上海中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司 张磊 201906
[摘要]随着钢结构桥梁建设的不断发展钢桁架桥以其承载力大、跨越能力强、造型美观等优势逐渐成为钢结构桥梁的重要推广桥型,为避免中断交通和危及通行安全，顶推施工逐渐应用于钢桁架桥现场架设中,以跨径72m简支钢桁架桥施工为背景结合大跨径简支钢桁架桥顶推施工技术,详细介绍顶推施工系统设计、施工工艺及控制措施，阐述大跨径钢桁架桥顶推施工注意事项，对该类型桥梁施工具有重要指导意义，同时为大跨径简支钢桁架桥顶推施工技术的进一步完善和发展提供借鉴和依据。
引言
顶推施工是一种借助滑动装置并通过液压千斤顶施力，将梁体顶推到位的施工方法，由于顶推施工对既有交通通行干扰小、施工操作简单等特点在桥梁建设中得到广泛应用，自1959年顶推法施工在德国Ager桥上应用以来,顶推施工在预应力混凝土连续梁桥建设中得到了快速发展，如德国的worth桥、南非象河铁路桥、瑞士捷拉东斯桥等，均为顶推长度超过1000m的大跨径桥梁，从20世纪80年代起顶推法施工在我国公路桥梁建设方面进入了新的发展阶段，哈尔滨尚志大桥、长沙洪山庙大桥、佛山平胜大桥、杭州九堡大桥等均采用了顶推施工工艺。可见顶推施工方法从首次运用以来经历了不断完善和发展，其工艺不断成熟。然而，顶推施工的工程应用主要集中于混凝土梁桥梁，随着薄壁结构有限元分析技术的进步，也逐渐应用在钢箱梁桥施工，而在钢桁架桥上的应用相对较少。对大跨径简支钢桁架桥顶推施工工艺和控制措施进行系统介绍，结合施工重点与难点，总结大跨径简支钢桁架顶推施工的注意事项，对顶推施工工艺在钢桁架桥中应用具有重要的借鉴意义。
1程概况
某跨甬金高速72米铁路桥采用下承式简支钢桁架，跨越甬金高速高速，桥梁全长72m，桥宽12.9m，单幅布置。主桁采用桁架体系桁高10m，主桁中心距为10m，纵向共6个节间，节间长度12m，跨中预拱度为50cm。主桁弦杆采用箱形截面，腹杆采用箱形及工字型截面,上平面纵向联结采用工字型交叉式腹杆体系，桥面采用正交异性板，结构设置梁端桥门架和2道横联,主桁架采用全螺栓连接方式进行安装。如图1所示，钢桁架自重720t。
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施工前对封路吊装施工、顶推施工进行了方案比选由于甬金高速通行繁忙,高速不允许封道施工，限制了吊装方案实施,从确保施工安全和保证甬金高速持续通车角度考虑,选择在高速南侧区域装搭设顶推平台后，分段顶推的施工方案。
2顶推滑移系统设计
2.1顶推支架与钢导粱
1)顶推支架
在甬金高速南侧搭设55m长拼装兼顶推滑移平台，在高速两侧搭设临时墩，以减小顶推跨距。支架基础均采用独立基础，直接浇注于沥青路面，基础与路面间采用植筋连接，防止基础移位，基础上设置630*10钢管立柱,在钢管立柱顶部设置矩形梁作为顶推滑移梁(见图2)。在顶推滑移梁上设置纵向连续滑道。每道滑道总长为55m，两侧设置侧挡板将滑道与滑移梁焊接固定(见图3)。
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2)钢导梁
在钢桁架端部设置三角桁架式钢导梁,长度为26m，如图4所示。钢桁架E0节点端部向外延长500mm,作为联结加强区，采用全熔透焊及螺栓与钢导梁进行连接，细部构造如图5所示,顶推过程中，钢导梁上弦及腹杆受压，下弦受拉，最不利工况下,钢导梁抗弯强度为80.7Pa,抗剪强度为13.6MPa，满足钢导梁承载力要求。
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2.2顶推设备与滑移装置
1)顶推设备
