湖北楚天联发路桥养护有限公司

近年来,钢箱梁结构工程在公路桥梁、市政高架立交等工程中得到了越来越广泛的应用,比如:江苏省苏通长江大桥、杭州湾跨海大桥、浙江省西堠门大桥都是运用钢箱梁相当成功的宏伟工程。特别是目前现代交通网络化发展,公路网纵横交错,上跨下穿已成常态,钢箱梁已成为上跨公路、铁路、大江大河、市政道路工程中最主要的桥梁结构形式。钢箱梁顶推施工工艺也得到了发展，在云南省某高等级公路建设项目施工,全线有两座桥梁分别上跨安楚高速和楚大高速公路,由于被交的安楚高速、楚大高速是G56杭瑞国家高速公路通往滇西出境的大通道,滇中大动脉,两条公路交通流特别大,无法截断交通流,经过反复对比论证,最终确定采用钢箱梁上跨,并首次在本地区采用钢箱梁顶推施工工艺安装钢箱梁。目前,两座钢箱梁桥梁顶推工程已顺利完工,钢箱梁顶推施工工艺在工程中得到成功运用,不仅是建桥工艺技术的进步和发展,也是立交工程钢箱梁安装工艺的创新,为同类工程的使用和安装积累了经验,也培养和锻炼了一批大型钢桥梁建设的精英人才。

1 钢箱梁结构概述

该路的两座钢箱梁大桥,跨径组合均为(50+60+50)m三跨连续钢箱梁。主梁采用双幅等截面直腹板钢箱连续梁,顶板为正交异性板结构。下部结构墩身采用混凝土现浇结构,桩基采用钻孔灌注桩。钢箱梁底板与顶板平行,顶板设置于桥面同坡。钢箱梁为等截面梁,中心梁高2.4m,梁高与中跨跨径比值为1/25。钢箱梁单幅梁宽15.75m,箱体宽度12.0m。采用单箱5室结构,3个主箱室,箱室宽为3.2m,2个现场拼接箱室,箱室宽12m。顶板采用16mm的厚度。底板在顺桥向不同区段采用了12mm、14mm、16mm、18mm四种不同的板厚。腹板在顺桥向不同区段采用了12mm、16mm两种不同的钢板厚度。箱梁外侧与横隔板对应位置均设置挑臂,挑臂腹板厚12mm,翼缘厚度16mm。

2 钢箱梁顶推施工工艺安装方法

顶推安装顺序:由预先设定的存放场地一侧向另一侧进行。顶推采用后端双点同步顶推的方式,拟整幅钢箱梁分4个顶推循环完成,钢箱梁每顶推前进一个轮次,在钢箱梁支撑墩上设置纵横移调

