刘杨
中铁一局集团勘察设计分公司 陕西西安 710000
摘 要：顶推施工法是一种先进的无支架或少支架的架设施工方法，由于其具有不影响通航、缩短工期和降低施工成本等优点而得到推广。本文针对实际施工设计中遇见的具体，对120+3×180+120m平弦钢桁梁顶推方案设计工作内容进行阐述。
关键词：铁路桥梁；顶推施工；导梁；抗风分析
1 工程概况
本方案为聊秦铁路黄河公铁桥及公路接线工程120+3×180+120m平弦钢桁梁顶推施工设计。主桥采用主跨180m 钢桁梁方案，跨径组成为(120+3x180+120)m。主桁架桁高16m，节间跨度为12.0m。公路桥面采用钢-混结合结构，桥面板厚0.26m，桥面宽度24m，下层铁路桥面采用正交异性整体钢桥面板。主桁上、下弦杆中心线间距分别为14.4m、11.4m。钢桁梁自重15000t，每延米19t。单个顶推临时支墩最大支反力2×1200t。滑块设置在下弦杆节点处，滑块间距及顶程均为12m。
2 方案确定内容及考虑的因素
2.1方案确定内容
方案确定内容主要包括：顶推长度的比选90m或180m、滑块的设置间距6m或12m、拼装支架的长度、桩基的布置等。
顶推长度的比选90m或180m，分为正常施工时的风荷载为6级风和特殊情况下风荷载为12级风，经分析比选采用90m长导梁（考虑支墩宽度及主桁悬出长度可缩减至48m）。
滑块的设置间距6m或12m，滑块间距越小下部支墩的结构要求越小，其制约条件为主桁架在顶推过程中的受力情况。
拼装支架的长度，考虑首次顶推最大悬臂时的整体抗倾覆安全系数。另外，将拼装支架设置在4和5之间可以减少顶推长度，节约施工成本。
桩基的类型，混凝土钻孔桩施工需要设置钻孔平台，成本较高，且与河务部门协调难度大，钢管桩便于后期拆除且不用设置钻孔平台，但单桩承载力较低。桩长的确定，考虑跨中临时墩是否设置水平牵引装置，设置时桩基不受水平力可大大缩减桩长。
2.2结构设计考虑的荷载
结构设计中主要考虑的荷载取值
(1)钢材重度；
(2)施工均布荷载标准值：2.5kPa；
(3)永久荷载分项系数：1.35；
(4)可变荷载分项系数：1.4，可变荷载组合值系数：0.7；
(5)滑移过程动力系数：1.1；
(6)顶推施工阶段时的风荷载：0.635kPa（6级风）；
(7)导梁设计风荷载：3.31kPa（台风）；
(8)摩擦系数：牵引力计算时μ=0.1。
3 结构的组成
本方案的结构由拼装支撑体系、顶推支撑体系、竖向顶升体系和水平牵引体系组成。
拼装及顶推支架设置范围位于0～5号桥墩之间，顶推方向为由5→0。在4和5号桥墩之间设拼装支架，沿顶推方向(由5→0)在各墩跨中位置设顶推临时支墩A～C,0号桥墩处设D号临时支墩，在1～4号桥墩处设驱动支墩。
4 结构分析流程
4.1钢桁梁的建模
荷载统计，杆件截面确定，节点板处的调整。
模型与设计图纸构件自重的对比：模型中腹板杆件长度比设计图纸长，模型中没有节点板自重荷载，模型中未考虑构件的加劲板。
调整方式：节点荷载调整模型与图纸的差值，线荷载作为上下桥面板自重。
最终模型自重应与设计图纸总重一致。
4.2导梁分析确定最大顶推距离
导梁分析时主要的考虑因素为导梁自重和横向抗风。分为正常施工时的风荷载为6级风和特殊情况下风荷载为12级风。
4.3顶推工况分析确定滑块处的反力值
根据顶推过程分为51个工况进行分析并将各支反力汇总分析。
各支墩反力最大值为：
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4.4拼装支架分析
拼装支架位于4和5号桥墩之间。由纵梁、立柱和桩基础组成。
主梁采用宽800mm×高1500mm，横向间距11.4m，单侧梁长114m。
立柱采用Φ1000-14，材质Q235。
桩基采用Φ1000钻孔桩，桩长32m。
拼装支架采用梁柱式结构，主梁横向间距同钢桁梁底部横距，为11.4m。立柱最大纵距同单个顶程，为12m。结构分析时取各滑块最不利荷载以移动荷载的形式加载在主梁上。
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4.5顶推临时支架分析
驱动墩支架位于1号、2号、3号桥墩和4号桥墩。沿顶推方向设A#～C#临时支墩，由主梁、立柱和桩基础组成。
主梁采用宽1500mm×高2000mm，横向间距11.4m。
立柱采用Φ1200-14，材质Q345，钢管内部填充C45。
桩基采用Φ1500钻孔桩，桩长40m。
拼装支架采用梁柱式结构，主梁横向间距同钢桁梁底部横距，为11.4m。立柱最大纵距6m。结构分析时取各滑块最不利荷载以移动荷载的形式加载在主梁上。
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从图中不难看出，布置6桩各桩受力均匀，可缩减桩长，水平力对桩的荷载有一定程度的增强，扩大系数约为1.24.
