公鐵兩用大橋鋼桁梁頂推關鍵技術創新研究

覃華橋　朱廷志　袁杰升　莫露瑩　黃文泉

針對超大噸位、大跨徑公鐵兩用鋼桁梁大橋頂推關鍵技術難題，首次提出了一種新型拖拉式頂推滑靴及頂推工法。通過理論計算及有限元驗證分析，該技術路線可行，并應用于三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼構桁梁頂推工程。工程應用表明研制的滑靴結構具有構造簡單，載重能力強，可主動糾偏，滑移過程平穩無噪聲等優點，減少了對沿線交通、鐵路的影響，取得了良好的經濟效益和社會效益。

鋼桁梁? 頂推? 滑靴? 主動糾偏? MGE滑板

近年來，我國的橋梁建設迅猛發展，為順應新時代發展要求，加快推進現代化基礎設施建，我國的橋梁建設不斷向著高難度、大跨徑、多用途方向發展，中國橋梁一次次刷新紀錄、創造歷史。伴隨著科技的發展，鋼桁梁架設方法越來越多，但目前應用最廣泛的主要是頂推法、懸臂拼接法及支架法，需要根據不同的施工條件選用。其中頂推施工法具有結構整體性好、易于實現、機具設備簡便、節省施工用地、構件拼裝質量宜保證等諸多優點，在當今以鋼桁梁為主的公鐵兩用橋梁施工中，應用較為普遍。

目前，超大噸位、大跨徑公鐵兩用鋼桁梁大橋頂推仍存在主梁整體剛度較弱，施工過程中各桁受力均勻性難以保證，鋼桁梁出現橫向大偏位等關鍵技術難題。為改變現有不利狀況，將采用新型拖拉式頂推方式。拖拉式頂推是基于柔性牽引、液壓同步控制、多點連續頂推的施工方法，由于其頂推設備噸位較小，便于現場運輸及安裝，各支點鋼桁梁受力均勻、安全性較高，更適合于超大噸位、大跨徑、重載的公鐵兩用鋼桁梁的架設。結合三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼桁梁頂推工程特點，研究新型拖拉式頂推滑靴及頂推工法，解決上述關鍵性的技術難題。

1 概述

三門峽黃河公鐵兩用大橋主橋由11 跨連續鋼桁結合梁橋組成，主梁位于6‰的單向縱坡上（三門峽至運城方向為下坡方向），橋跨布置為84m+9×108m+84m，主橋全長1142.5m，主橋總重41808t。主橋立面布置圖如圖1所示。

主橋承受四線鐵路和六線道高速公路，下層為四線鐵路，上層為六線公路。主桁架由三角形桁式構成，桁高15m，每一節間長度為12m，橫向共有3片主桁，中、邊桁中心間距13.6m，上層公路橋面全寬32m。主橋標準橫斷面布置圖如圖2所示。

（4）主橋為11跨連續鋼桁梁橋式、上下層公鐵橋面雙層板桁組合式復雜結構。

（5）主橋11跨連續鋼桁梁多點同步頂推架設，且主梁不帶混凝土橋面板頂推，整體剛度較弱，施工工序多，要求嚴，技術含量高。

（6）主橋鋼桁梁由三片主桁組成，頂推過程中不僅要保證各個頂推點位的同步性、支承三片主桁的各滑靴不發生偏載、在往復頂推作業過程中墩頂滑道梁及各墩旁支架的安全穩定性，還需要嚴格控制墩身偏心彎矩值。工程施工難度系數大，各環節技術要求嚴苛。

2 頂推施工方法

本工程采用單向多點拖拉式頂推施工方法。在主橋11#-南引S4#之間搭設頂推拼裝平臺，首先在拼裝平臺上布設三桁對應的三條頂推滑道，然后在各頂推滑道上分節點布置滑靴，

利用塔吊、回轉吊機不斷的在拼裝平臺的滑靴上拼裝拼裝導梁、鋼桁梁和橋面板，完成高栓施擰和橋面板焊接后，利用高強鋼絞線牽引鋼梁支點底部滑靴，通過精準控制水平連續千斤頂進行同步頂推，水平連續千斤頂則帶動滑靴逐一將鋼導梁和鋼桁梁向前推離拼裝平臺。因此鋼桁梁每頂推一個循環，通過起頂和回拉置換滑靴，準備下一循環的頂推，頂推施工原理如圖3所示，直至鋼導梁頂推至主橋0#墩。進行導梁拆除，鋼梁頂推至0#墩，完成全部鋼梁拼裝頂推。

同步水平頂推系統由水平連續千斤頂、滑靴、滑板、千斤頂反力座、液壓泵站、水平頂同步控制系統組成。其中滑靴作為水平頂推系統的關鍵構件，應具有承載能力強、可靠性好、主動糾偏、對滑道的沖擊力小、使用壽命長等特點，可最大限度的平衡各點的摩擦力與頂推力，減少單個頂推點的不平衡水平力，確保橋梁結構的安全。因此，根據三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼桁梁頂推工程的特點，創新研發新型頂推滑靴。

