钢桁梁滑轨式顶推施工重难点研究论文_袁德龙

摘要：本文介绍了大安北立交桥31.2m下承式钢桁梁多点顶推施工技术，对临时支架结构形式、钢桁梁拼装、多点顶推施工控制及钢桁梁落梁安装进行了阐述，并着重对施工中的重难点施工技术进行了分析研究，以供类似工程参考使用。

关键词：钢桁梁；临时支架；多点顶推；落梁安装；重难点

1 工程概况

大安北立交桥位于吉林省白城市大安市G302线上，立交桥上跨通让、长白铁路，全桥共一跨，采用1-31.2m下承式简支钢桁梁桥。

本桥位于平曲线上，曲线半径265m，弯桥直做，行车道按照线路走向曲线布置。桥梁两侧引道沥青混凝土路面已铺设完成，路面宽度为12.5m，路基坡脚以外均是农耕田，场地狭窄不利于施工作业。

主桁采用三角形腹杆体系，节间长度7.8m，主桁中心线高为8.0m。两片主桁中心距为14.2m，主桁弦杆平面为矩形，桥面行车道宽度11.5m。见图1钢桁梁立面布置图，见图2钢桁梁标准断面布置图。

图1钢桁梁立面布置图（单位：除标高、里程以m计外，其余均以cm计）

图2钢桁梁标准断面布置图（单位：cm）

2 顶推施工重难点分析

2.1 施工场地狭窄，临时用地难以征用，钢桁梁拼装及顶推临时支架结构形式需结合现场实际情况，考虑经济因素，并满足施工过程中安全稳定性的要求。

2.2 受现场施工作业场地影响，在吊车作业范围有限情况下，需流水组织钢桁梁拼装满足工期要求，并确保吊装作业及施工人员的人身安全及既有线运营安全。

2.3 钢桁梁位于平面曲线和竖曲线上，需消除顶推过程中的纵坡和平面超高带来的不利影响。钢桁梁采用单向多点顶推，每组临时支柱高度均

需渐变以保证平推施工消除竖曲线影响。控制好拼装支架及滑移轨道纵向线型和横向稳固，消除因平面曲线超高带来的横向位移趋势和线型误差。

2.4 落梁就位时，需克服临时支架搭设上产生的超高，需采用同步顶升系统，辅以千斤顶、临时支墩等保证落梁平稳就位。

3 钢桁梁滑轨式顶推施工工艺流程如图3所示

图3 钢桁梁顶推施工工艺流程

4 钢桁梁拼装顶推临时支架设计

4.1 主要结构组成

钢桁梁拼装顶推临时支架系统由钢导梁、拼装顶推临时支架、脚手架工作平台等组成。

4.2钢导梁

为提高顶推过程中钢桁梁的安全性和稳定性，在主梁前端设置前导梁，长度为18m，重量78t。主桁上下弦杆各接长1m，采用熔透焊与主桁连接，顶推施工结束将其切割，并做好主桁切割处防腐。

图4 前导梁立面图（单位：mm）

4.3 钢桁梁拼装顶推临时支架

4.3.1 钢桁梁拼装顶推临时支架采用钢管立柱上搭设双拼型钢首尾通长连接作为钢桁梁拼装顶推滑轨道，采用此方案时支架搭设所占农耕地较少，所需原材料现场库存均有，节约成本约42万元，同时能满足支架整体安全可靠稳定性好、搭拆方便。

4.3.2 钢桁梁拼装顶推临时支架形式具体布置如下：根据钢桁梁结构特点，其重量集中在两侧下弦杆位置，在顶推过程中平台整体纵向受竖向力，在钢桁梁下弦杆位置设置钢管柱结构，基础采用钢筋混凝土扩大基础，预埋钢管柱法兰盘预埋件，钢管柱规格采用直径529×10mm，纵向间距为6米，两钢管立柱之间采用直径180mm×5mm壁厚钢管交叉连接固定，钢管柱上部纵向采用双拼800H型钢首尾通长连接作为钢桁梁顶推滑移轨道；两排滑移轨道梁之间采用直径180mm×5mm壁厚钢管交叉固定，在既有沥青混凝土路面上设置抗纵、横向滑移钢管混凝土墩；为了消除纵坡影响，每组钢管立柱高度根据纵坡调整，保障上部滑移轨道面处于水平位置；为了消除平曲线超高影响，两排滑移轨道梁横向高差与曲线超高值相同，保证钢桁梁滑移期间桥梁整体稳定，加强滑移轨道梁内侧挡块焊接质量和数量，克服横向滑移内力，滑移轨道梁中心线与下弦杆中心线重合。

