平曲线段变高度连续钢箱梁顶推施工技术

平曲线段变高度连续钢箱梁顶推施工技术 杜玉林１，刘占良１，杜立峰１，狄宝才２ （１石家庄铁路职业技术学院　石家庄市　；２中铁十九局集团有限公司　辽阳市　） 摘　要：结合某城市桥梁工程实例，介绍了该小半径曲线段变高度连续钢箱梁工程顶推施工的实施方案。针对 工程施工中小半径曲线顶推线形控制、最大悬臂工况控制、变高度梁顶推等重难点问题进行分析，并提出相应工程解 决措施，可以为类似工程提高施工质量、保证施工安全提供参与。 关键词：顶推施工；变高度钢箱梁；小半径曲线；最大悬臂工况 顶推施工法的构思来源于钢桥的纵向拖拉施工 法。随着施工技术的进步，施工中用水平千斤顶取 代了卷扬机和滑车，用板式滑动支座取代了滚筒，逐 渐发展为顶推法施工技术。某桥梁工程位于小半径 平曲线（包括圆曲线和缓和曲线）和竖曲线组合线形 段，具有“变曲率、变高度、小半径、小场地、连续跨轨 道、竖曲线顶推”等特点，施工情况较为复杂。本文 对该工程所采用钢箱梁顶推（拖拉架设）施工技术进 行总结与分析，以期为相关工程项目提供参考。

１　工程概况 某桥梁工程标段施工范围包括Ｚ１、Ｚ２匝道，其 中Ｚ１匝道全长７１１２６ｍ，包括３联连续钢箱梁，钢 箱梁第一联位于２６６％纵坡和平曲线（包含缓和曲 线和直线）上；第二联位于竖曲线（Ｒ＝３６３５ｍ）、 －４％的纵坡及平曲线（圆曲线Ｒ＝２６２１５ｍ）上；第 三联位于－４％的纵坡及平曲线（圆曲线Ｒ＝２６２１５ｍ） 上；Ｚ２匝道全长７２７２６ｍ，包括３联连续钢箱梁， 第一联位于３６％纵坡和平曲线上（包含缓和曲线 和直线）；第二联位于竖曲线（Ｒ＝３２１２ｍ）、－４％ 纵坡和平曲线（圆曲线Ｒ＝２７２１５ｍ）上；第三联位 于－４％纵坡和平曲线（圆曲线Ｒ＝２７２１５ｍ）上。 如图１所示。 图１　桥跨布置示意图 匝道钢箱梁截面形式采用单箱单室直腹板的 截面形式。Ｚ１、Ｚ２匝道第一、二联均采用２７ｍ等 高度梁形式，第三联采用２７ｍ～３７ｍ 变高度梁 形式。 收稿日期：２０１３－０６－１０ ２　施工技术方案 ２１　施工总体方案的确定 该桥梁工程处于平、竖曲线组合路段，设计线形 复杂，曲线半径较小（２６２１５ｍ），同时工程需要跨 越机务段、客运专线、联络线、客车到发线、车辆整备 停留线、检修线及机车走行线等２５股道铁路，工程 跨越铁路后向北跨越河流及沿河城市辅道，其施工 场地极为狭小。根据设计要求和现场条件，经对施 工工艺、施工方案进行反复比较，本工程钢箱梁架设 采用顶推（拖拉）架设法进行施工。钢箱梁采用工厂 分段预制、预拼，确保线形符合设计要求。

