自動輥式鋼支墩輪組結(jié)構(gòu)頂推鋼箱梁施工方法研究

潘 彪 （中鐵四局集團(tuán)工程建設(shè)分公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

柏溪互通C匝道2號橋第一聯(lián)為鋼箱梁，跨徑為28m+46m+28m，中間46m跨上跨G85銀昆高速。鋼箱梁總重量約550t，位于半徑160m的圓曲線上。鋼箱梁全寬10.5m，橫向由2個鋼箱組成，2個鋼箱之間用箱間橫梁連接。單個鋼箱腹板中心距為3m，中心處梁高1.95m。第二聯(lián)為混凝土梁，施工完成后，安裝第一聯(lián)鋼箱梁。

2 自動輥式鋼支墩結(jié)構(gòu)

自動輥式鋼支墩構(gòu)造簡單。主要依據(jù)輥式輸送機(jī)原理，在鋼箱梁下部安裝輥式鋼支墩。鋼支墩頂部采用兩個直徑400mm的鋼輪，通過電機(jī)給予動力，旋轉(zhuǎn)帶動鋼箱梁向前推進(jìn)。為保證鋼輪與鋼箱梁底部有效密貼，在輥式鋼輪結(jié)構(gòu)底部設(shè)置一千斤頂進(jìn)行標(biāo)高調(diào)節(jié)。整個輥式輸送機(jī)采用鋼結(jié)構(gòu)支墩支撐，支墩高度可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際標(biāo)高進(jìn)行加工。

3 自動輥式鋼支墩輪組鋼箱梁頂推施工方法

圖1 C匝道2號橋第一聯(lián)鋼箱梁半平面圖

圖2 C匝道2號橋第一聯(lián)鋼箱梁半立面圖

圖3 C匝道2號橋第一聯(lián)鋼箱梁橫斷面圖

柏溪互通C匝道2號橋第一聯(lián)鋼箱梁中間跨（46m）和G85銀昆高速斜交角度58°，跨越處G85銀昆高速為一板式梁橋，不便采用直接吊裝的常規(guī)方法進(jìn)行。綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場自然條件，在G85銀昆高速南側(cè)C匝道鋼箱梁橋位側(cè)設(shè)置施工便道，并在頂推拼裝平臺下部搭設(shè)拼裝胎架。柏溪互通C匝道2號橋第一聯(lián)鋼箱梁現(xiàn)場安裝分為三部分進(jìn)行。首先在拼裝胎架上依次拼裝焊接 12.188+12.056+11.020+11.456+12.539=59.259m，導(dǎo)梁36m。導(dǎo)梁與鋼箱梁焊接為一級焊縫，焊縫全超聲波探傷。在鋼箱梁頂推施工之前，完成所有涂裝施工。南側(cè)和北側(cè)剩余鋼梁節(jié)段先在橋位處搭設(shè)鋼管支架，再分別采用汽車吊將其直接吊裝至支架上進(jìn)行拼焊，最終完成第一聯(lián)鋼箱梁施工。

圖4 自動輥式鋼支墩輪組結(jié)構(gòu)圖

C匝道鋼箱梁安裝施工時，首先在0#臺、1#墩上方布置鋼支墩輪組、在0#臺臺背小樁號側(cè)地面設(shè)置拼裝胎架（該區(qū)域0#臺背墻混凝土需施工完成，臺背填土需填至設(shè)計(jì)標(biāo)高），在支架上拼裝頂推1#墩～3#墩間59.259m的鋼箱梁節(jié)段，待該區(qū)域的鋼箱梁頂推到位后，再吊裝邊跨區(qū)域（0#臺～1#墩）、（2#墩～3#墩）的剩余鋼箱梁節(jié)段。需要頂推的鋼箱梁總重量約為：400t（不含連接加強(qiáng)板等）。

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 鋼箱梁節(jié)段劃分

C匝道鋼箱梁沿縱向劃分為9個節(jié)段，每個節(jié)段根據(jù)左右箱室沿橫向再劃分為2個吊裝塊，合計(jì)18個制作塊。在鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)生產(chǎn)時將分段劃分為板單元制作。