4.4 钢桁梁脚手架工作平台

工作平台采用脚手架搭设，顶面铺设100×100mm方木，50×80mm方木，方木上方铺设3mm花纹钢板，作为工人工作平台。

图5 脚手架工作平台图（单位：mm）

5 钢桁梁拼装、顶推施工

5.1 钢桁梁拼装施工

5.1.1 钢桁梁拼装流程

5.1.2 高强螺栓的拧紧工艺

施拧前，应按生产厂提供的批号，并按每批不少于8套分批测定高强度螺栓连接副的扭矩系数。高强度螺栓连接副的拧紧采用扭矩法拧紧，拧紧分初拧、复拧和终拧3步进行。初拧和复拧扭矩值为终拧扭矩值的50％，在螺栓上涂上黄漆，以视区分。高强度螺栓连接副的拧紧应在螺母上施拧，拧紧顺序应从节点中央沿杆件向四周进行。高强度螺栓的初拧、复拧、终拧应在同一天完成。高强度螺栓终拧完毕后，须设专人进行检查验收后，方可进行腻缝、涂装。

终拧检查应在终拧后4 h进行，24 h内完成，并做好施工记录。检查记录上应附有节点图注明螺栓位置及实测扭矩，它是钢桁梁拼装质量的依据之一，以后作为正式技术资料移交。

5.1.3 钢桁梁杆件吊装

全部杆件在工厂内制作完成后，分批次运送至大安北立交桥施工现场，现场采用100t汽车吊进行拼装，由于路基两侧有民房，汽车吊无法站在两侧进行吊装，故汽车吊站在G302国道上进行吊装作业，吊装顺序为自临近铁路线由北至南倒序安装。

由于吊车在原302国道上，支腿位置为原302国道路基，故地基承载力符合要求。

5.1.4 钢桁梁拼装焊接

本桥焊缝全长进行超声波探伤，对接焊缝、熔透角焊缝质量等级应达到Ⅰ级，不熔透角焊缝质量等级应达到Ⅱ级。所有钢结构的主要焊接工序全部在制造工厂内进行。

在焊接前工厂要做焊接工艺试验，根据评定报告编制焊接工艺指导书，施焊时要严格执行。纵、横梁应先焊下盖板焊缝，后焊上盖板焊缝。横梁上、下翼缘和腹板在何处焊接接长由制作单位按规范自定，但上、下翼缘、腹板接缝要错开布置，间距至少在200mm以上，且在跨中2m范围内应避免出现接缝。对接焊缝要求焊透、磨光，打磨应沿应力方向进行。杆件焊接后，两端的引板或产品试板必须用气焊切掉，并磨平切口，不得损伤杆件，垂直应力方向的对接焊缝必须除去余高，并顺应力方向磨平。

图6钢桁梁拼装流程图

5.1.5 钢桁梁拼装过程监控

采用地样线控制方法，钢桁梁拼装前需在平台上放线，包括桥梁中心线、两侧下弦杆中心线、端横梁中心线，支座中心线等。杆件到场拼装时按照已放样标线进行安装，保证拼装准确。

5.2 钢桁梁顶推施工

5.2.1 顶推施工原理

本工程采用液压顶推的施工工艺，所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，不会在顶推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。

“液压同步顶推技术”采用液压顶推器作为顶推驱动设备。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，自动顶紧滑道侧面挡板；主液压缸缩回时，顶紧装置不工作，与主液压缸同方向移动。

5.2.2 顶推设备布置及顶进施工

顶推临时措施主要有顶推滑移轨道和顶推支座。顶推滑移轨道为纵向双拼800×300×12×20mm型钢（材质为Q345B）首尾相连，其上两边设置挡板和侧挡块，在顶推滑移过程中对临时支座和钢桁梁起到限位作用和提供液压缸反力支撑点作用。顶推临时支座焊接在钢桁梁和前导梁下弦杆底面，在顶推临时支座上设置耳板连接液压顶推器，在顶推临时支座下方设置MGE滑板，减小与型钢轨道的摩擦阻力。

在顶推过程中，顶推器所施加的推力和钢桁梁与支座间的摩擦力F达到平衡。摩擦力F=钢桁梁结构自重作用下竖向反力×1.2×0.1（不锈钢板与聚四氟乙烯板之间的动摩擦系数为0.05，静摩擦系数为0.07～0.1，偏安全考虑取摩擦系数为0.1，1.2为摩擦力的不均匀系数）。

按照钢桁梁重量233t，导梁重量78t，配重80t，总的竖向荷载为F竖=391t，则顶推过程中总的摩擦力大小为：T=391×1.2×0.1=47t。

根据以上计算，钢桁梁顶推所需的总顶推力大小为47t。本工程中钢桁梁顶推施工共设置4个顶推点，每个顶推点布置1台YS-PJ-50型液压顶推器，在每条轨道上平均布置。单台YS-PJ-50型液压顶推器的额定顶推驱动力为50t，每两个千斤顶同时工作，则顶推点的总顶推力设计值100t大于47t，能够满足顶推施工的要求。