整装置调整钢箱梁状态,待钢箱梁全部顶推到位后,采用千斤顶落梁的方法将钢箱梁整体调整至设计标高,达到设计要求后安装支座。钢箱梁顶推施工工艺具体安装准备及流程如下：

(1)在预先设定的一侧桥台后平整100m×36m的拼装场地。

(2)在场地前端布置60m钢箱梁拼装胎架。

(3)在拼装胎架上布置滑道,调整滑道标高。

(4)施工各墩临时支墩,其上布置滑移、纠偏和起顶装置。

(5)在拼装胎架上拼装导梁,导梁是为顶推需要而设计的。导梁长度按照需要安装的钢箱梁桥最大跨径确定。

(6)安装顶推系统,控制钢箱梁顶推前移速度在800mm/min左右。

(7)导梁向前顶推,直至胎架上预留出第一轮次拼装钢箱梁长度位置为止。

(8)在导梁尾部拼装第一顶推轮次钢箱梁。

(9)连接钢箱梁与导梁。

(10)向预设置拼装场地的另一侧侧顶推第一轮次钢箱梁,人工喂板实现桥梁墩台处梁底滑板连续。

(11)在顶推过程中利用墩顶和桥台处的纠偏装置,对连续钢箱梁进行横向纠偏。

(12)在胎架上拼装第二轮次钢箱梁。

(13)顶推第二轮次钢箱梁。

(14)导梁不得在高速公路上方悬臂过久,可在公路两侧搭设临时支墩临时支撑。

(15)顶推过程中利用墩顶和桥台处的纠偏装置,对连续钢箱梁进行横向纠偏。

(16)重复拼装顶推钢箱梁,直至导梁达到桥墩位置。

(17)桥梁顶推工程施工过程中利用墩顶处的纠偏装置,对连续钢箱梁进行横向纠偏。

(18)当第一节导梁从边桥墩出来后,拆除第一节导梁。随后继续进行往复式顶推。

(19)继续顶推连续钢箱梁,直至全部拆除导梁,连续钢箱梁纵向达到设计位置。

(20)通过调整桥墩处纠偏装置,调整连续钢箱梁横向位置至设计位置。

(21)安装落梁装置,利用墩顶落梁装置,把连续钢箱梁顶离滑块,拆除滑块、拼装支架。

(22)通过落梁装置,采用边抽边落的方法,下放钢箱梁。把连续钢箱梁调整至设计标高。

(23)利用横向纠偏装置,再次调整钢箱梁平面位置与设计相符。

(24)安装连续钢箱梁支座,采用球型支座。

(25)拆除墩顶落梁装置、纠偏装置及各墩临时支墩,完成钢箱梁的受力体系转换,钢箱梁架设完成。

3 钢箱梁顶推施工工艺的难点、 重点

(1)钢箱梁段跨度大,跨越的高速公路车流繁忙,往复式顶推施工难度较大。

(2)钢箱梁为曲线(连续)梁,平面处在圆曲线和缓和曲线上,横坡处于变化状态,在拼装过程中需要同时保证成桥平面曲线形和竖向立面线形,线型精度要求高,控制难度大。

(3)钢箱梁为全焊钢结构,现场焊接的工作量较大,存在手工电弧焊、CO2气体保护和埋弧自动焊等,焊接位置存在平焊、横焊、立焊和仰焊,焊接工位多,同时焊接要求高,大多的焊缝要进行超声波、磁粉及X射线等探伤。因此,如何控制其焊接变形和焊接残余应力,保证钢箱梁几何尺寸精度是钢箱梁制造的难点。

(4)在高空施工要设置施工操作平台,在跨线部分上方施工时,在下面道路未封闭状态下,要在高空进行防护,防止火花、小物件等坠落。

(5)往复式顶推就位后,落梁高度高,施工难度大。

7月21日凌晨1时58分，蒙华铁路建设取得重大突破，该铁路跨汉宜高铁特大桥步履式顶推梁顺利顶推到位，这是我国在重载铁路施工中首次采用混凝土顶推梁的工艺成功跨越高速铁路营运线，填补了铁路桥梁施工的一项技术空白。

蒙华铁路跨汉宜高铁特大桥全长6584米，依次上跨长湖湿地保护区、汉宜高铁营业线、318国道和汉宜高速公路，是蒙华铁路湖北段重点控制性工程。桥梁跨越营运中的汉宜高铁，平均每5分钟就有一趟列车高速通过该区域。为确保安全，桥梁采用步履式顶推法施工，施工人员预先浇筑一片长达45.7米的混凝土箱梁，再搭设滑道顶推到位。

桥梁重达1680吨，相当于28节空载货车车厢的重量。为避免梁体发生倾覆，在大桥顶推现场，作业人员用100根钢管搭设了支撑平台，并在顶推过程中安排专人随时监控平台受力情况。

桥梁顶推长度为55.4米，作业人员利用铁路夜间“天窗”时间作业，历时3天共计900分钟进行推进。此前，现场进行了顶推试验，向前行进了2.65米，为顺利步履式顶推提供了数据支撑。

由于顶推梁为混凝土单体结构，梁片自重大，在顶推和落梁过程中，容易受力造成裂缝和“跑偏”。为规避这一施工风险，成立攻关小组，通过应用高分子材料、增设钢结构导梁等技术手段，成功解决了施工难题。

据记者了解，采用往复式顶推法建设中的蒙华煤运铁路全长1837公里，是继大秦铁路之后国内又一条超长距离运煤大通道，建成后将是国内最长的运煤专线，对华中地区融入“一带一路”和贯彻落实国家“北煤南运”战略布局具有重要意义。

1 多点连续顶推工艺设计介绍

1.1槽梁顶推的施工特征

此处以九堡大桥的南引桥中实施顶推施工建设为例，85m的跨度下不设置临时墩，在顶推的过程中结构的刚度相对较小。桥的全程长度为910m，在顶推过程中边界发生的变化具有复杂性的特点，结构中存在多个接触点，大跨较长。桥墩的设计中水平推力较弱，在此次的顶推施工建设中，上部以及下部的桥墩结构件的传力是一项较大的挑战，此外还要考虑顶推过程中的结构竖曲线变化。

图1 桥梁顶推施工设备三维模型图

1.2顶推方法

首先介绍的是拖拉式多点连续顶推，主要是借助设置在临时墩上的千斤顶对钢绞线进行推拉，在梁端的拖动中向临时支墩顶设置中的滑道上进行滑移，直至整个结构安装到位。采用这一方法的主要优点有：竖向成桥各个支点的受力是不均匀的，水平范围上存在一定的力，在顶推的过程中，每个墩点的摩擦力会在承受的竖向荷载变化中产生变化，需要依据摩擦力的大小调整牵引力的大小，避免出现水平载荷过大的现象，充分保证泵站调压的独立性。这一工艺对钢梁结构的强度要求比较高。其次是楔进式多点连续顶推方法，施工的优点有：可以保证对临时墩水平力的良好控制，适合在竖向成桥线型中对存在变化的桥梁进行顶推。在技术角度上，需要解决顶推设备同钢槽之间的额传力，以及顶推循环过程中钢槽梁的搁置。但是这一设备在加工中有着较大的难度，尤其是在楔形块的加工中，精度要求比较高，造价较为昂贵。在楔进式顶推施工工艺的启发下，在九堡大桥的组合箱梁施工中创造了一个新的施工工艺，并且该工艺被命名为“步履式多点连续顶推”。此设备中主要包含了下支撑架、顶升油缸和滑移系统等，三维模型图如图1所示。