顶推设备选用步进式液压顶推器，是一种通过后部顶紧，主液压缸产生顶推反力，从而实现与之连接的被推移结构向前平移的专用设备。此设备的反力结构利用滑道设置，省去了反力点的加固问题。
液压顶推器与被推移结构通过销轴连接，传力途径非常直接，启动过程中无延时，动作精确度好。由于其反力点为步进顶紧式接触，不会在滑移过程中产生相对滑动，所以同步控制效果更好。步进式的工作过程，使得同步误差在每个行程完成后自然消除，无累积误差，同步精度很高。
液压顶推同步滑移主要设备如下：
Y-HY-100型液压顶推器；
Y-BY-15型液压泵源系统；
Y-KZ-01型计算机控制系统。
2）液压同步顶推滑移原理
“液压同步顶推滑移技术”采用液压顶推器作为滑移驱动设备。液压顶推器采用组合式设计，后部以顶紧装置与滑道连接，前部通过销轴及连接耳板与被推移结构连接，中间利用主液压缸产生驱动顶推力。
液压顶推器的顶紧装置具有单向锁定功能。当主液压缸伸出时，顶紧装置工作，自动顶紧滑道侧面；主液压缸缩回时，顶紧装置不工作，与主液压缸同方向移动。如图6。
第一步：液压顶推器顶紧装置安装在滑道上，靠紧侧向挡板；主液压缸缸筒耳板通过销轴与被推移结构连接；液压顶推器主液压缸伸缸，推动被推移结构向前滑移。
第二步：液压顶推器主液压缸连续伸缸一个行程，顶推被推移结构向前滑移一端距离（一个步距）。
第三步：一个行程伸缸完毕，被推移结构不动；液压顶推器主液压缸缩缸，使顶紧装置与滑道挡板松开，并跟随主液压缸向前移动。
第四步：主液压缸一个行程缩缸完毕，拖动顶紧装置向前移动一个步距，一个行程的顶推滑移完成，从步序1开始执行下一行程的步序。
图6液压同步顶推器工作流程表
按钢桁架与导梁全部拼装完顶推进行计算,顶推重为760 (钢桁架重720T,钢导梁重40T)顶推力1计算如下：
H=KGu + Gi
式中:K为安全系数取1.5;G为顶推总重:4为摩阻系数，取0.1，i为顶推滑道坡度，本工程为平推，不考虑。顶推力= 1.5 x760 x0.1 = 114 T。
本工程选用的液压顶推器的型号Y-HY-100型，额定顶推力为100t。主桁单幅滑移时共设置2台液压顶推器，总顶推力为200t>114t，满足滑移施工的要求。
2)滑移装置
在滑道梁上布设滑靴作为钢桁架顶推滑移装置，考虑钢桁架的受力特性,采用多支点方式布置在钢桁架两侧下弦杆节点位置(受力最大部位)。钢桁架线形通过加工不同高度的滑靴，来保持滑靴底面处于同一标高,滑靴下部与滑道直接接触，滑道内涂抹黄油，进一步减小摩擦力，以保证支座滑靴在滑道梁上平稳前进,滑靴构造如图7所示。考虑落梁方便，顶推平台处的滑道未设置到临时墩处，因本工程中钢桁架为全螺栓连接节点，在临时墩顶处设置交替式过障滑块，以保证桁架桥拼装节点可顺利通过， 交替式过障装置构造如图8所示。
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3顶推施工工艺及控制措施
3.1纵向顶推
1)施工步骤
钢桁架顶推滑移施工分3次进行(见图9)第1次顶推将钢桁桥前3个节段拼装完成，往前顶推，预留出第四节段的拼装空间，再进行第二次顶推，再拼装第五、第六节段 ,具体施工步骤如下:①组拼E0-E3节段安装纵向顶推设备，顶推行进约16.5m。②继续完成第四节段钢桁架拼装工作，纵向顶推钢桁架向前12米。③在平台上拼装剩下节段并顶推就位。
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2)线形控制与横向纠偏
在导梁前端、钢桁架前端和尾端布设观测点采用全站仪不间断观测顶推过程中前导梁和钢桁架的横向偏移情况随时检查桁架中心偏离量,发现轴线偏离5cm以内,无需停机纠偏,可在偏移向一侧限位装置和钢桁架间填塞木模进行纠偏,如发现有较大偏位(10cm)随即停止顶推,设置横向千斤顶进行纠偏。
必要时也可调节单侧连续顶推千斤顶推力控制和纠偏确保钢桁架沿控制轴线顶推前进。
3.2落梁就位
