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【工程案例】跨铁路步履式多点顶推钢箱梁施工技术!

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工程概况

宁波市福明路(长寿路—兴宁路)二期工程Ⅲ标段设计起讫里程为K1+312.13~K1+732.13,桥轴线方向与甬台温铁路正线成75.25相交。主跨采用(55+45+220+45+55)m 双塔双索面斜拉桥,半漂浮体系,主梁采用混合系梁,其中两侧边跨为各长109.4m 且伸入主跨9.4m 的预应力砼箱梁,中跨为长201.2m的钢箱梁(2m钢混接合段+197.2m钢箱梁+2m钢混接合段,中段159.88m为竖向半径2 000m 的圆曲线,两侧各为18.66m直线段);钢箱梁划分成58个节段,每段长3.4m,工厂制造。桥面为双向六车道,总宽度34.5m,桥型布置混凝土箱梁及钢箱梁断面形式。为了减少上部结构施工对桥下铁路运营的影响,保证施工及行车安全,经方案比选后决定中段197.2m钢箱梁采用步履式多点顶推法施工,顶推重量为19.4t/m,总重为3 826t,顶推总长255m。

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顶推施工关键技术

1 、顶推施工准备

(1)钢箱梁拼装平台要求

拼装平台作为钢箱梁节段的无应力线形拼装平台,要求具备足够的强度和刚度,且备有用于对拼的标高调节措施。为保证钢箱梁拼装时的平顺性以及钢箱梁就位的精确度,拼装平台做成圆弧形,圆弧半径与钢箱梁竖曲线半径相同。

(2) 临时墩设置

临时墩设置较重要[3,4],本桥按顶推施工工艺的要求共设置8个临时墩。

(3) 钢箱梁现场安装

钢箱梁节段在工厂按设计预拱度调节制造完成后运至现场,用龙门吊吊至拼装平台预定位置,对各梁段进行纵向连接作业,采用焊接连接,连接过程注意控制梁体的线形。

(4) 钢导梁安装

钢导梁全长46m,分为6节,由专业厂家加工完成并经预拼检查合格后运至现场,利用提梁龙门按顺序进行拼装。形成整体后校验尺寸,合格后与钢箱梁连接,并按相关规范进行检查、验收。

(5)顶推设备设计

根据钢箱梁结构特点和受力需要,顶推施工时顶推设备应满足最大竖向承载力的要求,且顶推设备的荷载必须传递到钢箱梁腹板上,顺桥向长度不小于1.6m,同时应具有竖向调节能力和水平调节能力。按以上要求,顶推设备设计如下:其顶推设备机械结构部分的顶升油缸安装于下部结构内,支撑在桥墩顶面,下部结构和上部结构之间通过安装的四氟乙烯板和不锈钢板进行滑动,滑动时顶升油缸和下部结构相对于桥墩不动。一套顶推设备包括机械结构系统、液压系统、电控系统(电气、控制、传感器),通过组合动作实现钢箱梁在顺桥向、竖向、横桥向分别移动、顶升或调整,从而保证钢箱梁顶推施工完成后的全桥线形。

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钢箱梁顶推

1、施工难点

根据本桥钢箱梁结构特点,采用顶推法施工有以下难点:

(1)钢箱梁跨越电气化既有铁路运行线路,对于施工进度和施工安全性要求高。

(2)最多时须7套顶推设备同步施工,对系统同步控制精度要求高。

(3)钢箱梁底部结构受力局限性大,要求顶推设备只能将支承力施加到钢箱梁腹板上,且顶推设备应具有高精度的支反力调节功能。

2 、顶推施工控制的关键

(1)严格控制临时墩墩身和基础的施工质量,做好临时墩墩身和基础的检测工作,保证临时墩稳固。

(2)严格控制临时墩等结构所承受的水平载荷及水平位移。在上支撑架的底部固定一块聚四氟乙烯滑板,与下支撑架顶面的不锈钢板构成滑移面。聚四氟乙烯板做成蘑菇头形状,在蘑菇头之间的间隙贮藏硅油,以降低滑移面的摩擦阻力。用计算机控制调节每个顶推点的顶推力值及顶推加速度大小,从而使顶推过程保持平稳,减少惯性载荷,减小桥墩所受的水平力。实时监控桥墩的水平位移,结合顶推力观察,防止桥墩遭受破坏。施工间歇静止过程中,由于钢箱梁结构较长,在温度变化中因热胀冷缩会产生较大的伸缩量,此时若整个箱梁落在临时垫梁上会对临时结构产生较大的水平推力,所以在长时间静止时,除最前端点(保

