跨江鋼箱梁頂推施工過程安全管理方法

摘 要：跨江鋼箱梁頂推施工技術在國內較為成熟，但安全管理措施并不完善，致使施工質量得不到提高。基于此，以某大跨鋼箱梁橋工程為例，采用梁前端撓度和主梁前端撓度為分析數值，得出彎矩弧度與應力變化對頂推施工的影響。分析對比兩組主梁導聯梁截面應力為20 m、30 m，進行全面的周期監測，科學分析計算結果，保留實測值。實驗結果：主梁的20 m、30 m和68 m位置截面是頂推施工的核心管控截面。觀測主梁及導梁應力變化情況，能有效提高橋梁頂推施工的質量。

關鍵詞：大跨鋼箱梁橋；頂推法；施工安全；控制措施

中圖分類號：U448.213" " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）02-0041-03

0 引言

在大型鋼箱梁橋的建設中，頂推施工技術被廣泛應用，通過在橋梁全長設置預制場，逐段完成梁體的集成，以其高效便捷和縮短工期的優勢占據主導。然而，橋梁主體和導梁的動態響應，包括撓度、應力分布以及彎矩變異，對施工過程中的安全性至關重要。為了確保施工的質量、安全與進度并行推進，精確掌握這些影響因素顯得尤為關鍵。

基于此，本研究以某工程項目為例，對先進的MidasCivil有限元模型進行了合理化的使用。在頂推施工時，針對鋼箱梁施工安全影響因素和結構力學特性進行了透徹的分析。通過對這些參數的動態分析，實施實時監控，并在此基礎上提出了針對性的應力管理和變形控制策略。這一系列工作旨在為大跨度鋼箱梁橋的施工安全提供堅實的科學和技術支持。

1 工程概況

本次研究以某大型鋼箱梁橋建設項目為研究對象，主橋采用梁拱組合橋方案，梁拱之間采用網格吊桿連接，主橋跨度布置為（100+180+100）m。主拱設計為坦拱，主跨主拱矢高24.5m，矢跨比為1/7.3，邊跨主拱矢高11.5 m，矢跨比為1/8.7，非合理拱軸線，主橋為強梁弱拱結構，鋼箱梁為變高連續梁。

主橋平面位于直線上，整幅布置，標準橋寬為42 m，在中支點處設置觀景平臺，局部加寬至52 m。主體結構選用Q345qD型及Q420qD型鋼材，但因其對環境溫度敏感，對施工工藝提出了特定要求。

橋梁建造過程中，采用了多點同步頂推技術進行施工，這種技術對施工設備的協調性和精確度有著高要求。每個主墩處都設置了臨時支撐墊塊，并在兩側設置了臨時支撐結構，這些臨時支撐上安裝了包括縱向和橫向千斤頂在內的頂推設備。

橋梁承受的頂推質量巨大，總計約9 000 t。頂推施工的距離也相當可觀，總長度約為493.08 m，且考慮到跨徑問題，最大懸臂的實際長度接近55 m，遠超設計的最大頂推跨徑61 m。導梁的實際長度為30 m，僅為最大頂推跨徑的約50%。尤其在鋼箱梁底部，由于支承反力集中，局部可能會出現受壓的情況。因此，實施精確的頂推施工控制策略至關重要，以確保整個施工過程的安全順利進行。

2 鋼箱梁頂推

2.1 導向裝置

鑒于兩臺履帶機的最大間距達到了43 m，導向裝置的長度被設定為32 m，分為3個11 m的節段，橫向配置了2根。導向梁由焊接到一起的工字型鋼板構建，中心部分通過鋼管桁架連接，總質量為68.05 t。

2.2 臨時支撐墩

所有支撐墩的立柱都采用Φ1 000 mm×12 mm規格，立柱間以Φ426 mm×6 mm的鋼管整合。墩頂的橫向使用HM588雙拼結構作為荷載分散梁，縱向則采用HN800×300的四拼結構作為此功能。支撐墩上設置了荷載分散梁、600 t的步進式千斤頂、墊塊以及橫向調節梁。步進式頂推裝置在4個角落布置，荷載分散梁將墩頂受到的壓力均勻傳遞到下部混凝土基礎上，墊塊用于在頂推過程中調整墩頂高度和落梁作業。這種步進式頂推系統能實現鋼梁的步履式平移推進。

