鋼箱梁步履式頂推法施工關鍵技術研究

摘要 頂推法是大型橋梁鋼箱梁施工常用的施工技術，步履式頂推法相比于傳統的拖拉法頂推施工，能更好地展現出對臨時墩的控制，實現鋼箱梁的頂升、平移、橫向調整等多方向移動為一體，施工中軸向和豎向位移調整更加簡單便捷，具有顯著優勢。該文依托實際工程，研究步履式頂推法在鋼箱梁施工過程中的應用特點和關鍵技術，結合步履式頂推法基本理論，從頂推平臺設計、頂推設備選擇安裝、滑道布置以及施工控制等關鍵技術進行分析，旨在通過該文的研究能夠為同類工程科學合理選擇步履式頂推法施工提供指導和借鑒。

關鍵詞 步履式頂推法；鋼箱梁；關鍵技術

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0053-03

0 引言

在我國橋梁建設的過程中對鋼箱梁進行頂推施工時，多采用拖拉法。隨著多年以來拖拉法頂推施工的廣泛應用，逐步衍生出了多種頂推施工工藝，如導梁拖拉法、縱向連接拖拉法，此類拖拉法頂推法應用于傳統的橋梁施工，對于解決施工器械不發達、施工環境復雜條件下的橋梁建設難題，發揮了重要作用。采用頂推法進行施工的過程中，最大的技術難點在于要克服鋼箱梁移動過程中的自身重力所產生的巨大摩擦阻力。頂推法在應用早期，大多應用于小型橋梁建設，隨著頂推法施工技術難點的不斷攻克，通過對工程實踐經驗的不斷積累和總結，頂推法施工逐漸應用于大跨徑橋梁建設過程中。例如2003年的墨西哥Chiapas橋、2004年的法國Millou大橋，都是頂推法應用于大跨徑橋梁建設過程中的較早案例，在這些橋梁建設的過程中，借助于輔助結構和輔助施工，使頂推法的頂推長度超過了1 000 m，而克服的自身重力帶來的摩擦力超過了980 kN。

近年來，隨著計算機技術在工程設計和模型計算中的廣泛應用，頂推法在鋼箱梁建設過程中更能實現精準計算，在此基礎上，進而實現對施工過程的全程控制，使得建設進度和建設效率得到顯著提高。同時在傳統的拖拉法頂推施工基礎之上衍生出的步履式頂推施工，能夠更好地適應特殊條件下的鋼箱梁建設。該研究依托的案例橋梁工程全長為1400 m，橋梁跨徑大，鋼箱梁自身重量大，在進行鋼箱梁施工時采用自平衡步履式頂推法進行施工，以改善傳統拖拉法頂推施工時面臨的施工成本高、速度慢及精度差的缺陷。

1 步履式頂推施工概述

步履式頂推施工是對傳統拖拉法頂推施工進行改進研究之后，為滿足橋梁大規模高速建設的需求，研究出的一種機械化程度更高、投入成本更低、頂推施工控制精確度更強的一種施工工藝[1]。相較于傳統的頂推方法，步履式頂推施工可采用縱橫控向與計算機控制系統的充分結合，保障各設備在施工和控制過程中具有同步性，使鋼箱梁在頂推施工時能夠獲得高的控制精度。頂推施工面臨的重大問題就是鋼箱梁自身重量帶來的較大摩擦阻力，而采用步履式頂層施工可將滑動面從主梁底部轉移至頂推滑塊底部，使得摩擦阻力僅存在于頂推設備內部[2]，設計的臨時墩在水平方向不會受阻力影響，進而保障了鋼箱梁頂推過程中實現了自平衡。

2 工程概況

該工程位于湖北省境內，設計為雙向6車道，行車速度為80 km/h，設計荷載為公路為I級，人群荷載為3.5 kN/m2。縱坡設計為2.2%，橋面橫坡設計為2.0%。地震烈度設計為6度，該區域的平均最大風速為39 m/s。橋梁建設于平原江灣處，建設區域地勢平坦，水域標高為-2.74～4.45 m，地面標高為3.9～10.4 m。