持线性稳定)支点外其他全部落在顶推设备上,利用步履式顶推设备的上下部滑移结构,消除温度引起的水平载荷。

(3)整体施工同步控制到位。计算机控制同步顶推以避免桥墩受到过大集中载荷,计算机控制液压同步升降以避免单个顶升油缸承受偏载,由此保证钢箱梁在前进及顶升、下放过程中实现同步动作。

(4)中线调整和纠偏。在顶推施工过程中,通过调整顺桥向及横桥向导向调整油缸、顶升支撑油缸的行程,计算机控制系统能够自动纠偏,保证钢箱梁中线在允许范围之内。在拼装及对位过程中,通过手动操作模式,进行各点的微调和精调,满足拼装精度要求。

3、 顶推施工注意事项

(1)顶推系统使用前,应进行整体调试和演练,并通过试顶检验钢导梁的承载力、顶升和顶推油缸同步性是否满足要求、理论数据与实际顶推数据偏差是否在允许值内,并对试顶阶段进行分析,为正式顶推提供可靠的数据,确保顶推过程中所有油缸、油路、控制系统的正常运行。

(2)钢箱梁拼焊必须在温度稳定、日照强度不大的情况下进行,以避免温度、日照等因素对梁段变形、梁长等的影响。

(3)顶推时,派专人检查导梁及箱梁,如果导梁构件有变形、螺丝松动、导梁与钢箱梁联结处有变形或箱梁局部变形等情况发生时,应立即停止顶推,进行分析处理。

(4)顶推前,确定好顶推过程中各点的竖向力、水平顶推力等理论数据,设定好每个点的受力、位移允许偏差范围,输入到中央控制器数据库中,作为控制参数。

4、 顶推过程中的监控内容

(1)根据工况的支点反力估算摩擦力并与油压表相验证。

(2)顶推过程中若发现顶推力骤升,应及时停止顶推并检查原因,特别是检查顶推设备上支撑架及滑移面。

(3)位移观测:主要是梁体的中线偏移和墩顶的水平、竖向位移,在顶推过程中需用千斤顶及时调整。墩顶位移观测非常重要,根据设计允许偏位作为最大偏位值,换算坐标,从施力开始到梁体开始移动连续观测,一旦位移超过最大值则立即停止施力,重新调整各千斤顶拉力。

(4)施加顶推力:顶推力的大小是主控台根据摩阻的大小自行调节的,并通过油表来反应;千斤顶在使用之前按要求进行校定,油表应进行标定。

(5)每轮次最后一段梁及最后一轮顶推时要减缓顶推速度,以便纠偏及纵移到位。

(6)对各顶推阶段进行建模分析,找出各个位置处的最不利状态从而确定监控项目的预警值。


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 顶推施工控制措施

1、 防中线偏差措施

(1)顶推过程中轴线偏位预警值为2cm,当偏位达到该值时停止顶推,进行纠偏。

(2)确保同步顶推:每次顶推前,应仔细检查中央控制系统和各墩位处顶推设备的性能,顶推过程中通过顶推位移和顶推力进行双控,以顶推位移控制为主,确保钢箱梁左右侧前行位移量协调统一。

(3)顶推时动态监测措施:在钢箱梁前端和尾端顶面设中线偏移监测点,顶推过程中连续观测。钢箱梁吊至拼装平台后,在钢箱梁底面纵板处用红油漆笔作里程标线,标线刻度为0.5cm,同时在临时墩钢垫梁内侧对应纵隔板的位置处做有标记,这样顶推过程中位于临时墩工作平台上的操作人员能直观的观察两侧进尺是否同步、钢箱梁是否偏位,当发现中线偏位时,及时纠偏。在钢箱梁的端部中心的顶板和底板上用红漆画有断面中心线,在钢箱梁顶推过程中,用设置于地面上的经纬仪对中线进行观察,当发现中线偏位时,及时纠偏。

(4)限位措施:钢箱梁顶推时通过各种导向装置限位,防止钢梁横向偏移。顶推设备中设置了4个横向调节油缸,可以对梁段位置进行横向调节,随时纠正顶推过程中出现的偏差。

2、高程控制措施

当钢箱梁标高偏差超过允许值时,可以用顶推设备将钢箱梁顶起,增加或减少钢垫梁上的钢垫板来调整钢箱梁的标高。

3、 防护措施

临时墩的施工、拆除及钢箱梁的顶推均须设置操作平台,临时墩位于既有线内均须设置封闭防护设施。顶推平台四周须设置绝缘网格式安全防护网,防止施工过程中施工人员及施工机具触碰接触网、高处坠落等。


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