跨高速公路异形钢箱梁步履式顶推施工技术

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跨高速公路异形钢箱梁步履式顶推施工技术刘金明十局集团第四工程有限公司摘要：甘肃省天水市罗家沟大桥跨天北高速公路变宽截面钢箱梁重818t,采用多点、三向、智能同步顶推的施工工艺和顶升位移、顶升力的高精度双控完成50m锚跨的就位。将钢主梁在临时支架上拼装完成后架设钢导梁，钢导梁前段支撑在前方24m处的临时支墩上，后端与钢箱主梁焊接。首次顶推主梁前进25m，前端支撑在临吋支墩上，钢导梁前端支撑在8#墩上;再次顶推钢箱主梁前推25m,钢箱主梁前端支撑在8#墩上，拆除前导梁，钢箱主梁顶推完成。介绍丫步履式顶推的操作过程、设备体系和关键技术。在不中断高速公路交通的情况下安全、高效的完成了斜交异形钢箱梁的顶推施工。经检测该桥各项指标均符合设计和规范要求,经济效益和社会效益显著。关键词：跨高速公路;异形钢箱梁;步履式顶推;作者简介：刘金明（1977一），男，工程师，主要从事建筑施工技术和科技管理工作。jtb204@163.com收稿日期：2017-10-09 OntheWalkingPushConstructionTechniquesforShapeSteelBoxGirdersOverpassinganExpresswayLIUJinmingThe4thEngineeringCo.Ltd,ofthe20thBureauGroupofChinaRailway:Abstract：TheLuojiagouBridgeinTianshuiCityofGansuProvinceoverpassestheTian-BeiExpressway,thevariable-widthcross-sectionsteelboxgirderofwhichis818tinweight.Theboxgirderisjackedinplacebymeansofthemulti-point,3-direction,intelligentsynchronousjackingconstructionprocess,andtheprecisedualcontrolofboththeliftingdisplacementandtheliftingforcetohelpmovethe50manchoredspaninplace.Afterthemainsteelgirderisassembledonthetemporarybrackets,erectedisthesteelnosegirder,thefrontendofwhichrestsonthetemporarysupportingpier24mahead,andthehindendofwhichisweldedontothemainsteelgirder.Duringthe1st-timejackingoperation,themaingirdermoves25metersforward,thefrontendofwhichrestsonthetemporarysupportingpier,andthefrontendofthesteelnosegirderrestsonthe8thpier.Then,themaingirderisjackedtomoveanother25metersforward,withthefrontendofitrestingonthe8thpier.Whenthefrontnosegirderisremoved,thejackingofthemainsteelboxgirderiscompleted.Introducedhereinthepaperaretheprocessofthewalkingpushoperation,theequipmentsystemandthekeytechniquesconcerned.Becauseofthewalkingpushtechniqueadoptedfortheproject,thejackingoperationoftheobliquecrossingshapesteelboxgirderissafelyandefficientlycompletedwithoutinterruptingthenormaltrafficoftheexistingexpressway.Andallthetargetsofthebridgearefoundtobeinfullagreementwiththerequirementsofthedesignandthetechnicalspecifications,withboththeremarkableeconomicandsocialeffectsachieved.Keyword：overpassanexpressway;shapesteelboxgirder;walkingpush; Received：2017-10-091工程概况罗家沟大桥位于甘肃省天水市经十路，为联系天水市成纪新城与二十里铺新城之间的一条重要通道，是廿肃省在建的第一座自锚式悬索桥。罗家沟大桥主桥为50m+115m+85m+50m独塔自锚式悬索桥，主梁采用全焊单箱多室闭U钢箱梁结构，其中（7#墩〜8#墩）边跨侧50m锚跨跨越天北高速，此跨钢箱梁总重818t,为变宽截而，钢主梁平而布置具体见图1。 2顶推方案确定因该桥边跨侧50m锚跨跨越天北高速，为确保天北高速公路的正常运营，传统吊装工艺不适合该桥施工，只能采用顶推工艺。FI前较常用的顶推工艺包括“拖拽法顶推、楔进式顶推、步履式顶推”，其中，步履式顶推施工较为先进，顶推装罝通过计算机控制和液压驱动来实现组合和顺序动作（顶升、平移、落梁和lEl程），保证结构可靠、受力均匀m。此工艺在以往应用施工中多数为正交、等截面主梁，各点顶升力、顶升位移均相同，实际施工屮仅以位移指标单项控制，而本桥所需顶推的50m钢箱梁为变宽截面，且钢主梁与临时支墩斜交。经组织专家讨论、研究，结合业主工期要求和经济性比对，最终确定将步履式顶推施工技术用于斜交、异形钢箱梁，采用多点、三向、智能同步顶推的施工工艺完成50m锚跨的顶推。确定整个钢梁共设8个顶推牵引点，在每个点上均设置一台三向裨能千斤顶，而8台千斤顶又由一套屮央控制系统统一同步控制，针对每个点三向顶推位移、不同大小的顶推力分别控制，在实际施工中实现顶升位移和顶升力的高精度双控。3顶推工艺原理将步履式顶推施工技术用于斜交、异形钢箱梁，施工时在钢梁顶升位移相同的情况下，利用基于三向智能千斤顶的多点顶推系统，控制各点不同大小的顶升力，每个工况下每一个千斤顶的顶升力不是一个定值，而是随着钢箱梁的推进过程不断变化，要对顶升力进行实时调整控制，精确控制每一个工况下每一个顶推点不同的顶升力，解决因顶升力与理论应承扪的自重不匹配导致钢箱梁自身所产生的附加应力太大使箱梁产生变形的问题。4顶推施工技术50m钢梁分两次顶推就位。将钢主梁在临时支架上拼装完成后架设钢导梁，钢导梁长30m,其前段支撑在24in处的临吋支墩上，后端与钢箱主梁焊接。首次顶推主梁前推25m，前端支撑在临时支墩上，钢导梁前端支撑在8#墩上;再次顶推钢箱主梁前推25m，钢箱主梁前端支撑在8#墩上。拆除前异梁，钢箱主梁顶推完成。4.1顶推体系及设备组成钢梁顶推体系和设备主要分为顶推工作平台体系、临时支墩体系、导梁、智能三 维千斤顶调整系统。 4.1.1顶推工作平台顶推工作平台采用3个片体格构柱的形式连接成整体的拼装胎架。单个格构柱的规格为3000mm（宽）X3000mm（长）X12000mm（高），由426mmX8mm的钢管通过角钢Z100X10和槽钢［14连接而成立体钢支墩，顶部横桥向采用双拼H800X300型钢与钢管焊接，详见图2和图3。图2主梁拼装平台支架布置横断面图（单位:mm）下载原图阁3临时墩平面布置阁（单位:mm）下载原阁4.1.2导梁因受桥梁环境因素制约，拼装平台仅30m,临时支墩纵桥方向最大间距24m，因此钢梁前端需设置导梁，钢导梁布置详见图4。图4钢导梁布置图（单位:rrnn）下载原图为降低导梁自重，并满足钢主梁顶推施工要求，设计釆用变截面工字型导梁，由根部（与钢梁连接处）向端部逐渐减小，导梁端部加长焊缝进行加强。南侧50m跨导梁纵向长度25m。导梁与钢梁连接处设有两组纵梁，其结构外形尺寸与边主梁保持一致，导梁根部与主梁腹板栓接，与主梁顶、底板采用焊接连接，两组纵梁间通过横梁连接形成整体。为便于导梁通过临时支墩，导梁的两组纵梁端部设计成台阶状，以利于过墩时起顶。4.1.3临时支墩墩顶滑道构造临时支墩墩顶滑道构造具体见图5。图5临时支墩滑道构造图下载原图（1）采用2根2.5m长的63b工字钢焊接形成滑道分配梁。 (2)钢箱梁与调节工装之间垫一层5~10cm橡胶垫，橡胶垫可以使局部承载均衡,保护钢箱梁底部油漆，增大箱梁与垫梁的摩擦力。竖向千斤顶顶部的钢垫梁要有足够的刚度，II与箱梁底部完全接触，保证箱梁由腹板受力。