上跨鐵路既有線連續箱梁頂推施工

王若海

（四川公路橋梁建設集團有限公司大橋工程分公司，四川 成都 610071）

1 引言

隨著我國高速公路、鐵路的迅猛發展，上跨鐵路、高速公路的跨線橋梁越來越多。跨線橋梁受施工時間、施工場地、橋下凈高等因素的影響較大，采用轉體、支架現澆或預制安裝等施工工藝，從經濟、技術和安全以及社會效益等方面來比較，均不如頂推法施工工藝。頂推法施工在一般的橋梁施工中雖然較為常見，但在上跨鐵路、高速公路頂推施工時，受到外部干擾、作業時間、安全風險等諸多因素的制約，比一般的頂推施工更有其特殊的要求。為保證既有線的運營安全，編制技術合理、安全可靠的施工方案是上跨既有線頂推施工的關鍵。

文章根據巴南廣高速公路達成鐵路跨線橋工程實例，對連續箱梁跨越既有線頂推施工方案進行技術總結。該方案是在國內外成熟的頂推施工技術基礎上，針對上跨國家Ⅰ級干線鐵路——達成鐵路的實際情況進行改進、創新、優化而形成的。方案通過在巴南廣高速公路達成鐵路跨線橋上成功應用，證明該方案技術可靠，經濟效益、社會效益顯著，對同類工程的施工具有一定的借鑒作用。

2 工程概況

達成鐵路跨線橋位于巴南廣高速公路南充段，于K118+380處跨越達成鐵路。達成鐵路連接達州至成都，全長334公里，為國家Ⅰ級干線，被譽為西南第一鐵，1997年12月投入運營，2009年7月完成復線建設并投入使用，時速由以前的80公里提高到200公里，現有和諧號列車運營。

達成鐵路跨線橋按左、右幅進行設計，其上部結構為18+32+18 m三孔預應力混凝土連續箱梁，橋軸線與鐵路股道中心線交角為108°，交叉點位于達成鐵路下行線K54+100、上行線K53+550處。跨線橋左右幅采用錯孔布置，左右幅全長均為75 m。橋梁全寬28.5 m，每幅橋全寬14.1 m，兩幅之間為0.3 m的分隔帶。下部結構采用柱式墩、柱式臺，樁基礎。橋型總體布置見圖1。

圖1 橋型總體布置圖（單位：cm）

連續箱梁高2.2 m，采用單箱雙室結構，懸臂長2.25 m，懸臂板端部厚度0.18 m，根部厚度0.5 m，箱梁頂板厚度0.28 m，底板厚度0.35 m，腹板厚度0.45~0.85 m。半幅橋箱梁全長68 m，重23 751 kN，每延米重349.28 kN/m。連續箱梁橫斷面見圖2。

圖2 連續箱梁橫斷面圖（單位：cm）

3 施工方案比選

頂推法施工按頂推動力裝置的大小、數量以及布置形式分為單點或多點頂推。單點頂推是將噸位較大的頂推動力裝置集中布置在一個墩（臺）上，其余墩、臺只設置滑動支承。多點頂推是將噸位較小的頂推動力裝置分別布置在多個墩、臺上，將頂推力分散到各墩、臺上。

頂推法施工按頂推動力裝置的類別又可以分為步距式和連續式頂推。步距式由水平千斤頂和豎直千斤頂組合而成，頂推時先由豎直千斤頂將梁體頂起，再由水平千斤頂頂推豎直千斤頂，使豎直千斤頂帶動梁體向前移動。連續式一般采用串聯穿心式千斤頂、牽引束、拉錨器等裝置實現梁體的連續頂推（拖拉）。

本工程實例對多點、單點及步距式三種頂推方案進行了比選，結果如下所述：

3.1 多點頂推

在0號橋臺、2號橋墩及3號橋臺上各設置2臺小噸位自動連續千斤頂。優點是千斤頂噸位較小，同時利用千斤頂傳遞給墩、臺的向后水平反力來平衡梁體在墩、臺上滑移時因摩阻力對墩、臺產生的向前水平推力，這也是國內一般的頂推橋施工大多采用多點頂推的原因之一。但由于本工程上跨既有線，其缺點在于牽引束跨越既有線高壓接觸網非常困難，且在既有線高壓接觸網之上布設牽引束，不論是對梁體的頂推作業還是既有線的正常運行，都存在很大的安全風險。