2.3 頂推施工程序

本次施工采取步履式頂推方法，應用多點整體頂推技術。先在組裝場組裝鋼箱梁，隨后進行雙向頂推合攏，直至完成整個頂推工程。

2.4 下落操作

在安裝好支座后，啟動線性調整和下落程序。頂推設備下降以后，在兩側臨時墊梁上放置鋼箱梁，對頂推設備上層超平鋼板進行移除。設備升起，移除墊梁上的墊塊。重復此過程，直到鋼箱梁完全落在永久支座上，整個落梁任務即告完成。

3 有限元模型的構建

在對MidasCivil有限元模型進行創建的過程中，需要對大跨鋼箱梁橋頂推施工難點和施工流程做到高效的掌握，科學規劃施工段。

以橋梁實際施工建設情況為依托來完成相關的計算工作，并對施工現場使用的各類設備的頂推能力給予合理化的使用。以頂推施工過程中的計算精度、力學特征和結構形式等為依托，使用MidasCivil有限元模型來對鋼導梁、支撐體系和鋼箱梁等結構的頂推施工進行模擬[1]。

在整個模型里，針對鋼箱梁的鋼材類型開展了全面的分析工作，在施加橫隔板的荷載時，需要以節點為核心來完成相關的操作。

4 頂推安全風險控制措施

4.1 設置鋼箱梁加勁板

在履帶推力操作中，因承受壓力過重，可能導致履帶機核心板穩定性下降。因此，考慮在履帶機上方對應的鋼梁框架內側或支架兩側增設橫向加強肋，并使其在支架兩側錯開布設。

依據鋼梁結構特性和規定標準，選用的加強肋是梯形截面，厚度為16 mm，上寬200 mm，下寬300 mm，高度500 mm。鑒于滑動箱的長度為860 mm，加強肋間的間距應設定為300 mm。這些鋼板間的T型接口全部采用焊接工藝，焊縫深度不得少于8 mm，確保焊接質量完整，無裂紋或咬邊缺陷。

4.2 設置鋼管柱加勁肋

針對鋼管支柱的強化設計，立柱頂部承載著主要的負載，因此在支柱頂端內嵌入加固腹板至關重要。腹板需緊密配合上部法蘭并與縱梁中心腹板對齊，以增強局部抗壓能力。

在制造過程中，先將腹板與法蘭焊接，確保接觸面光滑，以保證法蘭表面平整。然后將腹板嵌入鋼管立柱，再將腹板與立柱壁進行焊接連接。

4.3 措施頂推同步控制

頂推過程中的同步管理措施，關鍵在于多點同步操作的協調。通過精確的控制系統，提升行程傳感器實時反饋各液壓缸的工作狀態。系統據此調整比例閥，控制油缸的升降和回收速度，確保同步推進、頂升和降梁動作的無縫銜接，以此反復，直至鋼箱梁順利到達預定位置。

4.4 措施頂推線形控制

頂推過程中的線性控制策略同樣重要。在鋼箱梁頂推施工期間，嚴格監控其線性變化。水平方向的線性調整依賴于橫向油缸，垂直方向則由頂推設備中的豎向千斤頂執行。為了保持鋼箱梁直線性，預設的弧度需符合設計規格。各節段在胎架上預先設定適當預拱度，一端沿基準線縱向組裝，另一端則根據對準進行切割。

在安裝和頂推過程中，實施持續監控，如有偏差，需要使用校正裝置調整箱梁的橫向位置。對比實際測得的試塊應力與計算值，以確保施工過程中應力在安全范圍內，防止潛在問題的發生。

4.5 頂推施工監測及控制

大跨鋼箱梁橋的頂推建造監控與管理需在前期規劃階段設定清晰，施工安全管控目標、預警界限和許可范圍。以工程項目施工建設的特點和施工環境為依據，做好預警標準的設置工作，綜合分析工程項目施工建設的歷史數據信息，借助轉換系數和允許范圍來完成相關的設置工作。

在大跨鋼箱梁施工建設時，施工過程中出現的微調和施工管理工作是核心管控要點。如果最終獲得監控數據信息比較預警值大，要第一時間告知承包商，施工管理者也要積極開展預警響應計劃的制定工作，做好相關內容的管控工作，使得安全風險系數被控制到最低，為頂推施工作業的平穩運行做好充分的準備工作。如果檢測所得數據信息比許可值大，要將各項工作全部停止，找到出現問題的癥結，在今后施工中，使用高效的措施予以處理。