3.1.2 準(zhǔn)備工作

①測量準(zhǔn)備工作，完成測量控制網(wǎng)交接，并復(fù)測各墩臺帽梁支座高程、平面軸線坐標(biāo)參數(shù)是否與設(shè)計(jì)圖紙一致，分析下部結(jié)構(gòu)的誤差對鋼箱梁安裝將會造成的影響。

②根據(jù)橋梁平面和豎曲線數(shù)值，以及有關(guān)設(shè)置的預(yù)拱度等結(jié)構(gòu)要求，結(jié)合實(shí)際工況，進(jìn)行復(fù)核、模擬認(rèn)證，確保下部結(jié)構(gòu)各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足施工要求。

③協(xié)調(diào)打通所有的運(yùn)梁通道及吊裝設(shè)備站位、轉(zhuǎn)位場地。

④完成臨時支墩地基處理及基礎(chǔ)施工。

⑤完成各墩支座安裝后高程、平面坐標(biāo)交接，要求與設(shè)計(jì)一致。

⑥根據(jù)吊裝現(xiàn)場環(huán)境和節(jié)段吊裝定位要求，確定鋼箱梁拼裝現(xiàn)場汽車吊定位位置，并做好標(biāo)記。汽車吊進(jìn)場時，根據(jù)預(yù)先畫定的標(biāo)記站位。

⑦鋼箱梁各節(jié)段分批次進(jìn)場。根據(jù)鋼箱梁各節(jié)段定位的要求和汽車吊站位，確定各節(jié)段進(jìn)場的位置要求，并做好標(biāo)記，運(yùn)輸車根據(jù)標(biāo)記定位。

⑧施工現(xiàn)場設(shè)置全封閉圍擋（只預(yù)留進(jìn)出口大門），并在進(jìn)場道路和場內(nèi)道路布置交通警示牌。

⑨現(xiàn)場管理人員、技術(shù)人員、安全員、施工人員等均先進(jìn)行安全培訓(xùn)，考核合格后到位。

⑩熟悉圖紙、資料和有關(guān)文件及規(guī)范；確定施工流程；編制施工計(jì)劃；編制施工組織設(shè)計(jì)及應(yīng)急預(yù)案；編制相關(guān)專項(xiàng)方案編制作業(yè)指導(dǎo)書；逐級做好技術(shù)和安全交底等工作。

圖5 C匝道輪組平面布置圖

C匝道2#橋1#、2#墩輪組軌道按照設(shè)計(jì)半徑160m曲線鋪設(shè)，鋼梁外弧為主動輪，內(nèi)弧為從動輪。

3.1.3 C匝道鋼梁通過高速準(zhǔn)備工作

①前導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長36m，鋼箱梁一次組拼焊接長59.259m。鋼箱梁在拼裝胎架上按照設(shè)計(jì)圖預(yù)拱度及線型依次進(jìn)行組拼焊接，并安裝焊接前導(dǎo)梁。頂推施工前，所有工作均在1#墩小里程方向完成，不與高速公路發(fā)生侵線關(guān)系。

②頂推前，在1#墩和2#墩墩頂預(yù)設(shè)各1排（4個）鋼支墩輪組，并做好鋼梁左右限位導(dǎo)輪的安裝布設(shè)。

③所有鋼支墩輪組的布置必須嚴(yán)格按照橋梁設(shè)計(jì)曲線半徑及位置要求擺設(shè)，并反復(fù)使用測量儀器定位復(fù)核，保證曲線半徑、高程等滿足頂推要求。

④在0#臺～1#墩之間每隔14m設(shè)置1排鋼支墩輪組，0#臺至路基位置每間隔15m設(shè)置1排鋼支墩輪組，全橋共計(jì)9排鋼支墩輪組。高度保證前導(dǎo)梁能夠順利上至2#墩頂?shù)匿撝Ф蛰喗M上。

3.2 頂推施工流程

3.2.1 C匝道鋼箱梁頂推施工流程

①步驟1：在路基和墩頂布置鋼支墩輪組（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、0#、1#、2#九組輪組。