3.2 單點頂推

本工程箱梁預制場布置在0號橋臺后的路基上，故在靠近箱梁預制場的0號臺上設置2臺ZLD350型自動連續千斤頂。其優點是牽引束避免了跨越既有線高壓接觸網，對頂推施工和既有線行車安全有利。但缺點是頂推力集中于0號臺，同時由于各墩、臺沒有水平千斤頂傳遞的向后水平反力來平衡梁體滑移時在墩、臺上產生的摩阻力，因此各墩、臺所受的水平推力較大，不利于橋梁結構的安全。

3.3 步距式頂推

步距式頂推其優點是所用頂推設備簡單，省去了牽引束、拉錨器、反力架等頂推裝置，對既有線的影響最小。但缺點是頂推速度較慢，無法滿足鐵路部門規定的Ⅱ級施工在115 min內將鋼導梁從1號墩頂推至2號墩（頂推距離32 m）的要求。

3.4 比選結果

從以上頂推施工方案的對比中可以看出，要克服多點頂推和步距式頂推的缺點是非常困難的，因此在初步計算連續箱梁所需頂推力、單個墩、臺所能承受的最大水平推力、梁體對單點與多點拉力的敏感程度，并結合本工程現場條件、設計要求和頂推設備現狀的情況下，為避免牽引束布設時跨越既有線，同時為了在鐵路部門規定的時間段內將鋼導梁頂推至2號墩，本橋連續箱梁選用三孔整體預制、單點頂推法施工，即在0號橋臺背后路基上布設預制梁場與預制臺座，在制梁臺座上設連續滑道，同時在制梁臺座上拼裝鋼導梁。在0號臺布置2臺（半幅橋）ZLD350型自動連續頂推千斤頂及2臺液壓泵站，與錨固在箱梁尾部后錨梁（拉錨器）上的鋼絞線組成頂推系統。方案比選結果見表1。

表1 頂推施工方案比選結果

ZLD350型自動連續千斤頂最大頂推速度為18 m/h，可在鐵路部門規定的時間內完成頂推施工作業。

4 頂推施工方案的優化

4.1 頂推系統

連續頂推（俗稱“拖拉式”）通常是將水平連續千斤頂設置在墩、臺上，并與設置在箱梁底板或外腹板兩側的拉錨器通過牽引束的連接組成頂推系統。該方式隨著梁體不斷向前頂推（拖拉），牽引束也將逐漸從千斤頂的前端拉出。鑒于本橋0號臺位于既有線邊坡上，距鐵路上行線約20 m，拉出的牽引束很有可能侵入鐵路限界，因此對頂推系統的設置做了改進，將千斤頂與拉錨器的位置前后互換，即在0號臺放置千斤頂的位置改為前錨固端，而將千斤頂設置在箱梁尾端的后反力架上，經改進后，千斤頂隨箱梁的頂進向前移動，而牽引束從千斤頂的后端退出后留在預制梁場內原地不動，此方式作為頂推法施工更加名副其實（可俗稱“頂進式”），這樣既解決了牽引束的侵線問題，又為牽引束的回收和另外半幅箱梁的再次使用提供了便利。

4.2 對墩、臺的加固措施

由于采用單點頂推，頂推力集中于0號臺，其他墩、臺無水平千斤頂反力來平衡梁體滑移摩阻力，故墩、臺頂部水平推力較大。為保證永久結構的安全，墩、臺需做加固處理，其處理的原則是分析出梁體在整個頂推施工過程中各墩、臺所承受的最大支反力及最大水平推力，在此工況下計算出各墩、臺的內力、墩頂水平位移及墩柱裂縫寬度，根據計算結果制定相應的墩、臺加固措施。

5 頂推施工主要設備介紹

5.1 頂推動力裝置

頂推動力裝置主要由頂推千斤頂、油泵、主控臺及錨固、反力架等組成，在箱梁尾端（半幅橋）共設2臺ZLD350型自動連續千斤頂，可滿足要求。

5.2 鋼絞線牽引束

鋼絞線牽引束是將頂推千斤頂提供的頂推動力傳遞給箱梁的裝置，采用公稱直徑為φ15.2 mm，強度級別為1 860 MPa鋼絞線進行牽引。每臺千斤頂鋼絞線數量為31根。