橋梁總長為1 400 m，其中主橋為345 m，南北方向的引水橋長為1400 m，其中主橋為345 m，南北方向的引橋長為1014 m，橋梁采用三跨連續半漂浮自錨式懸索橋，橋跨為“77.8 m+188 m+77.8 m”，為2.5×50.68 m的T形梁結構。橋梁箱梁總寬度為12.75 m，在橋梁縱向設置有2道中腹板+2道邊腹板。按照橋梁基本結構將鋼箱梁設計為38個節段，包括8個類型，標準節段28個。各節段中最大節段重量為250.396 t，標準階段的最大重量為157.746 t。

3 鋼箱梁步履式頂推法施工流程

將整幅步履式多點連續頂推法應用于依托工程鋼箱梁的施工，所需大臨結構主要有頂推平臺、臨時墩、滑道、鋼導梁、鋼墊梁等設施，頂推設備主要為步履式頂推系統。施工時主梁受頂推力作用向前移動，邊拼裝邊頂推，從而加快施工效率。頂推時時刻保持正確線形，并全程進行線形和受力監測，確保頂推施工無誤，同時不損壞主梁梁體。多點自平衡步履式頂推法為連續式頂推，并在多個局部設有頂推點，保證了頂推的效率與質量。

3.1 基本思路

該工程橋梁在施工過程中采用步履式頂推法施工，采用整幅步履式多點連續頂推法的施工工藝，結合施工實際情況主要結構包括頂推平臺臨時墩、滑道、鋼導梁等基礎設施，所需頂推設備為步履式頂推系統。在施工過程中鋼箱梁受到推力作用逐漸向前移動，然后對鋼箱梁進行邊安裝邊頂推，進而保障頂推的施工效率[3]。整個施工過程采用連續頂推方式，結合鋼箱梁受力情況設計多個局部頂推點。

3.2 具體流程

第1步：結合橋梁跨距，于橋梁中跨部位設置3個臨時墩，于橋梁北側邊跨設置1個臨時墩，各臨時墩之間的間距為47 m。

第2步：結合已經建設好的臨時墩和桁吊安裝頂推設備，并布置組拼平臺。對整個頂推系統設置同步控制體系，完成了頂推設備安裝和控制系統施工之后，需要對提梁桁吊進行荷載試驗，對頂推設備進行試運行，以確保各設備能夠達到設計要求[4]。

第3步：在頂推平臺上安裝步履頂推設備，然后安裝橋梁分節段及鋼導梁。

第4步：對上一梁段進行運輸、吊裝和焊接，使各梁段與鋼導梁焊接成一個整體。

第5步：開始第1輪頂推施工，通過頂推系統和組拼平臺對鋼箱梁進行整體頂推平移，使第7、第8梁段和鋼導梁得到前移，并預留出第6、第5、第4橋梁段的拼裝空間，依次完成梁段的運輸、吊裝和焊接。然后按上述方法進行重復，直到第3、第2、第1各梁段完全吊裝平移拼裝完成。

在全橋進行頂推施工過程中，按橋梁所設計的38個節段分為13個輪次進行施工，在各輪次施工時可結合實際情況進行及時糾偏，及時對標高進行調整。于橋梁頂推作業結束之后隨頂推進度逐漸拆除鋼導梁。

4 步履式頂推施工關鍵技術

4.1 頂推平臺的荷載分析

在該橋梁工程中，按照墩的編號，頂推平臺布置于兩墩之間，平臺承重采用鋼管支架，平臺的外形尺寸設計寬度為20 m，縱向長度為36 m，然后在前端設計臨時墩[5]。頂推平臺搭建過程中主要采用Q235和Q345的鋼管和型鋼，按照《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》，掛籃設計時鋼材容許應力按規定的1.3倍取值，兩者的容許剪切應力分別為[τ]=85×1.3=110.5 MPa和[τ]=120×1.3=156 MPa，而容許的彎曲應力分別為[σ]=145×1.3=188.5 MPa和[σ]=210×1.3=273 MPa，容許的軸向應力分別為[σ]=140×1.3=182 MPa和[σ]=200×1.3=260 MPa[6]。