在端横梁底板加劲板下方布设落梁千斤顶,每侧布置2台400千斤顶,于斤顶行程200mm,全桥共布设4台干斤顶,每侧2个千斤顶进行串联,采用1台油泵进行控制,落梁时71号72号墩侧交替进行,在千斤顶底部和支座垫块上部垫支承垫块通过千斤顶升降交替抽出支承垫块逐步落梁,每次落梁高度控制在80mm(见图10)
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4钢桁架纵向顶推结构受力分析
采用MIDAS Civil 2017有限元计算分析，软件建立钢桁架空间有限元模型,计算钢桁架顶推过程中的受力及变形情况,钢桁架与钢导梁采用梁单元建模,滑靴采用只受压弹性支承进行模拟。顶推过程施工阶段分析按支承条件发生变化设置工况进行模拟钢桁架最大悬臂状态(最危险工况)的应力计算结果如图11所示。最大处应力为80.7MPa，钢桁架顶推过程所受应力均在容许应力范围内，说明顶推方案的选择和设计是合理的，验证了所提出的大跨径钢桁架顶推施工工艺的正确性和可行性。
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5大跨径钢桁架顶推施工注意事项
1)顶推设备安装与调试
顶推千斤顶安装完成后需进行系统调试检查干斤顶的动作协调性及同步性,保证千斤顶在顶推过程中顶力和顶进速度一致,由于实际施工过程中结构受力复杂多变,为最大限度减少不平衡水平拉力采取以“顶推距离控制为主、顶推力控制为辅、载荷追踪、均衡受控”的控制策略。
2)横向纠偏
在顶推过程中由于各种原因造成钢桁架的横向偏位，偏转力与滑道间的横向宽度成正比，在顶推过程中要有效解决偏转问题，必须采用纠偏装置施加推力进行纠偏，横向纠偏受力点应尽量设在结构纵向长度的首尾两端和中部。
3)钢导梁上墩
钢桁架前端导梁接近71号墩侧的临时墩时，导梁前端梁底标高低于滑道标高，为便于钢导梁的高程调整，一、在导梁前端设置斜口，以便上坡，二、在71号墩侧的临时支墩上设置2台400T千斤顶(南北两侧各设置1台)，以调节临时墩标高，导梁上墩后，千斤顶顶起至设计标高，继续顶推。
4)滑道安装要求
为保证顶推的顺利进行滑道纵横向高程应控制在误差范围内滑道表面的毛刺、凸起等需打磨平整，顶推滑移前将处理好的滑道铺上塑料薄膜、粘牢，防止被水、沙石、尘土等污染。
滑道侧挡板起着直接抵抗顶推反力及滑移精度控制的作用，因此在侧挡块安装过程中应注意以下几个方面：
①为保证滑道侧挡板与顶推支座之间有足够的接触面，滑道侧挡板的设置形式应严格按照图纸设计形式安装；
②滑道侧挡板与滑道、滑移梁的焊缝高度应满足设计要求，以满足抵抗顶推反力的使用要求；
③所有滑道上的侧挡板的起始安装位置应在同一轴线位置处，并在每条轴线位置处重新设置起始点，以减小累积误差，满足滑移同步性的要求；
④同一滑道两侧的侧挡板安装误差应小于1mm，相邻滑道侧挡板的间距误差应小于3mm；
⑤侧挡板前方（滑移前进方向）严禁焊接。
5)落梁施
由于落梁距离控制在20cm内，钢桁架可采用交替下落,每侧每次下落高度10cm,千斤顶顶升高度不超过油缸高度的3/4。保持同侧千斤顶受力均匀，严格控制落梁速度保证两侧均匀下落,直到落到设计标高,支座完全受力,落梁时应考虑环境温度对钢桁架长度的影响通过前期梁体长度的监测,确定最终落梁时间。
6结语
钢桁架桥承载力大、跨越能力强、造型美观在公路桥梁中逐渐推广应用,钢桁架顶推施工技术极大地减少了高速封道时间，避免了对高速通行安全的影响具有重要的经济与社会意义。结合某跨甬金高速钢析架桥,介绍了大跨径简支钢桁架桥顶推施工过程及控制措施明确了大跨径钢桁架桥顶推施工注意事项,为大跨径简支钢桁架桥顶推施工技术的进一步完善和发展提供了借鉴和依据。
参考文献
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