②步驟2：拼裝36m導(dǎo)梁和60m鋼梁（1#墩～2#墩），共計(jì)約96m。

③步驟3：利用鋼支墩輪組將導(dǎo)梁頂推前移36m。

④步驟4：利用鋼支墩輪組將導(dǎo)梁頂推前移10m，并使前導(dǎo)梁上2#墩。

⑤步驟5：利用鋼支墩輪組將鋼箱梁頂推前移13m，切掉9m前導(dǎo)梁。鋼箱梁移出1#墩23m。

⑥步驟6：利用鋼支墩輪組將鋼箱梁頂推前移24m，鋼箱梁剛好搭上2#墩，切掉剩余導(dǎo)梁。

⑦步驟7：繼續(xù)頂推將鋼箱梁頂推前移5m，使46m跨鋼箱梁停在指定位置，完成此跨的落梁，移除所有鋼支墩輪組。

⑧步驟8：在0#臺～1#墩、2#墩～3#墩之間各搭設(shè)兩組臨時支架，將剩余鋼梁用支架法安裝。

3.2.2 C匝道鋼梁通過高速工作內(nèi)容

①鋼支墩輪組共有兩種：一種是無輪緣的凸輪結(jié)構(gòu)，另一種是帶單側(cè)輪緣的凸輪結(jié)構(gòu)，輪箱組配備2718-187-3.0電機(jī)減速機(jī)，前進(jìn)或后退速度3m/min，曲線外側(cè)兩排帶有電機(jī)減速機(jī)系統(tǒng)，為主動輪組，曲線內(nèi)側(cè)無動力系統(tǒng)，為從動組，這樣設(shè)計(jì)便于鋼梁按照曲線行走。正常情況下通過高速46m跨時間可控制在3h內(nèi)。

②安全起見在頂推過程中，下跨高速應(yīng)采取臨時交通管制，保證施工區(qū)域下方無車輛通行。根據(jù)下跨G85銀昆高速車流量統(tǒng)計(jì)情況，施工封道時間宜安排在凌晨1時至4時，此時間段車流量少，封道對其他路段交通影響較小。

③鋼箱梁組拼焊接完成后，焊縫經(jīng)探傷合格后，進(jìn)行油漆補(bǔ)涂等相關(guān)工作，待所有工序結(jié)束后，清理橋上所有設(shè)備及臨時構(gòu)件，安裝防護(hù)設(shè)備措施，保證鋼梁頂推過程中無墜落物。

④頂推前每個輪組都設(shè)置1名專職觀察員，觀察員配備對講機(jī)，隨時與指揮員和操作手進(jìn)行溝通。所有人員在頂推過程中，應(yīng)密切觀察各輪箱組的運(yùn)行情況，防止咬輪、爬輪現(xiàn)象發(fā)生，觀測運(yùn)行中鋼箱梁是否按照預(yù)設(shè)的運(yùn)行軌跡行走（軸線偏移量小于50mm）。

⑤頂推運(yùn)行中，1#橋墩左右兩側(cè)各安排1名補(bǔ)漆人員，隨時補(bǔ)漆（主要是輪箱與鋼梁接觸點(diǎn)）。

3.2.3 C匝道鋼梁通過高速整體穩(wěn)定性分析

①頂推防傾覆措施

a.為防止鋼箱梁在頂推過程中懸挑長度過大，在鋼梁頂推方向前端設(shè)置鋼導(dǎo)梁；導(dǎo)梁的長度通常以主梁頂推自由長度的0.6～0.7倍。本工程為36m，滿足要求。

b.嚴(yán)格控制鋼箱梁的頂推速度，鋼箱梁沿縱橋向每分鐘前行不超過1m。

c.頂推行進(jìn)過程中，鋼箱梁的底板脫離下部支墊不超過50mm，以降低頂推過程中的脫空高度；為了降低頂推風(fēng)險(xiǎn)，減少頂推線型調(diào)節(jié)量，0#臺混凝土臺帽暫不施工。

d.鋼箱梁在頂推過程中，縱向最大懸挑長度發(fā)生在C匝道導(dǎo)梁長度和鋼箱梁10m的長度，此時前支點(diǎn)前方懸挑重量為鋼導(dǎo)梁重量及10m長的鋼箱梁重量，支點(diǎn)后方長度為49.259m，經(jīng)計(jì)算，支點(diǎn)前端重量為30t×2+4.5t/m×10m=105t；支點(diǎn)后方重量為 4.5t/m×49.259m=221.666t；抗傾覆系數(shù)為：221.666/105=2.11，大于規(guī)范要求（抗傾覆系數(shù)1.5），縱橋向穩(wěn)定。

