過街天橋施工技術研究

王金旭

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

人行過街天橋的建立可以使行人與非機動車不考慮避讓機動車的問題，又可以使機動車減少不必要的減速從而提高了通行效率，是一個雙贏的交通設施設計。周祥乾[1]對人行天橋作為城市公共基礎設施的一部分給予了高度評價，并就某桁架景觀人行天橋的設計進行了總結與分析，供類似工程參考。杜德潤等[2]運用ANSYS 有限元軟件對大跨桁架人行天橋進行了施工過程模擬分析，通過“生死單元”模擬實際施工過程中的結構、邊界和荷載的時變性，反映出結構在施工全過程的力學性能變化的范圍及趨勢，為施工方案的確定提供一定的依據。屈紅偉[3]對張弦梁人行天橋施工監控進行了分析，保證了張弦梁橋成橋運營階段的預拱度、力學性能等各項指標都滿足規范要求，可為后續同類型橋梁的施工監控提供參考和借鑒。戴鵬[4]對復雜環境下人行天橋鋼箱梁的制作及安裝施工技術進行了研究，給出了多種鋼箱梁制作與安裝方案，并通過對比選出了最優方案，取得了良好的施工效果。徐聯松[5]對鋼桁架天橋的設計進行了研究，并采用MIDAS CIVIL 對結構進行了建模計算，確保了設計完全滿足相關規范要求。

1 工程介紹

1.1 項目簡介

該工程天橋全長約為137.7 m，主橋凈寬4.6 m，為五跨連續鋼箱梁橋，主梁高為1.5 m、1.2 m，總重567.04 t。主梁結構箱形鋼梁。鋼箱梁為單箱雙室雙懸臂結構，頂板寬5.0 m，底板寬4.0 m，跨徑為39.5 m+21 m+28.3 m+24.5 m+22 m，總長137.7 m，坡梯道為鋼結構，梯道坡度為1∶2，坡道坡度1∶4，總寬3.2 m，凈寬2.8 m。

人行天橋共分為3 段，其中主跨跨度組合為21 m+28.5 m+24.5 m，箱梁高度為1.2 m，梁寬5 m；北側邊跨跨度為22 m，箱梁高度為1.2 m，梁寬3.2 m；南側邊跨跨度為39.5 m，箱梁高度為1.5 m，梁寬5 m。主跨箱梁截面示意圖如圖1 所示。

圖1 主跨鋼箱梁截面示意圖

1.2 安裝施工方案簡介

本工程現場施工內容主要包含現場吊裝和現場連接2 大部分，根據鋼箱梁的結構形式和現場安裝條件的限制，現場采用搭設臨時支架，通過汽車吊裝節段上支架的方式進行吊裝。其中南側跨段因重量較大且既有河流上方橋梁無法站立吊車，所以采用現場拼裝成一段，然后整體抬吊安裝的方式進行安裝，其余段均為單機吊裝。

吊裝完成后，現場測量人員對節段按照線形進行定位調整，對調整就位的節段完成現場連接和涂裝工作。

1.3 施工重點及控制措施

首先，主跨下側為城市主要通行干道，道路車輛通行量大，緊鄰的廣場為城市主要商圈，人員密集流動性較大，交通導流的壓力也很大。決定在施工現場設置封閉式圍擋進行作業，吊裝作業等需要臨時占路的作業內容安排在晚上11:00 點以后進行，在不同的施工階段采取主輔路分流的方式對行人及車輛進行導行，現場設置專人分別在上行路口設置臨時導行提示牌，并配備專人對車輛進行疏導。

其次，南側跨段為跨既有河流分段，分段長度為43.8 m，吊裝重量為127 t，且既有河流區域無法采用臨時支架法進行安裝，其整跨長度不符合運輸要求，所處河流區域橋面上部承載力不足，無法采用單機吊裝的方式進行。決定廠內采用小分段制作，運輸至施工現場后采用單機吊裝分段組拼，形成整體后采用整體雙機抬吊的方式進行構件安裝工作。雙機抬吊設置專人指揮，以降低抬吊過程中的風險。

2 施工工藝

2.1 支架簡介

臨時支架共4 組，高5 m，由下至上依次為2.5 m*6 m路基箱、1.5 m*1.5 m 標準節支架、400*200 H 型鋼分配梁、300*300 H 型鋼墊梁、Φ219 圓管支撐。支架與路基箱、上側分配梁之間采用調節管調節支架高度，調節管與分配梁鋼采用焊接連接，上方搭直徑219 mm 臨時鋼撐管至下弦桿鋼梁下方。臨時支架安裝采用全站儀進行定位，保證支架不偏心，4 組支架編號分別為ZJ1、ZJ2、ZJ3、ZJ4，支架布置如圖2 所示。

圖2 支架布置圖

支架頂部與下墊梁間滿焊，并加設2 塊100 mm*100 mm*12 mm 的加筋板，并在圓管與型鋼連接處焊接2 塊12 mm 厚的加筋板，用于節點加強，墊梁與墊梁之間滿焊，以上均為角焊縫，焊腳尺寸不小于6 mm；支架底部與路基箱采用焊接連接，并在每個支腿焊接4塊100 mm*100 mm*12 mm 的加筋板，以上均為角焊縫，焊腳尺寸不小于6 mm。