竖向千斤顶顶部的钢垫梁要有足够的长度，保证顶推过程中梁底与垫梁的扩散长度不小于2.5m。4.1.4顶推设备根据顶推用临时支墩数量，全桥共投入8个超高压液压三向千斤顶，根据设备承受力的计算确定釆用250t智能三维千斤顶，千斤顶行程为0.5m。顶推设备负责钢梁的竖向起顶、纵向推移，同吋自带冇顶推施工吋的横向限位功能，横向调控范围0.lm。T•斤顶构造见图6。图6千斤顶构造图下载原图4.2模拟顶推施工和临时墩受力分析m(1)有限元模型建立。本项目基于桥梁工程专用有限元分析软件MTDASCivil建立罗家沟大桥斜交异形钢箱梁段顶推施工的有限元模型，模拟顶推施工过程，计算出顶推过程中各阶段临时墩顶升力。钢箱梁、导梁均用梁单元进行模拟。所建模型见图7。图7顶推最后阶段有限元模型效果图下载原图模型钢箱梁截面根据施工阁绘制CAD阁形，再导入有限元软件MIDASCivil中，钢箱梁宽度变化段采用变截面模拟(见图8)。图8钢箱梁标准截面模拟CAD图下载原图钢箱梁与异梁之间采用刚性连接。边界情况为：临时墩基础为内接，当钢箱梁和导梁架在临时墩上时加竖向约束，临时墩墩顶与梁之间进行弹性连接。荷载仅考虑结构自重。模型中将施工过程分为三个主要阶段：(1)导梁前段支撑在24m处的临时支墩上，后端与钢箱主梁焊接，钢箱梁即将接触临时墩。(2)首次顶推钢箱主梁前进25m，钢箱主梁前端支撑在临时支燉上，钢导梁前端支撑在前方临时墩上。(3)再次顶推钢箱主梁前进25m。顶推过程模拟工况见图9。 图9有限元模拟顶推过程示意图下载原图(2)有限元计算结果分析。通过顶推过程钢箱梁及导梁应力分析，较不利位置为导梁前段及钢箱梁跨中，应力均未超过钢材允许值。根据模型运行结果，提取各临时墩在每个阶段的受力大小，在施工的过程中顶升力在每个控制阶段之间线性变化，具体见表1。表1各位置临时墩各阶段顶升力表kN下载原表4.3顶推施工关4.3.1安装顶推装］在临时支墩的分配梁上安装好智能三维千斤顶调整系统装置。使用前应按照操作流程进行调试与试验。4.3.2顶升钢箱梁每一个顶升T斤顶通过控制系统按照每阶段模拟计算出的顶升力，将整个钢箱梁平稳顶起，离开垫梁一段距离(此距离根据箱梁的设计线型进行调整)。通过控制系统同步控制顶推千斤顶伸缸，推动三维千斤顶带动钢箱梁在底座滑移槽中向前移动至设定好的活塞行程位置，完成钢箱梁推移。推移过程中要做好墩顶位移的观测，依据设计允许偏位作为最大偏位值，计算坐标，从施加力开始到钢梁开始移动连续观测，一旦位移超过设计计算允许值则立即停止施加力，重新调整各顶推设备顶推力。4.3.4千斤顶收缸回程当钢梁移动到系统设定的位移量后，顶升T斤顶活塞缩缸回程，使钢梁落在垫梁上，千斤顶收缸回程原始状态，完成一个行程顶推。顶推到最后梁段时耍特别注意梁段是否到达设计位置，须在温度稳定的夜间顶推到最终位置，并根据温度仔细计算测定梁长。4.3.5钢箱梁安装控制 (1)轴线控制。智能三维千斤顶自带横向限位器，横向调节控制范围0.1m，在顶推过程中利用全站仪进行轴线跟踪观测，如发现偏移，利用智能三维千斤顶自带横向调节功能进行纠偏，确保不偏离轴线。纵向、竖向控制，通过调整顺桥向导向调整油缸和顶升支撑油缸的行程来纠编。(2)高程控制。每个临时墩所有标高均严格按照监控方提供的数据进行施工控制，确保钢箱梁安装线形的合理性。(3)系统控制。每一个临时墩上面安装压力传感器、位移传感器和各种限位微动控制开关。通过主控台，掌握每个墩台的受力情况和工作状态，并及吋根据支撑反力动态调整水平顶推力，保证每个临时墩的受力平衡，实现同步动态控制。5结束语斜交异形钢箱梁步履式顶推施工技术在卄肃省天水市罗家沟大桥跨天北高速公路50m跨异形钢箱梁的施工中得到成功应用。在不中断高速公路交通的情况下安全、高效的完成了斜交异形钢箱梁的顶推施工。经检测该桥各项指标均符合设计和规范要求，已于2017年6月顺利通车。该技术与传统的吊装工艺比虽然安装成本高350元八左右，但是采用顶推工艺以后，节约了工装材料以及吊装作业期间高速公路的安全措施费用，经测算，该项技术的应用，节约成本约45万元，取得了显著的经济效益和社会效益。参考文献[1]孙玉祥，舒大勇，杨绍斌，等.九堡大桥步履式平移顶推与传统拖拉式施工对比分析[J].中国港湾建设,2012(02):67-69[2]杨辉.钢箱梁步履式平移顶推受力特性与施工技术[D].南昌：南昌大学，2010[3]阎海成.跨铁路步履式多点顶推钢箱梁施工技术[J].国防交通工程与技术，2012(03):44-46,57