將D1 頂推點頂推器拆除安裝在D7 頂推點（前端移動點距離D7 支點為2m）。

7）第四次頂推。以天橋前端為移動點進行要點施工，繼續向前頂推10m 后到達二站臺D7 支座，將D2 頂推點頂推器拆除安裝在D8 頂推點。

8）第五次頂推。以天橋前端為移動點進行要點施工，繼續向前頂推10.5m（前端移動點距離D8 支點為15.9m）。

9）第六次頂推。繼續向前頂推10.5m，到達一站臺正式墩。

10）第七次頂推。繼續向前頂推2.68m，頂推至設計位置后，直接將梁體落于支座之上。

11）拆除設備及臨時支撐。天橋桁架全部安全落位后，機械配合拆除千斤頂設備，同時人工拆除臨時支撐鋼胎架[3]。

6 頂推控制技術

6.1 頂推過程指揮系統的建立

現場頂推作業應建立指揮系統，其中包含下達頂推作業命令的總指揮、測量組、設備觀察組、中控組、旁站監督組?？傊笓]主要負責收集各方信息，從而下達命令決定頂推工作的開始與停止；測量組主要是過程監測各類數值指標并及時反饋，如達到預警值及時響應，規避消除安全風險；設備觀察組主要是觀察千斤頂設備是否正常運行并及時反饋；中控組是設備觀察組與總指揮的中間樞紐，具體操作頂推施工；旁站監督組是盯控頂推施工各個部位，查找安全風險隱患，及時匯報消除風險。

6.2 頂推到位

整體同步頂推至距離就位點相差200mm 時，降低頂推速度，配合技術人員測量所有頂推點的相對距離（相對于就位位置），然后，根據結構的姿態確定相應的控制參數，一般的原則是相對距離大的點頂推速度加快，相對距離小的點頂推速度減慢，在動態的過程中使整個鋼結構逐漸接近就位位移。由于整個頂推過程的頂推距離相差控制在10mm 以內，所以，各點的速度調節相差不會太大。

繼續整體頂推至距離就位位置相差15mm 時暫停，再次配合技術管理人員測量所有頂推點的相對距離，根據測量結果分組調節相應頂推點的頂推速度，采取先到就位點截止的控制方式進行單獨調節，直至所有頂推點達到要求值。調整完畢后繼續配合技術人員測量所有頂推點的頂推距離，截止對于已經達到就位要求的頂推點，單獨調整其他點，根據測量結果微調，精度控制在1mm，直到所有頂推點均滿足就位要求。

7 結語

綜上所述，在跨既有線施工條件下采用頂推法施工能加快施工進度，最主要是改善了施工作業環境，有效提高了施工質量，確保了施工安全。同時減少了機械設備的使用，節約了成本。步履式千斤頂頂推法經優化改善后，效果明顯，優點突出，非常值得借鑒。