鋼結構橋梁安裝頂推工藝施工探討

梅鴻飛

（中鐵長安重工有限公司，陜西 西安 710032）

0 引言

目前，頂推施工技術已經發展成熟，成為橋梁建設的關鍵技術。此技術在1974年，首次被我國采用［1］。當時在迪克河上修建一座鐵路橋，采用此技術建成的鐵路橋建設質量獲得了認可［2］。在此鋼結構橋梁頂推施工過程中，從傳統的升降滑梯改為現代千斤頂和階梯上升，滑面從鋼板改為玻璃板。此方法建造橋梁的好處之一是階梯上升的方法可以克服地形，特別是山谷、大河、湖泊、海洋的限制。在橋頭工地進行澆筑和組裝工作［3］，并以角度作為長推，然后梁體依靠滑塊和旋轉路徑向前推動。總的來說，導梁形狀的合理選擇可以減少對主梁結構的內應力作用。在施工期間，可以使用臨時結構［4］，例如外部橋梁、住宅電纜結構或后部圍欄。

1 相關理論基礎

1.1 頂推法的概念

頂推法是借助臨時滑道推動橫梁使其平行移動的施工方法。這種工作方法的好處是，臨時滑道可以減少摩擦［5］，橫梁不能在并行過程中產生沖擊力，從而使梁的位置更合適。鋼結構的施工操作很關鍵，需要注重受力平衡，可根據施工點數量來選擇合適的安裝方法，最大限度地確保施工安全［6］。

1.2 頂推法的施工方法

頂推法在具體使用的過程中，會使用到千斤頂，形成了梁體水平方向上的作用力，膜路和橫梁之間的摩擦力并不是很大［7］，能夠在尋求平衡的過程中，節省時間成本，避免強力沖擊的問題發生，也可以根據設備功率來靈活地使用頂推法。在組裝好的地板或橋柱上放置起重裝置，通過端口和橋臺的反作用力可以很好地控制梁體打滑時產生的摩擦力［8］，因此在頂推連續梁中多點頂推法得到了廣泛使用。

1.3 鋼結構橋梁大跨頂推施工技術

圖1 頂推平臺結構圖（單位：mm）

1.3.1 臨時墩的設置和頂推平臺。施工時需要考慮的因素很多,頂推平臺結構如圖1所示。頂推支點與鋼梁拼裝胎架的結構很特殊，采用分離式結構，可以有效地控制投放鋼材的速度和精度，大大提高施工效率，降低施工誤差。

1.3.2 控制雙邊主梁頂推。

①同步頂推控制技術。多點步履式同步頂推在實際使用過程中，主要對梁頂作業提供工具和技術支持，把油管泵站和設備關聯起來，借助控制器來達到良好的控制效果，同時，借助中央控制器可以有效減少雙邊主梁頂推的誤差［9］。

②組合豎曲線頂推施工控制技術的工作原理以及操作方法如圖2所示。由圖2分析發現，圖2（a）為裝配基線與右側截面鋼梁裝配線的交匯處，為后續鋼梁的拼裝和施工提供了一定的便利條件。圖2（b）是弧線線段鋼梁拼接數量達到預設的數值后，會出現線性交叉，也就意味著兩條裝配基線不再平行，逐漸形成一定的夾角［10］。圖2（c）表明鋼梁在沒有任何調整的情況下被直接推到原始線形，然后立即組裝鐵梁，組裝鐵梁的底座和流水線出現交叉，圖2（d）顯示了之前出現每個短段的高度調整。

圖2 組合線形頂推

③主塔塔身凈寬尺寸不是很大，塔身和頂推鋼梁之間的距離達到5 cm。如果在施工的過程中，位置發生偏移，導致兩者安全間距發生了變化，就會使塔身和鋼梁發生碰撞，在碰撞過程中，產生沖擊力和不規則作用力，進而對鋼結構的穩定性和安全性造成威脅。所以，在具體施工的過程中，必須同時監測推桿軸的偏移，用步履式頂推設備和橫線千斤頂對軸線進行糾偏。

2 工程案例分析及頂推施工技術應用

2.1 工程概況

某橋梁工程主橋為（60+120+60）m,這座橋是按照城市道路的標準建造的。

2.2 工程施工特點分析

本橋梁工程為Ⅱ～（3）級航道，在施工期間，船舶的航行不會受到干擾。施工階段，渠道寬度應大于84 m。主橋是很特殊的鋼混凝土結構，在建造過程中，整個結構并沒有很強的扭轉能力。鋼結構比較脆，剛性不強，工程所處的區域處于陡坡，與地面有16 m的高差，增加了施工的難度，岸頂寬度為50 m，通過地面承載鐵梁，采用單側頂推的方法進行施工。

2.3 應變值的計算

在正常情況下，又已知了結構材料的彈性模量，就可以計算出結構體的應力。

溫度引起的應變值ε溫如式（1）所示。

式中：T為傳感器溫度值，℃；T0為初始溫度值，℃；F為膨脹系數；F0為線膨脹系數。

鋼材的應力σ如式（2）所示。

式中：ε為測量應變值，με；ε溫為應變值，με；E為彈性模量值。

2.4 仿真模擬頂推過程

在頂推施工時，工作區和制造區存在不同類型的力，也會影響施工設備。在進行施工作業時，要確定引梁參數、梁強度等施工參數。在頂推操作的過程中，仿真模擬試驗要落實到位，根據模擬試驗結果，來確定和實際參數值的偏差是否超出安全范圍，及時做出調整，避免施工安全事故的發生。在不同階段，頂推和施工受力有很大的差異，使用Midas Civil軟件創建了13種截面和2種材料，并包含很多不同的單元，為背撐的創建提供支持，借助彈力連接，不斷優化構件之間的有效連接。借助模型模擬，來確定磨損函數的構成參數值，確保頂推施工安全實施，降低變形發生的可能性。表1主要反映的是模型分析的詳情結果。