２２　施工方案具体实施 本工程采用顶推（拖拉）架设法是在被顶推梁 体后部设置平台，在平台上进行梁段拼装，采用多 点连续张拉千斤顶进行顶推，千斤顶固定在永久 墩上，利用钢绞线联接固定在钢箱梁后部的拉锚 器，利用千斤顶的拖拉使梁段在墩顶滑道上向前 滑动，然后拼装后续钢箱梁，重复以上步骤，直至 全联钢箱梁安装就位。工程顶推施工工艺基本流 程如图２所示。 图２　顶推施工工艺流程 工程首先进行Ｚ２匝道顶推施工，其具体实施 过程如下： 第一步：第一、二联钢箱梁设计分界在５号墩， 而平面线形缓圆点位于５号墩北４４ｍ的位置，因此 本工程设计将第二联钢箱梁位于缓和曲线上的 ４４ｍ梁段连接到第一联上进行顶推。这可使第二 联只存在圆曲线，从而解决场地限制墩顶无法加宽 的难题。调整后的第一联由南向北进行顶推，顶推 终点位于６号墩南侧临时墩上，顶推台座位于２号、 ３号墩之间。钢梁前端设１２ｍ长前导梁辅助上墩。 根据施工工艺要求顶推第二联的１和２号梁段 和第一联３～９号梁段，第一联的１和２号梁段采用 原位支架拼装施工，以减小顶推总长度，降低施工难 度。如图３所示。 图３　第一联顶推示意 第二步：第二联其余梁段由北向南进行顶推施工， 顶推终点位于６号墩南侧临时墩上，顶推台座位于８ 号、９号墩之间。钢梁前端设１２ｍ长前导梁辅助上墩。 根据施工工艺要求顶推第二联３～１１号梁段， 原位支架拼装１２号～１４号梁段。如图４所示。 第三步：第三联由北向南顶推，顶推终点位于 １０号墩，顶推台座放在１２号、１３号墩之间。为使第 三联顶推满足施工最大悬臂工况要求，跨河设置临 时膺架及临时支墩，最大悬臂长度为２７５ｍ，不需 设置前导梁。第三联为变高度钢箱梁结构，梁高 ２７ｍ～３７ｍ，施工中使用定型杆件将梁底补齐， 然后进行顶推施工。 根据施工工艺要求顶推第三联１号～８号梁 段，原位支架拼装剩余梁段。如图５所示。 ２０１３年

第８期　杜玉林等：平曲线段变高度连续钢箱梁顶推施工技术 — １２９ — ３　施工技术难点及解决措施 ３１　钢箱梁线形控制 本工程钢箱梁线形控制的主要难点在于直线段 钢箱梁在小半径曲线（最小２６２１５ｍ）上的走行方 向控制和方向纠正。为防止钢箱梁在顶推过程中出 现过大的偏移，施工中采用动静结合、动纠为主的纠 偏方法加以处理。动态方法采用在主墩和临时支墩 及顶推平台前端上下游两侧设限位纠偏装置，顶推 过程中塞以木楔使偏移钢梁逐渐复位的方法，导向 和纠偏工作在箱梁滑行过程中进行，以避免钢箱梁 与墩顶之间因静动摩擦交替变化导致的梁体爬行和 墩顶的反复双向移动；静态方法是在钢梁静止状态 下用２０００ｋＮ千斤顶进行横向顶推纠偏。 本工程动态限位纠偏装置为滚轮式，限位装置 与主墩盖梁顶预埋件连接或临时支墩顶横向分配梁 焊接。安装限位纠偏装置时，预留一定间隙，使钢箱 梁顶推过程中横向偏移量控制在１０ｍｍ范围内。 顶推施工过程中，严格进行箱梁中线精度控制。 在每段钢箱梁的顶板和底板上各做３个中线标记 点，顶推施工时，在观测点上架设全站仪对梁体中线 偏位进行监测，当出现较大偏移时，及时在导向滚轮 与钢梁腹板之间塞入木楔进行纠偏。阶段顶推梁体 距离２ｍ将要就位时，加强观测和精确纠偏，使箱 梁首尾中线偏差控制在４ｍｍ 范围内，梁体最终就 位时箱梁首尾中线偏差控制在１０ｍｍ 范围内。每 次阶段顶推结束时，画出箱梁中线状态图，将箱梁实 际中线与箱梁设计中线相比较，分析钢箱梁中线的 偏差情况，以确定下一步施工箱梁线形控制方案，使 箱梁实际中线绕设计中线左右摆动，避免出现大弧 形影响顶推施工的正常进行。 ３２　最大悬臂工况的控制 ３２１　前导梁布置 在顶推过程中若出现最大悬臂工况不仅会有倾 覆危险，而且对钢箱梁，特别是导梁的整体刚度和局 部刚度的处理也提出较高的要求。由于跨河设置临 时膺架及临孔设置临时支墩使得第三联箱梁不再控 制顶推作业最大悬臂工况，而机务段内两孔６５ｍ 成为顶推作业最大悬臂控制工况，为确保顶推作业 的安全，在Ｚ１匝道Ｓ７’墩和Ｓ８’墩附近及Ｚ２匝道 Ｓ７墩和Ｓ８墩附近设置临时支墩，使顶推施工过程 中最大悬臂控制在５５ｍ以内。 同时在钢箱梁前端增设钢导梁，较长的导梁可 以减小主梁悬臂负弯矩，但是导梁过长也会使导梁 和箱梁接头处的负弯矩和支反力增加。经过检算， 本工程钢导梁基本结构形式为变截面工字形钢板 梁，长度１２ｍ，钢板梁分段设置，横向用工字形型钢 连接，各杆件以拼接板连接，导梁与箱梁腹板联结及 板梁间连接均采用１０９级（２２）高强抗剪螺栓，在 上平纵联、下平纵联加强的同时在竖面上加竖向剪 刀撑。导梁重量控制在１５ｔ／ｍ以内。导梁线形按 圆曲线布置，因加工圆弧形杆件较为困难，杆件形式 采用以折代曲的方法，导梁在曲线内外侧设计成不 等长，使曲线内外侧同时上墩；导梁前端底部１ｍ 范围内做成圆弧形过渡，抵消大悬臂状态的挠度，使 梁顺利上墩。 导梁在抵达最后一个墩时需分段拆除，采用移 — １３０ —　 　　　　　　　　　　　　　　　公　　路　　　　　　　　　　　 　　　　　２０１３年　第８期 动扒杆（设置于导梁及钢箱梁顶面）拆除并移至后端 钢箱梁上运走。 ３２２　钢箱梁顶推过程最大悬臂状态下的挠度及应力分析 本工程钢箱梁位于曲线上，其空间受力较为复 杂，因此施工中对跨机务段一联箱梁进行结构分析， 对比其成桥状态自重作用下和钢箱梁顶推过程最大悬臂状 态下的挠度及应力结果，为钢箱梁顶推施工提供理论依据。 有限元分析中的杆系单元计算时占用计算机空 间相对较少，且方便直接内力输出，非常适合对钢箱梁顶推 的整个施工阶段进行全面分析。因此，本工程采用大 型有限元软件ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ，基于杆系单元建立钢 箱梁的空间有限元模型对钢箱梁顶推全过程进行数值分析， 有限元模型如图６所示。所用钢板材料特性取值为： 弹性模量Ｅ＝２０×１０５ ＭＰａ，密度ρ＝７８５０ｋｇ／ｍ３， 泊松比μ＝０３。 图６　曲线钢箱梁有限元模型 根据有限元分析结果，最大悬臂状态下钢箱梁 最大拉、压应力远小于钢材基本弯曲容许应力 ２１０ＭＰａ；钢箱梁顶推最大悬臂宜控制在５５ｍ 以内，此时 导梁最前段下挠约８２ｍｍ，通过设置导梁前端底部 圆弧形过渡，便于前端上墩。