該工程施工區域所處地理位置會受到橫橋向風速的影響，施工過程中需考慮頂推平臺在不利工況下的荷載組合，在鋼箱梁頂推施工時，其荷載組合主要來自頂推平臺自身重量以及鋼箱梁荷載和鋼箱梁在縱向移動過程中產生的水平摩擦力，還包括橫向的風力荷載以及水流荷載。

此外在頂推施工完成之后對T梁進行運輸時，所產生的荷載在上述基礎之上去除了縱向移動過程中的水平摩擦阻力，但是需要考慮T梁自重荷載。而非工作狀態下的荷載則沒有鋼箱梁縱向移動產生的水平摩擦阻力和T梁自重荷載影響，因此遠低于前兩種情況的荷載，可以不考慮[7]。

在工程設計過程中，通過Midas Civil結構軟件進行頂推平臺的模型建立，考慮鋼箱梁自身荷載、頂推時的水平荷載分布，T梁運輸過程中的荷載以及橫向風和水流引起的荷載情況，計算出鋼箱梁頂推平臺整體組合應力結果[8]，最大應力為181.32 MPa。

4.2 頂推設備選擇和安裝

結合工程實際情況，其頂推設備安裝于臨時墩和24#、25#墩主塔橫梁，全橋設計有7個頂推點，在各頂推點分別設計兩個橫斷面的頂推設備。在頂推設備和鋼箱梁接觸過程中，其面積為2.2 m×0.7 m，如圖1所示。

在進行頂推設備安裝的過程中，需考慮頂推設備的功能完整性，同時為有效降低頂推過程中其他阻力和荷載的影響，且不能對鋼箱梁梁體造成破壞，該項目設計頂推作用點位于主梁上[9]。經計算，在進行設備選擇過程中，在水平頂推油缸選型方面，選擇承載能力為160 t、行程350 mm的雙出頭液壓油缸，在頂升油缸方面選擇設計值為180 t、行程300 mm的油缸，共4臺。在導向結構方面選擇承載能力為40 t、行程為55 mm的側向限位油缸。

4.3 頂推操作

在進行鋼箱梁頂推的過程中，其頂推操作技術是整個工程施工過程中的關鍵技術，主要在于須準確把握頂推設備性能參數和鋼箱梁頂推工藝技術，且須結合計算機的模擬數值實時進行頂推控制調整[10]。且在施工過程中要同步頂升、同步前進、同步下降，以確保頂推操作的穩定性和鋼梁前移位置的準確性。還須隨時結合對向量前移結果進行測量，以及時對頂推工藝和技術操作進行糾偏。該工程頂升、前進示意如圖2所示：

5 結論

鋼箱梁步履式頂推施工相對于傳統的托拉法頂推和其他施工方法，具有一定的應用優勢。該研究以1 400 m長的大跨度橋梁建設鋼梁步履式頂推施工為例，基于步履式頂推施工的基本特點總結了鋼箱梁步履式頂推施工的基本思路和具體流程，著重分析了鋼箱梁步履式頂推施工的關鍵技術。首先在步履式頂推施工時，在頂推平臺設計時應充分考慮平臺荷載，包括鋼箱梁自身重量荷載、鋼箱梁平移時產生的摩擦阻力荷載，以及提梁運輸時的自身荷載和外界風力及水流產生的影響。其次，在頂推設備選擇和安裝時，應充分結合頂推過程中來自橫向和縱向以及前進方向的受力荷載情況科學選擇頂推設備，滿足頂推需求。還需考慮頂推過程中鋼箱梁前進的整體性以及頂推控制的精確性，合理進行各階段的頂推設備布置。再次是在滑道布置過程中，應結合頂推過程中的受力荷載和摩擦力影響合理設計。最后在頂推操作的過程中應采用同步提升、同步前移、同步下降、同步后退的工藝方法進行施工，隨時結合鋼箱梁位置進行檢測以及時糾偏。

參考文獻

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收稿日期：2024-01-29

作者簡介：畢武（1988—）男，本科，工程師，研究方向：隧道橋梁施工技術。