3 新型頂推滑靴設計

本工程滑靴采用分體式創新設計，方便快速拆裝和移運。

1. 由于鋼梁與滑道之間摩擦阻力的不同與變化、滑道間高差變化、梁體重心變化、風向、溫差等原因，鋼梁在頂推移動過程中將必然會出現橫向位置偏移。為確保鋼梁在頂推過程中不存在較大偏移及對出現的偏移進行及時糾正，應設置頂推滑移過程限位裝置。因此，新型滑靴在滑靴兩側設計有可調式液壓糾偏滾輪。頂推作業時，智能控制系統通過控制兩側液壓千斤頂的伸縮量來橫向調節滑靴回到正確線路，防止因滑靴跑偏發生卡頓等現象，實現智能化的主動糾偏，滑靴結構示意圖如圖4所示。

滑靴底部滑板材料具有耐壓、耐磨、耐沖擊、承載能力大、摩擦系數小、質量輕便等特點。傳統的聚四氟乙烯板雖然摩擦系數小，但是在重載荷作用下易發生塑性變形，而“MGE”板不僅耐壓、承載力大，而且還具有耐磨、摩擦系數小（0.016～0.065）、抗沖擊性強等優點，較好的保證了頂推順滑性，因此設計選用MGE板作為滑靴底部滑板使用。

鋼桁梁在頂推過程中單點最大支反力為2233t，每個滑靴底部MGE板面積為1.8m2。則該處MGE滑板承受的壓應力為12.4MPa，由于MGE板的壓縮強度≥65Mpa，因此MGE滑板受壓滿足規范要求。

MGE滑板底面設計有儲油槽和注油口，為了盡可能的減少滑板和滑道表面的摩擦阻力，制造的滑道頂面采用焊接Q345鋼板+304不銹鋼的熱軋復合面板，面板表面粗糙度應小于Ra5μm，且要求長期保持面板清潔。在頂推作業前還應在滑板底面涂上一層潤滑油脂，不僅能夠減小摩擦阻力，而且還能節能降耗。

4 滑靴受力性能分析

采用土木結構非線性詳細分析專業軟件對主墩滑靴進行空間實體有限元分析。建立了滑靴的全空間三維實體模型，進行豎向力和水平千斤頂作用下全施工過程的結構計算分析。滑靴結構有限元分析模型如圖5 所示，鋼結構滑靴底面與鋼滑道梁頂板全接觸。

依據滑靴構造圖，以保證縱向水平頂推設備的運行和作用，其水平作用荷載為300t，作用于鋼結構滑靴中間錨箱承壓板上，圓環外直徑φ274mm、內直徑φ230mm，采用面荷載作用。

依據鋼桁梁頂推施工全過程的豎向反力值，滑靴頂面的豎向荷載為2232t，采用滑靴頂面的面荷載作用。

滑靴的豎向最大變形為0.61mm，水平向最大變形為0.68mm，剛度滿足規范要求。

2?.應力

在短暫狀況下，滑靴的最大von Mises 應力為356.82 MPa，出現在頂板與橫隔板交叉點處。最大剪應力為190.20MPa，出現在頂板與橫隔板交叉點處。

在短暫狀況下，錨箱的最大von Mises 應力為216.0MPa，出現在承壓錨圈口邊緣。最大剪應力為90.32MPa，出現在承壓錨圈口邊緣。計算分析結果可知：滑靴的豎向變形和水平變形均滿足規范要求;滑靴的von Mises 應力和剪切應力均滿足規范要求，滑靴安全性滿足要求。

5 工程應用效果

三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼桁梁在南岸頂推拼裝平臺上拼裝，每拼裝9個節間進行一次頂推，在1#～10#墩頂各設置3個滑道梁及頂推滑靴裝置，滿足鋼桁梁多點連續頂推的要求，直到全橋頂推到位，頂推中的鋼桁梁如圖6所示。

在頂推鋼桁梁上9#墩頂前，由于鋼桁梁節段數量較少，重量較輕且摩阻較小，為節能增效，可以暫不啟用中桁梁的水平連續千斤頂，動力儲備依然能滿足使用要求。因此只需要使用兩邊桁的水平連續千斤頂提供頂推動力，如果鋼桁梁在頂推過程中出現軸線橫向偏位，也僅需要用兩邊桁滑靴的主動糾偏裝置進行偏位調整即可。

鋼桁梁頂推作業前，預先在滑道周圍布設有多組傳感器，主要用于監測主桁梁在頂推過程中是否發生軸線偏位。當偏移量超過允許值時，智能頂推控制系統會自動調節滑靴兩側的液壓糾偏油缸的行程直至糾正偏位，頂推主動糾偏滑靴如圖7所示，在頂推過程中實現了自動化、智能化的主動糾偏，確保各鋼桁架節點相對主橋中心軸線的橫向偏位均小于19.2mm，滿足規范要求。

6 結語

滑靴作為拖拉頂推中關鍵的承載受力構件，除了能帶動鋼桁架向前滑移，自動糾正偏位，還對鋼桁梁起到支撐保護作用，因此在設計時需要經過縝密的建模計算和校驗，保證滑靴的結構安全。

三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼構桁梁頂推滑靴集超強承載、快捷滑移、主動糾偏功能于一體，這種設計構思新穎，施工方便，節約費用。頂推滑移過程穩定性強，滑移間距精確化，自動化程度高，多點連續頂推同步性好，鋼桁梁三片桁支點受力均勻。這項創新技術裝備已實現大跨度、大噸位、大懸臂、超重載的公鐵兩用鋼桁梁的架設，不僅可以不中斷交通或通航，而且取得了良好的經濟效益和社會效益。可推廣應用于頂推連續梁，懸臂施工的大跨徑連續鋼桁梁和連續混凝土梁。