4.6过渡段支架分析
拼装支架及0#墩设交接部分。
主梁采用宽1500mm×高2000mm，横向间距11.4m。
立柱采用2×Φ1200-14，材质Q235。
桩基采用Φ1500钻孔桩，桩长35m。
过渡段滑块支反力介于拼装支架和顶推支架之间，考虑施工成本，结构应异于拼装支架和顶推支架，进行单独折中设计。
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由于成桥后的钢桁梁桥墩顶的杆件受力最大，跨中处的杆件受力最小。导致相应的构件截面变化，因此钢桁架沿纵向自重分布不均匀。即墩顶处自重为最高值，跨中处自重为最低值。当墩顶处杆件滑至过渡段时，自重荷载最大，对应图中的波峰；当跨中处杆件滑至过渡段时，自重荷载最小，对应图中的波谷。
故，在设计计算支架时对每个工况下的反力进行计算是有必要的，若按照每米平均自重19t取值，结构安全系数会有所降低。
4.7牵引系统分析
（1）千斤顶的设置
牵引力应具备足够的储备，用于抵消启动时的荷载。
按前主梁全部拼装完进行拖拉，拖拉重量15000吨，拖拉力计算公式如下：
据公式H=K×G×F+G×I
K为安全系数，一般取K＝1.2～1.5；G为拖拉钢梁总重，F为滑道摩擦系数，一般取f＝0.1；I为拖拉箱梁的设计坡度；安全系数K取1.5。
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单个千斤顶采用250T.
（2）滑块的设置
钢桁梁杆件下节点均设有滑块挡板，采用销轴与U型滑块连接。一个顶程结束后，拔出销轴，解除挡板与滑块的联系，向后纵移U型滑块至下一节间的滑块挡块，重复前一过程。滑块底部垫3cm厚MGE板以减少与滑道的摩阻力，MGE板与钢板采用5mm螺栓连接在一起。
4.8竖向顶升系统分析
竖向顶升主要起到每个顶进循环的滑块后移时的临时支撑作用。竖向千斤顶的选型，根据单片主桁下各支点最大支反力确定，考虑共同作用，考虑一定安全系数。
竖向顶升千斤顶选型及数量表
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每片桁最大支反力不超过竖向千斤顶允许承载能力的60%，竖向千斤顶选型必须满足在最不利的条件下能够起落梁，同时防止落梁时千斤顶位移偶然不同步的极端条件下，竖向千斤顶不爆缸失效。
4.9落梁施工阶段的步骤
纵向就位后，由中部墩对称向两侧进行横向纠偏。竖向顶升换撑后移除滑移体系相关构件。安装支座并利用竖向顶与支座上方垫块交替下落至设计位置。
落梁过程中，由于竖向顶单次顶程小于落梁高度，需要多次交替下落方能达到下落就位。竖向顶的选型时应考虑到这一因素。
5 结语
顶推施工具有多工艺协作的特点，需要明确整体施工过程并按顺序明确各环节的方案要点。其中，导梁的确定在整个施工方案确定时占有主要地位，应该综合考虑导梁横向抗风和导梁自重在最大悬臂情况下对主桁架的影响。在设计拼装支架和顶推支架时，需要按照实际顶推施工安排对每个顶进工况进行模拟分析，从而更加准确的确定各支架在施工全过程中的最大荷载，以便更加准确的在保证结构安全的前提下缩减施工成本。
参考文献
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