②側(cè)向穩(wěn)定

鋼箱梁側(cè)向在四道腹板位置下方全部設(shè)置有鋼支墩輪組，所以不會發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)。

③風(fēng)力對鋼箱梁側(cè)向穩(wěn)定性影響

3.2.4 頂推行程控制

①根據(jù)實(shí)際情況制定現(xiàn)場滑移速度，為了保證安全，設(shè)置頂推速度為1m/min。C匝道頂推過G85銀昆高速時間控制在3h內(nèi)。

②為保證施工過程中的安全性，在滑移施工過程中，利用全站儀對節(jié)點(diǎn)過程進(jìn)行施工測量，主要檢查實(shí)際下?lián)现蹬c理論值的差距，做好安全防護(hù)。精度可達(dá)毫米級，根據(jù)該工程實(shí)際情況，最大誤差控制在10mm內(nèi)。

3.2.5 快速上墩措施

由于頂推過程中鋼支墩輪組頂部高程設(shè)置在同一高程，導(dǎo)梁頂推至即將上墩時的工況下，由于梁體下?lián)希瑢?dǎo)梁梁體將無法順利上墩，現(xiàn)場采用以下兩項(xiàng)措施用以保證其順利上墩。

①通過控制鋼支墩輪組下方千斤頂頂升高度，升高靠前位置鋼支墩輪組高度，降低靠后位置鋼支墩輪組高度，形成一個沿頂推方向向上的坡度，抬升導(dǎo)梁前端高度。

②上墩位置布置130t汽車吊，當(dāng)通過改變鋼支墩輪組高度仍無法順利上墩時，采用吊車輔助提升的方式保證導(dǎo)梁順利上墩。

3.2.6 頂推控制措施

①頂推施工控制重點(diǎn)

a.位移觀測：位移觀測主要是梁體的中線偏移和墩頂?shù)乃健⒇Q向位移，在頂推過程需用鋼支墩輪組及時調(diào)整。墩頂位移觀測非常重要，根據(jù)設(shè)計(jì)允許偏位作為最大偏位值，換算坐標(biāo)，從施力開始到梁體開始移動連續(xù)觀測，一旦位移超過最大值則立即停止施力，重新調(diào)整各鋼支墩輪組運(yùn)動。

b.頂推到最后梁段時要特別注意梁段是否到達(dá)設(shè)計(jì)位置，須按照監(jiān)控指令，在溫度穩(wěn)定的夜間頂推到最終位置，并根據(jù)溫度仔細(xì)計(jì)算測定梁長。

c.每輪次最后一段梁及最后一輪頂推時，應(yīng)注意減緩頂推速度，以便糾偏及縱移到位。

②鋼箱梁頂推線型控制

鋼箱梁頂推施工過程中，鋼箱梁的線形控制非常重要，應(yīng)密切進(jìn)行觀測。鋼箱梁的橫向線形控制主要通過曲線軌道和限位裝置的橫向糾偏進(jìn)行控制，豎向線形控制主要通過頂推設(shè)備中的鋼支墩輪組運(yùn)動完成，應(yīng)注意墊放抄墊板塊的高度。

a.鋼箱梁安裝精度控制：高程±10mm，軸線±10mm

b.防中線偏差措施

確保同步頂推：每次頂推前，應(yīng)仔細(xì)檢查中央控制系統(tǒng)和各鋼支墩輪組處頂推設(shè)備的性能。每個鋼支墩輪組的頂推力均由中央控制系統(tǒng)控制，頂推過程中通過頂推位移和頂推力進(jìn)行雙控，以頂推位移為主，確保鋼箱梁左右側(cè)前行位移量協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