表1 模型模擬仿真分析數據統計表

2.5 頂推過程的結構計算

基于梁單元的全橋空間有限元模型，結構變形和應力如圖3所示。

2.6 基于頂推施工技術的鋼結構橋梁超重柔性鋼梁應用

2.6.1 鋼結構橋梁的頂推施工流程。頂推施工流程：①工作臺面施工。工作臺面前鋼導梁、上后支撐等應臨時拼裝，在岸邊和河中央做一個臨時支柱。②在推頂操作的過程中，鋼導梁、背撐等部位和臨時措施配合使用，在梁體處完成拼裝，確保各個零件都能夠順利安裝完畢。完成之后，需要把梁體和鐵導梁連接起來。③將鋼制導梁、后支架和梁體一起向前推，在后推工作面上進行梁體零件的組裝。④重復以上三個步驟。⑤推入操作完成后，將梁體推入到位。

圖3 結構變形和應力

2.6.2 施工前期準備。

①頂推施工技術的頂推作業平臺選址。從實際情況來看，現場開闊、平坦，該區域無居住空間，合理地設置推頂工作層運行的各項參數值，選定相應的施工設備和支撐技術，能夠最大限度地確保施工質量。在運輸方式的選擇上，如果是施工材料或者器具類，可以直接使用陸路運輸。施工地的地形比較復雜，地勢高，搭建頂推作業平臺的可能性不大。

②鋼結構橋梁的臨時墩布設。主要設置在彎道位置，項目特點集中體現在：運行速度不快，橋梁和上游彎道的間距不到400 m，橋和路口的間距也在400 m以內。要設置三個臨時端口，占用部分航道水域，想要最大限度地保障項目可以正常運行，就需要合理設置臨時墩的間距，使其控制在合理范圍內，兩個臨時墩的間距至少在90 m以上。

③鋼結構橋梁的頂推設備。頂推施工過程中梁體表面未完全損壞，頂推過程穩定，但是建設成本較高。頂推式設備的優點是總施工成本低，但缺點是頂推施工時難以保證同步，臨時口有較大的水平力。頂推施工過程中，梁體表面破損嚴重，容易蠕變。綜合分析兩類頂推設備的優缺點及工程性質，決定采用步履式頂推設備。

2.6.3 鋼結構橋梁的頂推施工關鍵點。

①施工仿真模擬。在頂推施工的過程中，最大跨度數值達到90 m。施工的難度很大，在施工過程中，可能會遭遇較大的風險。在頂推操作過程中，想要最大限度地降低施工風險，就需要借助仿真模擬的情況，進一步地采取控制措施。本項目在具體運行的過程中，主要利用專業的仿真軟件Midas Civil來完成整個仿真操作過程，確定的材料類型有兩種，還有1 533個單元，對不同構件間的連接進行彈性設置，主梁最大應力數值設置為117 MPa最為合適，撓度的最大數值達到139 mm。在施工過程中，嚴格控制各項參數，固定橡膠接頭，每個組件的黏合是通過改變組件來確定的。

②頂推作業平臺與臨時墩設計。由于該項目是用電動機固定的，所以在主梁段組裝時，本項目采用步履式頂推設備，拼裝主梁節段時，步履式頂推設備處于落空狀態，使組裝好的胎架無負載。推頂操作實施的過程中，能夠借助拼裝，來確定支點剛度，控制在合理范圍內，確保梁體負荷在可承受范圍內。鋼結構的不同部位承受力存在著較大的差異，本項目把頂推作業平臺設計作為重點，設計了拼裝胎架分離結構，具體結構如圖4。

圖4 頂推作業平臺（單位：mm）

在本項目中，由于橋梁的寬度和重量較大，以及河中的三個臨時港口的設計必須考慮梁的自重、水流的沖擊力，在本項目中臨時墩設計如圖5所示。

圖5 臨時墩（單位：mm）

③鋼導梁、背撐。項目主要以雙邊主梁結構為主，結構剛度較小，頂推結構最大長度為90 m。鋼導梁的受拉和梁體的受力在后部加裝臨時框架支架后得到明顯改善。

④鋼結構橋梁的頂推工程控制。本項目中采用的是單向頂推，施工過程為直線段—弧線段—直線段，所以施工難度很大，必須考慮后續施工的效率，針對這一問題，本方案施工采用以下方法：一是起始直線段，如果采用頂推操作，那么就需要確保拼裝平臺和梁體始終維持在平行狀態；二是中間弧線段梁體拼裝末端線和拼裝平臺要相互交叉，逐漸形成夾角；三是要對臨時支點高程進行合理調節，使鋼結構橋梁頂推施工過程中各平臺高度符合工程需要。

3 結語

鋼結構橋梁頂推施工操作的過程中，需要確保推頂平臺結構的合理設置，借助支撐來靈活地調整鋼梁頂推施工方式。在具體施工過程中，需要把頂推跨度控制在合理范圍內，解決頂跨前端位移大等問題，采用后護欄與導梁相結合的方式施工。從而使鋼梁順利頂推穿越混凝土，滿足設計要求，取得良好的施工效果。