2.2 不利吊裝工況分析

吊裝施工采用汽車吊裝的方式，根據現場施工條件和鋼箱梁的分段方式，天橋吊裝施工過程可分為3部分，分別為南側跨段、主路跨段、北側跨段。現將最不利于施工的情況進行分析。

2.2.1 單段最重吊裝工況

考慮單段吊裝最大重量時，最大吊裝段為主路跨段的第二分段，記為2GL-2，其吊裝重量為73.751 t，吊裝高度約為6 m，根據吊裝設備計算可知，2GL-2 單段吊裝情況下分析時（含現場卸車工況），最大作業半徑為9 m，桿長為15.3 m。

2.2.2 單段最大半徑吊裝工況

考慮單段吊裝最大半徑時，最大吊裝段為南側跨段的第二分段，記為1GL-2，其吊裝半徑為22 m，該分段的重量為32.783 t，造成其吊裝半徑最大的主要原因為該跨段上側無法站立吊車，只能在既有河流兩岸進行吊裝。

2.2.3 南側跨段吊裝特殊工況

考慮南側跨段由于既有河流區域上方無法站位，需要將該跨段在施工現場先拼裝成整體，之后再進行吊裝作業，將該跨段記為1GL。1GL 組成整體梁段后，重量為127.68 t，為本項目最重吊裝重量，采用雙機抬吊的方式進行安裝，最大作業半徑為12 m，雙機抬吊考慮0.8 倍的不平衡系數。

3 支架施工模擬

3.1 建立模型

采用MIDAS CIVIL 有限元分析軟件對該項目支架結構進行驗算，支架所有構件均采用梁單元來模擬，支架底部與基礎進行剛性連接，支架頂部與墊梁、墊梁與墊梁之間采用一般彈性支撐里的剛性連接。荷載分為恒荷載與活荷載，其中，恒荷載包括橋梁荷載、支架結構自重、縱向墊梁以及橫向分配梁的自重。活荷載按橋面施工活荷載1.5 kN/m2進行計算，另外考慮風荷載施加到支架兩側。在進行模擬計算時，荷載工況為1.5*橋梁荷載+1.2*支架自重+1.4*活荷載+0.85*風荷載。

各構件具體型號及材質詳情如下：斜腹桿和直腹桿鋼材材質為Q235B，主桿與墊梁為Q345B，梁結構面的橫、縱步距均為1 500 mm，所采用管材截面型式為主柱管Φ140*8，直腹桿Φ63.5*5，斜腹桿Φ70*6；上下短管采用與立柱管管材一致Φ140*8，墊梁分為2 層，由下至上依次為HW300*300*12*12型鋼、HW400*200*8*13型鋼。

根據天橋箱梁的分段重量情況，計算出的各支架承受鋼箱梁荷載見表1。

表1 鋼箱梁荷載分布表

由表1 可知，在支架形式完全相同的情況下，ZJ3承受的節點荷載最大，大小為64.3 t，因此對其進行受力分析。

3.2 模擬結果與分析

考慮到施工順序問題，將支架施工主要分為2 種工況進行模擬計算：工況一為安裝一側鋼箱梁時支架的受力及變形分析；工況二為兩側均吊裝完畢后支架的受力及變形分析。

通過施工模擬可以得出，在工況一的施工工況下，墊梁的最大應力值為σ=54.9 MPa≤[σ]=310 MPa，最大豎向位移u=1.3 mm≤[u]=10 mm；支架結構的最大應力值為σ=75.1 MPa≤[σ]=310 MPa，最大豎向位移u=1.0 mm≤[u]=10 mm。部分云圖如圖3 所示。

圖3 工況一下的最大應力與豎向位移云圖

通過施工模擬可以得出，在工況二的施工工況下，墊梁的最大應力值為σ=72.4 MPa≤[σ]=310 MPa，最大豎向位移u=1.5 mm≤[u]=10 mm；支架結構的最大應力值為σ=101.3MPa≤[σ]=310MPa，最大豎向位移u=1.4mm≤[u]=10 mm。部分云圖如圖4 所示。

圖4 工況二下的最大應力與豎向位移云圖

通過以上模擬可以得出，在最危險工況下的支架受力及變形施工模擬中，應力及豎向位移均符合相關規范要求，可以保障施工安全。

4 結束語

過街人行天橋已經成為了一種十分成熟的城市基礎交通設施，各位學者從其設計、加工、施工等各個方面都進行了詳盡的研究。該項目結合前人研究對過街天橋的施工過程又進行了分析，具有一定的參考價值和借鑒意義，分析主要得到以下結論：①人行過街天橋一般建設在城市繁華地帶，應做好施工防護及導流等安全施工措施；②根據施工現場條件及天橋構造特點，制定適合本項目的施工方案；③對臨時設施進行一定的受力及變形計算，確保施工過程安全可靠。