３３　变高度截面钢箱梁顶推施工 跨河第三联钢梁为２７ｍ～３７ｍ变高度截面 连续梁，若按常规钢箱梁顶推方法根本无法实现过墩，为了 实施变高度箱梁的顶推架设，本工程在梁底设置补 齐杆件，以在变高度箱梁底面形成平顺的上滑道，使 箱梁沿着滑道、滑块向前钢箱梁顶推，待箱梁就位后再将补 齐杆件拆除。 ９０％以上补齐杆件采用军用八三墩杆件，减少 杆件加工数量，降低了变截面钢箱梁的顶推成本。 钢箱梁梁底补齐杆件由楔形垫块和八三墩构成。楔 形垫块顶面线形与梁底一致，底面为台阶形。楔形 垫块为槽式结构，上下盖板２０ｃｍ宽，在隔板处加宽 至４０ｃｍ，用螺栓与箱梁底连接；垫块底板用螺栓与 八三墩相连；垫块腹板厚１４ ｍｍ，加劲肋板厚 １２ｍｍ。钢箱梁顶推上滑道面由梁底补齐杆件的八三墩构 成，宽度为２０ｃｍ，左右滑道中心间距为４８７５ｍ。 ３４　调节梁段组合实现缓和曲线钢箱梁顶推 第二联钢箱梁平面线形包括圆曲线和缓和曲 线，第一、二联设计分界点为５号墩，缓圆点位于５ 号墩、６号墩之间，距离５号墩４４ｍ 的位置。在这 种情况下进行第二联钢梁的顶推时，由于顶推钢梁 的前端处于４４ｍ 长的缓和曲线上，就需要对铁路 范围内的永久墩和临时墩进行加宽，但是第二联跨 越２２股铁路，由于受到铁道线路及相关设施的限 制，在５号墩和６号墩之间不具备进行墩加宽的条 件。在保证不侵限情况下，也不具备设置临时墩的 条件。 为解决这个问题，临时调整钢箱梁顶推梁段组合，将第 二联处于缓和曲线上的１和２号梁段临时连接到第 一联上进行钢箱梁顶推。这样就把第二联钢箱梁圆曲线及 缓和曲线上钢箱梁顶推简化为仅在圆曲线上钢箱梁顶推，而第一 联具备加宽永久墩的条件，这就有效地解决了因铁 道线路间场地限制而无法进行缓和曲线上钢箱梁顶推的 难题。 ４　结语 本桥梁工程施工条件复杂，中间跨越河流及多 股道铁路线路，存在施工场地狭小、跨径大、设计线 形复杂、曲线半径小、钢箱梁截面变化等难点，施工 中通过合理调整钢箱梁顶推梁段组合、加强施工中线形及 最大悬臂工况控制和利用杆件补齐变高断面等方法 进行了有效解决。该钢箱梁顶推施工方案安排合理，在实 践中应用较为成功，可以为类似的桥梁顶推施工提 供有益的借鉴。 参考文献： ［１］　ＪＴＧ／ＴＦ５０－２０１１公路桥涵施工技术规范［Ｓ］ ［２］　何财基大跨径连续刚构桥合龙段钢箱梁顶推施工技术［Ｊ］ 铁道建筑，２０１２，（３）：２０－２２ ［３］　卫红发多支点顶推技术在跨铁路桥梁施工中的应用 ［Ｊ］铁道建筑，２０１１，（７）：７－１０ ［４］　乔亚东 钢箱梁顶推施工钢板梁式钢导梁设计［Ｊ］ 公路交通科技，２０１１，（３）：１３２－１３６ ［５］　夏支贤，徐群丽，潘春风，季文玉曲线钢箱梁顶推施 工计算分析［Ｃ］２００６年钢桥科技论坛全国学术会议 论文集，２００６ ［６］　尚庆保 小半径变截面钢箱梁顶推施工技术［Ｊ］ 铁 道建筑，２００７，（２）：１３－１５ ［７］　宋延旭 钢箱梁顶推施工阶段钢箱梁桥受力性能研究［Ｄ］ 北京：北京交通大学，２０１０ ２０１３年　第８期　杜玉林等：平曲线段变高度连续钢箱梁顶推施工技术 — １３１ —

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