5.3 鋼導梁

鋼導梁是為了減小頂推過程中梁體懸臂狀態的負彎矩，在梁體前端對應腹板位置設置的變截面工字形實腹鋼板梁。作為梁體在頂推過程中的主要受力結構，鋼導梁在頂推過程中起非常關鍵的作用，它必須有足夠的剛度和連接強度。鋼導梁采用工廠定制，現場拼裝方式。鋼導梁的設計長度為22 m，分三段拼裝設計，采用Q345D鋼材，材料質量應滿足《碳素結構鋼》（GB700-2006）和《低合金高強度結構鋼》（GB/T1591-2008）規范的相關要求。

5.4 滑道系統

滑道系統是實現箱梁順利頂推的關鍵，由制梁臺座滑道和各墩臺滑道組成。制梁臺座滑道包括滑道板、滑塊和蓋板，墩臺滑道包括滑道墊塊、滑道板和滑塊。

（1）制梁臺座滑道。制梁臺座滑道采用連續滑道，在制梁臺座連續滑道墻上滿鋪滑道板、滑塊、蓋板。滑道板由2 146 mm×796 mm×20 mm的Q235鋼板，通過沉頭螺栓外包2 mm厚的不銹鋼板組成。滑塊采用鋼板夾層熱壓橡膠與聚四氟乙烯板在工廠以特殊工藝壓制而成，結構尺寸為600 mm×200 mm×26 mm、600 mm×150 mm×26 mm，其抗壓標準值不低于30 MPa，抗壓設計值10 MPa。蓋板由1 075 mm×820 mm×5 mm、1 075 mm×800 mm×10 mm兩種規格的Q235鋼板焊接而成，作為底模的一部分，為防止箱梁澆筑混凝土時漏漿，蓋板上下板前后錯位10 mm，與底模連接處錯口10 mm，以子母口形式連接。

（2）墩臺滑道。墩臺滑道是箱梁沿頂推方向前進的重要支點滑道，采用型鋼與鋼板組合的結構形式，墩臺滑道與預埋在蓋梁、臺帽頂面上的預埋鋼板進行焊接固定于墩臺上。

5.5 限位及糾偏系統

（1）限位裝置。限位裝置通過精軋螺紋鋼固定在制梁臺座的外側，以限制箱梁尾端的橫向位置，限位器與箱梁接觸處采用軸承，可隨箱梁移動而轉動從而限制箱梁偏移，以滿足頂推施工精度要求。限位裝置可視箱梁的行進交替前移。

（2）糾偏裝置。頂推糾偏分主動糾偏與被動糾偏。主動糾偏利用頂推千斤頂進行糾偏，頂推時，持續觀測，及時糾偏，通過左右兩臺連續千斤頂施加頂推力不同進行糾偏（有紅外線靶子及測量儀器兩種方法觀測）根據不同位置的偏移量采用不同方法進行糾偏，主要觀測箱梁和永久墩的彈性橫向位移。當橋軸線偏移量過大，左右兩臺連續千斤頂施加的頂推力相差太大時，應采用被動糾偏系統進行糾偏，被動糾偏系統由糾偏支架和糾偏楔塊或手動螺旋千斤頂組成。糾偏支架由型鋼和鋼板焊接而成，通過設置在蓋梁側面的預埋鋼板與型鋼反力架焊接，糾偏楔塊由兩塊鋼楔塊組成。

6 結語

本工程采用單點頂推法施工，有以下特點：

（1）現場制梁，工廠化施工，質量容易控制，施工不受場地、地形和行車的影響。

（2）根據跨線橋的特殊性，對一般頂推法工藝做了進一步的改進和創新，對既有線的影響小，確保了鐵路的運營安全。

（3）頂推設備自動化程度高，施工進度快，梁體在頂推過程中速度快、運行平穩、安全可靠，完全能滿足鐵路部門對施工時間的要求。

（4）采用墩臺加固措施，提高了橋墩的剛度，在頂推過程中極少出現“爬行”現象，保證了橋梁結構的安全。

綜上所述，本橋在不影響既有線正常運營的情況下，克服了跨線橋頂推施工時間短、安全要求高等諸多不利因素的影響，順利地將預應力混凝土連續箱梁頂推跨越達成鐵路，為跨線橋上部結構頂推施工積累了一些成功的經驗，對今后的類似工程具有一定的參考價值。