監(jiān)測措施：在鋼箱梁前端和尾端頂面設(shè)中線偏移監(jiān)測點(diǎn)，頂推過程中連續(xù)觀測。鋼箱梁吊至拼裝平臺后，在鋼箱梁底面各鋼支墩輪組處用紅油漆筆做里程標(biāo)線，精確到厘米。考慮到該鋼箱梁橋位于半徑為160m的圓曲線上，需以橋梁中心線每米來計(jì)算鋼箱梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的圓弧長度（內(nèi)側(cè)短、外側(cè)長），這樣頂推過程中，各鋼支墩輪組的操作人員能直觀地觀察兩側(cè)進(jìn)尺是否同步。

限位措施：鋼箱梁頂推時通過各種導(dǎo)向裝置限位，這是防止鋼梁橫向偏移最直接、最有效的手段，頂推設(shè)備中左右兩側(cè)設(shè)置了主動輪箱組和從動輪箱組，可以對梁段位置進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)，隨時糾正頂推過程中出現(xiàn)的偏差。

4 實(shí)施效果和施工注意事項(xiàng)

4.1 實(shí)施效果

柏溪互通C匝道鋼箱梁橋采用自動輥式鋼支墩輪組進(jìn)行鋼箱梁頂推，鋼箱梁兩側(cè)設(shè)置多組導(dǎo)輪，使鋼箱梁按照設(shè)計(jì)曲線行走，走到位時剛好位于設(shè)計(jì)位置，幾乎不需要糾偏。鋼箱梁橋于2020年12月10日1點(diǎn)開始頂推施工，3點(diǎn)50分頂推就位，共用時170min，頂程60m，平均每分鐘0.35m。由于采用的方法恰當(dāng)、措施有力，鋼箱梁頂推過程順利，就位準(zhǔn)確。后在柏溪互通A匝道上跨G85銀昆高速鋼箱梁（1m～34m）頂推中繼續(xù)采用該方案，同樣取得了成功。

4.2 頂推施工注意事項(xiàng)

①頂推系統(tǒng)使用前，應(yīng)進(jìn)行整體調(diào)試和演練，確保頂推過程中每一個鋼支墩輪組和中央控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

②為避免溫度、日照等因素對鋼箱梁梁段變形、梁長等造成影響，鋼箱梁拼焊選擇在溫度穩(wěn)定、日照強(qiáng)度不大的情況下進(jìn)行，最好選擇在陰天和晚上進(jìn)行拼焊。

③為了確保頂推設(shè)備對鋼箱梁所施加的頂推力傳遞到腹板上，必要時可在腹板和底板連結(jié)區(qū)域內(nèi)設(shè)置20mm的豎向加勁板，高度400mm左右，同腹板、底板焊接成整體結(jié)構(gòu)，其間距為300mm～500mm設(shè)置一道。

④頂推時，應(yīng)派專人檢查導(dǎo)梁及箱梁，如果導(dǎo)梁構(gòu)件有變形、螺絲松動、導(dǎo)梁與鋼箱梁聯(lián)結(jié)處或箱梁局部有變形等情況發(fā)生時，應(yīng)立即停止頂推，進(jìn)行分析處理。

⑤頂推前，應(yīng)和設(shè)計(jì)、監(jiān)控等相關(guān)單位溝通，確定好頂推過程中各點(diǎn)的豎向力、水平頂推力等理論數(shù)據(jù)，設(shè)定好每個點(diǎn)的受力、位移允許偏差范圍，輸入到中央控制器數(shù)據(jù)庫中，作為控制參數(shù)。

5 結(jié)語

目前全國基礎(chǔ)建設(shè)越來越多，而各高速公路車流量越來越大。空間曲線頂推技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代城市建設(shè)中不可或缺的一項(xiàng)重要技術(shù)。相比傳統(tǒng)的拼裝技術(shù)和頂推技術(shù)，本例中自動輥式鋼支墩輪組結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用，最大程度地提升了工作效率，提高了安全性，且設(shè)備構(gòu)造簡單，具有通用性，應(yīng)用前景廣闊。