两组千斤顶相互交替顶进，千斤顶行程50cm，单个千斤顶顶进速度为50cm/2min，每个天窗时限为110min，则110min/2min*0.5=27.5米，即一个天窗最多可顶进27.5米。

5.2.3 钢桁梁顶推过程线型控制措施及监控办法

（1）线型控制措施

在钢桁梁顶推过程中，主要依靠顶推滑移轨道结构限制钢桁梁的顶推走向，使用全站仪、经纬仪分两组单独测量顶推滑移轨道安装，严格控制顶推滑移轨道安装的线型，顶推滑移轨道结构焊接在钢管立柱上端，钢管立柱为临时支架结构经验算满足整体安全稳定要求。

（2）实施监控办法

顶推过程主要监控轴线的偏移情况及临时支架基础沉降。采用全站仪实施测量，控制轴线偏移量。采用精密水准仪监控支架沉降。顶推施工前，所有液压设备及仪表仪器必须经过标定检测，试顶推时收集液压泵站及操作台仪表数据，与理论值实时进行分析对比，用以指导顶推施工。

6 钢桁梁落梁安装施工

6.1 钢桁梁落梁顶升设备布置

前导梁拆除后安装落梁千斤顶，每个支座处设置2台液压顶升器，共设置8个液压顶升器。单个顶升器顶升能力250t，总顶升能力8×250=2000t大于钢桁梁总重量233t，满足顶升落梁要求。

顶升器顶板与顶升器，顶升器与顶升器底板，垫板与垫块之间通过销钉连接。

6.2 钢桁梁落梁施工

第一步：钢桁梁顶推到位后，在钢桁梁下方设置支撑一、支撑二。安装液压同步顶升系统设备，包括液压泵源系统、顶升器等。此时顶升器行程为0mm，支撑一、支撑二下方不能再放置垫板。

第二步：调试液压顶升系统，确认无异常情况后，开始落梁作业。支撑一顶升器伸缸，顶升器底部落到垫板上，继续伸缸将钢桁梁顶起（此时，顶升器行程为100mm），钢桁梁重量转移到支撑一上，拆除支撑二上方一块垫块，垫块厚度80mm。

图7钢桁梁顶升施工图

第三步：在支撑二上放置一块垫板。支撑一顶升器缩缸（此时顶升器行程为0mm），钢桁梁重量转移到支撑二上，两台顶升器底部各拆除一块垫块。

第四步：支撑一顶升器伸缸，顶升器底部落到垫板上，继续伸缸将钢桁梁顶起（此时，顶升器行程为100mm），拆除支撑二处的一个垫块。

第五步：支撑一顶升器缩缸（此时顶升器行程为0mm），钢桁梁重量转移到支撑二上，两台顶升器底部各拆除一块垫块。第四步、第五步为一个循环，一个循环落梁80mm，支撑一和支撑二各拆除一个垫块，重复第四步、第五步，共计落梁1.6m。

第六步：顶升器伸缸，顶升器底部落到墩顶，继续伸缸将钢桁梁顶起（此时，顶升器行程为100mm），拆除支撑二处所有垫板和垫块，安装钢桁梁支座。

第七步：顶升器缩缸（此时顶升器行程为0mm），钢桁梁重量转移到钢桁梁支座上。拆除顶升器等所有临时措施。

6.3 落梁过程监控

落梁时钢桁梁必须平稳缓慢下降，在钢桁梁顶面四周设置标尺，钢桁梁下降过程中在桥梁两侧各设立一台水准仪，对标尺进行观测，并保持数据沟通，纵横向下落高程变化超过10mm时应停止落梁，调节落梁千斤顶，使钢桁梁重新位于水平位置再次进行落梁施工。

7 结束语

总之，通过本工程钢桁梁上跨既有铁路线顶推、落梁安装施工的分析研究，对钢桁梁临时支架设计能够因地制宜、节约成本、安全可靠及施工方便提供了良好的参考，对钢桁梁拼装顶推施工过程中流水组织、线型控制、质量控制等提出了较佳的备选方案，对钢桁梁落梁安装中同步顶升落梁、协调作业等给出了合理解答。通过本文的仔细研究分析，能够对同类工程的施工方法提供详细的参考资料。

参考文献：

[1]《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015

[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003

[3] 白城市国道珲阿公路大安北公铁立交桥改造工程施工图设计

论文作者:袁德龙

论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期

论文发表时间:2020/4/7

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