積極開展施工響應工作，顯著提升施工記錄信息的完整性和信息反饋的及時性，確保橋梁結構更加的可靠、安全。頂推施工安全控制目標如表1所示。頂推施工控制主要通過調整滑梁標高、橫向側移等結構線形，從而保證橋梁結構應力、線形滿足技術要求[2]。

4.5.1 應力管理

在橋梁工程項目頂推施工時，要采用切實可行的措施來全過程管控導梁和主梁等核心施工位置。通過嚴格的施工控制策略和步驟，實時監控并調控整個施工進程，并比較了實際測量和計算得出的頂板和底板應力值。現場管理團隊迅速響應，確保了主梁的實際應力數據與計算結果高度吻合，誤差符合表1的規定標準。由此可以確認，此次頂推施工期間，大跨度鋼箱梁橋的結構承載能力得到了充分保障，確保了其受力安全。

4.5.2 形變管控

在頂推施工時，對主梁和導梁前端的撓度變化情況高度重視。橋梁結構的穩定性受撓度大小的直接影響，如果撓度過大，不僅會影響橋梁結構的安全性，還會給工程項目的施工進度帶來一定的負面影響。

在頂推施工完成以后，要及時開展撓度的整合工作。在最大懸臂狀態，鋼箱梁橋的結構撓度最大值為210 mm，與模擬計算值間有一定的差別，其主要原因為環境溫度變換和結構拼接誤差[3]。對照表1中的限制值進行評估后，確認該橋在頂推施工過程中的撓度參數符合安全施工的技術規范。

5 頂推施工中存在的安全風險及控制措施

5.1 梁體失穩

鋼箱梁的頂推施工中，梁體失穩是一種比較常見的情況，原因是梁體質量大，而且在頂推過程中會受到各種外力的影響。這時需要采取以下的控制措施：①增加固定支撐。在頂推的過程中，應該設置多個固定支撐，以保證梁體的穩定性。②加強現場管控。在現場施工過程中，應該對所有的工人進行培訓，增加工人的安全意識，減少安全隱患的出現。

5.2 墩身移位

安裝鋼箱梁的時候，墩子的質量和位置保持穩定是保障施工安全穩定的重要因素，如果發生墩子移位現象，將會對梁體施工產生不良影響。為此，需要采取以下的控制措施：①加強墩子支架。在頂推過程中，墩子下方應該設置多個支架，保證墩子不會發生移位的情況。②定期加固并檢測。對于有墩子移位隱患的項目，需要定期進行墩子加固和檢測，確保施工過程中的穩定性。③增加固定支撐。在頂推的過程中，增加了多個固定支撐，以保證施工過程的穩定性。④加強現場管控。在現場施工過程中，增加了工人的安全培訓，增強了工人的安全意識。⑤提前預警。采用現代監測技術，對施工過程中出現的異常情況進行提前預警，及時采取應對措施。

6 結束語

鋼箱梁頂推施工能夠得到廣泛應用，主要是基于該施工方法的便利性，采用頂推法施工所需設備相對輕便，無需依賴大型吊運設備，頂推施工設備尺寸相對較小，尤其適合不利于大型吊裝設備進入的淺水和深谷的施工現場。頂推法對周圍環境影響小，對通車和通航無影響，受周圍環境的影響也小，便于標準化管理。鋼箱梁頂推施工應注意自身加勁板布置、臨時支撐加勁肋布置、頂推同步性、頂推線形等安全風險因素的控制。

鋼箱梁頂推作業施工，準備工作是關鍵，只有做好了相應的施工前準備，對臨時支護設施做好相應的驗算，保證整個體系安全穩固，才能保證頂推過程連續、安全的實施，頂推過程中全員協調管理，操作作業一致統一指揮才能確保頂推施工無誤，以提高鋼箱梁頂推施工的整體質量。綜合分析頂推施工中的應力與形變監控，根據預設的調控路徑和目標進行操作，確保了這座大跨度鋼箱梁橋施工的順利進行和安全穩定性。

參考文獻

[1] 賴欽亮.汕頭市濠江區某下承式鋼箱提籃拱橋頂推施工安全與控制分析[J].工程技術研究，2022（5）：19-21.

[2] 楊煒.橋梁頂推技術在無錫市江海西路中的應用[J].城市道橋與防洪，2020（12）：39-41.

[3] 王金良，陳士通，陳樹禮，等.軸線偏移對多跨鋼桁梁頂推施工應力影響分析[J].鐵道標準設計，2020（11）：86-90.